Asigurarea alimentării cu energie electrică a megacitelor
Pentru orașele mari și orașe cu energie electrică este acum caracterizat printr-o serie de caracteristici: o creștere semnificativă a consumului de energie și nevoia de capacitate mai mare de linii electrice individuale, costul ridicat al terenurilor și, în consecință, necesitatea unor linii electrice compacte, cerințe pentru a asigura fiabilitatea și flexibilitatea rețelelor electrice a crescut , precum și cerințele de mediu mai stricte. Toate aceste probleme pot fi rezolvate cel mai eficient atunci când se utilizează sisteme moderne de transmisie a energiei prin cablu. În același timp, introducerea de noi tehnologii și materiale în tehnologia de cablu poate îmbunătăți în mod semnificativ parametrii tehnici și economici ai liniilor electrice de cablu și creșterea competitivității acestora în comparație cu liniile aeriene (c punct de vedere economic).
Cabluri cu izolație XLPE
Acum, în tehnologia cablului, una dintre direcțiile progresive este tehnologia fabricării cablurilor de alimentare cu izolație XLPE (cabluri SPE sau XLPE). Cabluri moderne izolate cu polietilenă reticulată, datorită construcției, tehnicile de fabricație și se aplică ca materiale izolatoare perfecte punct de vedere tehnic și mai economic în comparație cu cabluri impregnate cu cabluri cu izolație din hârtie umplute cu ulei.
În ultimii ani, în proiecte noi, acestea înlocuiesc rapid cablurile izolate cu hârtie atât în rețelele de distribuție, cât și în rețelele de alimentare.
Principalele avantaje ale cablurilor SPE sunt:
- o capacitate mai mare datorită creșterii temperaturii de încălzire admisibile a miezului (până la 90 ° C);
- masa redusă, diametrul mai mic și raza de îndoire;
- fiabilitate mai mare, care este legată atât de calitatea îmbunătățită a cablurilor, cât și de tehnologia de montare a cutiei de cablu;
- diminuarea pierderilor dielectrice în izolație;
- curent ridicat de stabilitate termică în caz de scurtcircuit;
- capacitatea de navigare pe rute complexe fără restricții privind diferența de altitudine pe traseu;
- costul redus al vânzărilor;
- Costuri de operare scăzute din cauza lipsei de ulei sub presiune și a echipamentelor scumpe de alimentare;
- mai puțin timp și costul lucrărilor de reparații în caz de defecțiune;
- mai puțin impact asupra mediului etc.
Trebuie remarcat în mod special faptul că polietilena reticulată este ideală pentru izolarea cablurilor de înaltă tensiune. Cu cabluri moderne de tehnologie de fabricație în timpul întăririi (reticulare) a izolației polietilenă variază polietilenă structura moleculară și noi legături intermoleculare sunt formate, ceea ce duce la proprietăți electrice și mecanice îmbunătățite ale izolației. În metoda tradițională polietilenă ultrapură proces de reticulare este produs într-un „tub de vulcanizare“ proces chimic sub influența aburului sau a azotului sub presiune ridicată (8-9 atmosfere) și la temperatură ridicată (285-400 0 C). Acest principiu este aplicat în linii de extrudare verticale.
Pentru a îmbunătăți proprietățile de izolare electrică și pentru a evita formarea de defecte în izolația este utilizată ca un procedeu îmbunătățit de reticulare „uscat“ sau vulcanizarea. Când se folosește această metodă, un compus izolant care nu conține umiditate și incluziuni străine este aplicat imediat pe miezul care este alimentat din tambur. Mai departe venă intră imediat „conducta de vulcanizare“ unde reticulare se realizează prin încălzirea izolației „țeavă vulcanizarea“ DC, T. E. conductor izolat nu este expus la abur sau azot. Trebuie remarcat faptul că extrudarea unui conductor ecran conductiv electric, stratul izolator și un ecran electroconductor de izolare se efectuează simultan, adică. E. Există o extrudare cu trei straturi. Această tehnologie asigură o bună aderență între scuturi și izolație, precum și absența incluziunilor de gaz în izolație și la marginea cu scuturi [1].
Conductorii din cupru sau din aluminiu conducători de curent sunt realizați sigilați și sigilați, iar pentru secțiunile transversale de peste 1.000-1.200 metri pătrați. mm - segmentat (pentru a reduce efectul suprafeței). Scutul metalic al cablului este alcătuit din fire de cupru și banda de cupru spiralată. Secțiunea transversală a ecranului este selectată de starea de scurgere a curenților de scurtcircuit. Pentru a asigura etanșarea longitudinală, se folosește un strat de material de umflare a apei. Pentru o protecție fiabilă împotriva umezelii, este utilizată o manta de bandă alumino-polimerică sudată cu o manta de polietilenă sau clorură de polivinil pentru etanșare radială.
În plus față de învelișul din polietilenă sau din material plastic policlorura de vinil (standard pentru cabluri prevăzute în sol) poate fi utilizat teacă din polietilenă ranforsată cu nervuri longitudinale (urme complexe), sau manta de plumb manta din aluminiu ondulat. Pe coajă, se poate aplica un strat pentru a proteja cablul de foc. Cablu de măsurare a temperaturii de încălzire pe pista sau pentru transmisia de date într-o fire de cablu cu fibră optică pot fi integrate (între firele de ecran sau o manta de plumb). Toate cablurile sunt echipate cu fitinguri adecvate pentru cabluri, alcătuite din componente asamblate din fabrică, inclusiv cuplaje, cuplaje de capăt ale instalațiilor exterioare și intrări izolatoare cu gaz.
Până în prezent, un număr de firme străine de conducere au dezvoltat și fabricat cabluri cu izolație XLPE pentru tensiuni nominale de până la 420-550 kV cu secțiunea conductorului curent de până la 2.500-3.000 metri pătrați. mm și cu debit de până la 1000 MVA sau mai mare. Principalii producători de cabluri SPE sunt ABB, NEXANS, Pirelli, NKT Cable, Sumitomo Electric Corporation.
În Rusia, producția de cabluri SPE a fost de asemenea stăpânită. Această producție de până la 110 kV inclusiv este realizată de ABB Moskabel. Au fost introduse liniile de producție a cablurilor cu izolație XLPE de până la 220 kV la "Sevkabel" (Sankt-Petersburg).
La fabrica din Kcharkov "Yuzhkabel" se implementează un proiect de investiții pentru dezvoltarea tehnologiilor de fabricare a cablurilor de putere cu izolație din polietilenă reticulată pentru tensiunea de la 10 la 330 kV inclusiv. Acesta este primul dintre proiectele care se desfășoară în prezent în țările CSI pentru a produce cabluri din această clasă de tensiune.
Cablurile (CL) de înaltă tensiune și de înaltă tensiune cu izolație XLPE au nu numai avantaje tehnice semnificative. Acestea sunt, de asemenea, mai ieftine decât liniile realizate cu cabluri umplute cu ulei cu izolație din hârtie-ulei. În ultimii ani, CL înaltă și extra-înaltă tensiune de izolație XLPE este din ce în ce se utilizează în organizarea intrărilor profunde în zonele centrale ale celor mai mari orașe din lume, deoarece acestea sunt în plus față de o sursă de alimentare de încredere furnizează achiziția de terenuri minime și conservarea maximă a mediului.
De realizat în ultimii ani, proiecte la scară largă cu izolația CR XLPE pentru transmisie de mare putere în zonele urbane dens populate pot fi identificate, de exemplu, dublu circuit linie cablu subteran 400 kV „Est-Vest“ din Berlin, cu o putere mai mare de 1 600 MVA. Cea mai puternică este linia de cablu subterană de 400 kV, parte a noului proiect de infrastructură energetică din Londra (secțiunea transversală a cablului este de 2.500 de metri pătrați, curentul de design este de 3.700 de grade A). KL de o lungime lungă pentru o tensiune de 500 kV cu izolație XLPE (linia Shin Keiyo-Toyosu) este așezată în Tokyo. Lungimea liniei este de 40 km, puterea transmisă este de 900 MW (în viitor - 1200 MW).
În Rusia, cablurile de înaltă tensiune cu izolație XLPE sunt, de asemenea, din ce în ce mai utilizate pentru alimentarea cu energie a orașelor mari și a megacitelor. De exemplu, cablurile SPE au fost utilizate pentru reconstrucția și construcția rețelelor de 110 și 220 kV la Moscova pentru proiectarea inelului de putere. În St. Petersburg, cablurile SPE sunt prevăzute pentru tensiunea nominală 110 și 330 kV.
Cablurile de alimentare sunt așezate fie direct în șanț, fie într-un tunel special sau într-un colector, unde sunt localizate alte comunicații urbane vitale. Pe traseul de montare a cablurilor sunt prevăzute puțuri subterane pentru instalarea cuplajelor. Pentru mecanizarea șanțurilor și a cablurilor de fixare sunt utilizate mașini speciale. În fiecare proiect se ia în considerare specificitatea poziționării prin cablu și, în consecință, se ajustează capacitatea de limitare a curentului de încărcare.
Îmbunătățirea tehnologiilor de producere a cablurilor, instalarea și instalarea acestora conduce la o reducere a investițiilor de capital pentru construcția de cabluri. Până în prezent, investițiile capitale în liniile moderne de cablu subterane pot depăși cu 1,5-3 ori costul construcției liniilor aeriene (linii aeriene). Cu toate acestea, luarea în considerare a factorilor economici și operaționali (alocarea minimă a terenului, fiabilitatea ridicată, costurile de întreținere mai mici, pierderile mai mici, rezistența ridicată la suprasarcini pe termen scurt etc.) pot reduce semnificativ acest raport.
Atunci când alimentarea este transferată la distanțe suficient de mari, AC AC-urile nu mai pot concura cu CT-uri de curent continuu. Acest contracara următorii factori tehnico-economici: nevoia de compensare a puterii reactive în lung CR AC inferioară densității de curent în conductorul datorită prezenței unor pierderi suplimentare în miez, ecranele dielectrice și membranele la o tensiune alternativă, costul unitar mai mare al cablului real atunci când transferați aceeași puterea, etc. Lungimea critică, de la care TC CT devine mai profitabilă decât AC AC, depinde de raportul dintre costurile stațiilor de transformare și l NII.
Utilizarea cablurilor DC cu izolație XLPE este foarte promițătoare pentru construirea de linii de cablu lungi, în special cu o mare diferență de altitudine de-a lungul traseului. Cu toate acestea, pentru cablurile DCPE de curent continuu, există probleme asociate cu formarea încărcărilor volumetrice în mod izolat. In ultimii ani, pe baza studiilor de diferite modificări de izolare XLPE și alegerea materialului izolant cu o acumulare mică de taxe spațiale și izolarea de înaltă rezistivitate au fost dezvoltate în străinătate structura de cabluri de curent continuu și cuplarea acestuia cu o tensiune la ± 500 kV, inclusiv submarin garnituri.
Progresele semnificative în dezvoltarea cablurilor SPE și a convertoarelor au condus la o scădere bruscă a dimensiunilor globale și la o creștere a performanței operaționale a PPT. În comparație cu AC de curent continuu, curentul direct CL cu izolație XLPE devine profitabil deja pornind de la lungimea CL în 50-60 km.
Cabluri de lumină unipolare pentru tehnologia HVDC Light are o masă relativ mică per unitate de lungime, ceea ce facilitează foarte mult așezarea lor într-un șanț în pământ, și reduce costul de construcție a liniei de cablu subteran. Mai mult, ei au un diametru exterior mult mai mic (în consecință, raza de încovoiere admisibilă mai mică) și, prin urmare, acestea pot fi stabilite lungime mare de construcție furnizate în bobine de tip, ceea ce reduce numărul de conexiuni și pentru a crește fiabilitatea KL. D DC DC bipolare subterane necesită o alocare minimă a terenului, nu provoacă interferențe electromagnetice și nu afectează mediul.
Noua tehnologie a construcției cablurilor TPT, luând în considerare fiabilitatea și stabilitatea transmisiilor, face ca proiectele KL subterane să fie viabile din punct de vedere tehnic și economic. Luând în considerare toți factorii (tehnici, economici, ecologici, operaționali), costul unui DC subteran pentru HVDC Light poate fi comparabil cu cel al unei linii aeriene convenționale.
Liniile de cablu superconductoare
Cablurile superconductoare au fost dezvoltate în anii '70 și '80. din secolul trecut, pe baza tehnologiilor superconductoare cu temperatură joasă (tehnologia NTSC), utilizând heliul lichid ca agent de răcire (punctul de fierbere a heliului lichid este de 4,2 K la presiunea normală). Baza materialelor supraconductoare dezvoltate au fost în comerț două materiale: aliaj Nb-Ti (temperatura critica - 9.6 K, densitatea critică a curentului - 3 x 109 A · m-2) și compusul intermetalic Nb3Sn (temperatură critică - 18,3 K, densitatea critică curent - mai mult de 109 А · м-2). Sârmele superconductoare erau construcții complexe de materiale disparate cu fire superioare ale supraconductorului propriu-zis. Tehnologia fabricării lor a fost dobândită în SUA, URSS, Japonia, Germania, Anglia. În ENIN și VNIIKP au fost create cabluri flexibile și flexibile de CA cu o capacitate de până la 3.000 MVA. În ciuda succeselor obținute, utilizarea cablurilor NTSC a fost împiedicată de necesitatea utilizării heliului lichid neregenerabil și costisitor pentru răcire (5-10 USD pe litru) [3].
Un impuls puternic pentru dezvoltarea tehnologiei superconductoare a fost descoperirea în 1986 g. Supraconductori la temperaturi ridicate (HTSC) cu temperaturile de tranziție critice în starea supraconductoare, depășește temperatura de 77,3 K, adică punctul de fierbere a azotului lichid sub presiune normală. Prin urmare, în tehnologia HTS a devenit posibil să se utilizeze ca agent de răcire în loc de heliu lichid scump considerabil mai ieftin azot lichid (dolari 0,11-0,3 per 1 litru) cryostatting simplificarea sistemului și crește fiabilitatea și reduce costurile de operare.
Tehnologia supraconductoarelor ceramice se află încă în stadiul de formare și dezvoltare. Cu toate acestea, până la mijlocul anilor 90. XX secol. modele au fost dezvoltate HTS 1st generare fire pe bază de compus Bi2Sr2Ca2Cu3Ox (Bi-2223, temperatura critică a - 104 K, densitatea critică a curentului - 108 A · m-2). În prezent, în Statele Unite, Japonia și țările europene au stabilit o producție-pilot industriale de cabluri supraconductoare de temperatură înaltă prima generație pe bază de bismut, folosind așa-numita tehnologie „pulbere-in-tub“ atunci când pulberea compus de pornire este presată într-o țeavă de argint metalic, care este apăsat în mod repetat și tratate termic. Această tehnologie este destul de complexă și costisitoare. Costul de temperaturi ridicate fire supraconductoare prima generație este mai mult de $ 200 per 1 kA · m, care este mai mult decât un ordin de mărime mai mare decât costul de sârmă de cupru (aproximativ $ 15 pentru 1 kA · m). Conform estimărilor producătorilor, odată cu dezvoltarea producției în masă, costul cablurilor HTS din prima generație poate fi redus la 50 USD pe 1 kA · m [4].
Recent, multe companii din diferite țări ale lumii desfășoară o activitate intensă în domeniul utilizării cablurilor superconductoare bazate pe tehnologii HTSC.
Astfel, cablurile de alimentare superconductoare care se află în prezent în producția pilot au o lungime de până la 500-600 m. În următorii ani, lungimea acestora poate fi mărită la 3 km. Deși până acum oferă o putere de transmisie de până la 500 MVA, în viitor pot furniza o transmisie de putere foarte mare (până la 10 VVA și mai mult).
În Rusia, lucrul la cabluri superconductoare este realizat pe o scară mult mai mică (VNIIKP, RSC "Kurchatov Institute", VNIINM, VEI).
Înainte de cablurile utilizate în mod tradițional HTS cabluri au avantaje semnificative: productivitate mai mare atunci când se utilizează tensiunea de grad nominală mai mică, cu pierderi mai mici, în greutate mai mică și compactitatea, siguranță la foc, protecția mediului, iar altele efectuate calculele tehnice și economice comparative (CRR „Kurchatov Institute“. , VNIIKP, VNIINM, VEI) au arătat că, chiar și cu prețul ridicat al supraconductorilor la temperaturi înalte de astăzi, costurile totale (inclusiv de stabilire și cheltuielile de funcționare) pentru cabluri și convenționale HTS-kab Lei sunt aproximativ aceleași. Dacă în următorii ani, dezvoltatorii și producătorii de materiale supraconductoare se pot realiza o reducere semnificativă a-temperaturi ridicate supraconductoare prețurile materiale, ceea ce reprezintă 90% din valoarea cablului real, beneficiile rezultate din utilizarea de cabluri HTS vor deveni evidente [6].
Perspectivele mari se deschid inaintea liniilor de cablu HTSC de curent continuu, deoarece permit crearea unor sisteme "generator de inalta tensiune - curent continuu cc supercalductor", care lucreaza la tensiunea generatorului.
Trimiteți-le prietenilor: