Diseño y aplicación de cables de alta tensión llenos de petróleo y gas.
Los cables subterráneos de alto voltaje se han utilizado para transmitir electricidad durante muchos años y se han desarrollado varias tecnologías diferentes a lo largo de los años.
Los gasoductos y oleoductos aislados cuentan con características técnicas, ambientales y operativas que los convierten en una muy buena alternativa cuando se requiere transmisión de alta tensión en un espacio limitado, por ejemplo cuando es imposible su uso. líneas de alta tensión.
Cables de alta tensión en España para tensión 400 kV
Los cables de transmisión aislados con gas y aceite (cables de alta presión para gas y aceite) son una alternativa segura y flexible a las líneas aéreas y ocupan mucho menos espacio mientras proporcionan la misma transmisión de energía.
Como tienen poco o ningún impacto en el paisaje y sus emisiones electromagnéticas mínimas significan que pueden usarse cerca o incluso en edificios, los cables de alto voltaje llenos de petróleo y gas pueden considerarse para una amplia gama de aplicaciones.
La indicación magnética B que se puede medir cerca de una estructura de este tipo es muy baja, mucho más baja que la de una línea aérea equivalente. A una distancia de 5 metros de las tuberías es inferior a 1 μT.
Son adecuados para proporcionar la continuación de líneas aéreas subterráneas, conectar centrales eléctricas a la red eléctrica o como una forma compacta de conectar grandes plantas industriales a la red general.
Cuando se usa en cables con mayor presión, la rigidez dieléctrica del aislamiento del cable aumenta significativamente y su espesor y, en consecuencia, los costos se reducen. El aumento de presión en los cables llenos de petróleo o gas se genera dentro del aislamiento a través de un núcleo hueco u otros conductos a lo largo del cable y se aplica fuera del aislamiento si el cable se coloca en un conducto de acero.
Construcción de una línea de cable con cables llenos de gas de alta tensión
Los cables llenos de gas utilizan un aislamiento implementado con agua con una capa empobrecida, en cuya capa hay un gas inerte a presión, que tiene buenas características eléctricas y alta conductividad térmica (nitrógeno, gas SF6, etc.). La sustitución del aire por nitrógeno o gas SF6 evita la oxidación del aislamiento.
De acuerdo con la magnitud de la presión, los cables se distinguen con presión baja (0,7 - 1,5 atm), media (hasta 3 atm) y alta (12 - 15 atm). Los dos primeros tipos de cables son principalmente trifásicos para 10 — 35 kV, y los cables de alta presión — monofásicos para 110 — 330 kV.
Los cables llenos de aceite de un solo núcleo para 110 kV están hechos con un canal conductor de aceite en el centro del núcleo hueco, y para voltaje de 500 kV, con un canal central en el núcleo y canales debajo de la cubierta protectora.
Diseño trifásico lleno de aceite
El aumento de presión requiere reforzar la coraza protectora mediante la aplicación sobre ella de tiras metálicas de refuerzo, que se protegen de la corrosión mediante revestimientos adecuados, así como una armadura de alambres de acero galvanizado.
Una gran desventaja de la línea de alta tensión moderna hecha con cable lleno de aceite es la necesidad de equipos auxiliares muy costosos y complejos, tales como: tanques de suministro, tanques de presión, tope, acopladores y conectores finales.
La compensación de los cambios en los volúmenes de la composición de impregnación se lleva a cabo utilizando dispositivos de suministro que consisten en tanques de suministro y un tanque de presión. Los tanques de alimentación aseguran que una gran cantidad de aceite ingrese o salga del cable con un pequeño cambio en la presión, y el tanque de presión mantiene la presión en el cable con cualquier cambio en el volumen de aceite.
El aceite se mueve a lo largo del cable a lo largo del canal central del cable que lleva corriente. La línea de cable está dividida por casquillos limitadores en partes separadas.
El competidor más fuerte del cable lleno de aceite es el cable de gas presurizado. En comparación con el cable lleno de gas de alto voltaje lleno de aceite, requiere costos de construcción de línea más bajos, no necesita equipos auxiliares complejos y es muy simple tanto en instalación como en operación.
Instalación de una línea trifásica con cables llenos de gas
La principal ventaja de los cables llenos de gas en comparación con los cables llenos de aceite es la simplicidad de alimentar la línea de cable con gas, la posibilidad de tender el cable en rutas verticales y de fuerte pendiente.
Los cables llenos de gas se usan más ampliamente para voltajes de 10 a 35 kV.A tensiones de 110 kV y superiores, los cables llenos de gas, en comparación con los llenos de aceite, tienen una fuerza de impulso más baja y una resistencia térmica más alta. Por lo tanto, estos cables rara vez se usan en nuestro país a voltajes de 110 kV y superiores.
En los países europeos, por el contrario, los cables rellenos de aceite (Oil Filled Cable) se utilizan con menos frecuencia que los cables rellenos de gas (líneas de transmisión con aislamiento de gas, GIL).
Esta tecnología comenzó a aplicarse en Europa aproximadamente en los años 70. Está especialmente diseñado para dar la posibilidad de enterrar redes de alta tensión en un entorno urbano. Actualmente, hay muchos proyectos terminados que utilizan cables llenos de gas para voltajes de hasta 500 kV.
La ventaja de los cables llenos de gas es un margen de seguridad relativamente grande en caso de una caída de presión de emergencia, lo que permite que no se desconecten inmediatamente cuando cae la presión.
Diseño de cable lleno de gas
Los cables en tubería de acero bajo presión de aceite son tres cables unipolares con aislamiento de papel impregnado de aceite mineral o sintético (sin cubierta de plomo), que se ubican en una tubería de acero con presión de aceite hasta 15 atm.
Por lo general, se utilizan aceites más viscosos para impregnar el aislamiento y aceites menos viscosos para llenar la tubería. Tales líneas de cable en tuberías de acero con aceite a presión se utilizan para voltajes de 110 — 220 kV.
El aislamiento está cubierto con una pantalla hecha de papel metalizado o tiras de cobre perforadas, sobre las cuales se aplica un revestimiento de sellado, una funda de polietileno que evita que la humedad ingrese al cable durante el transporte.
Sobre el revestimiento de sellado se aplican en espiral dos o tres alambres semicirculares de bronce o cobre, los cuales están diseñados para facilitar la tracción del cable hacia el interior del conducto, además, mantienen las fases a cierta distancia entre sí, lo que mejora la circulación del aceite y asegura el contacto eléctrico de las pantallas de los cables con la tubería.
El tubo de acero, que mantiene la presión en el cable, es una protección fiable contra daños mecánicos. La presión del aceite sobre el aislamiento se transfiere a través de la cubierta de polietileno.
Transición aérea a cable
El punto débil de un cable de alta tensión suelen ser los conectores. Una de las tareas principales en el desarrollo de líneas de cable de alta tensión es la creación de un conector que sea conveniente para la instalación y tenga una fuerza eléctrica que no sea menor que la del cable.
Los conectores finales se instalan en los extremos de la línea de cable, y los conectores de parada parcial se instalan cada 1 - 1,5 km de la línea (impiden el libre intercambio de aceite entre secciones adyacentes de la tubería).
La presión de aceite preestablecida en la tubería es mantenida por una unidad de operación automática que suministra aceite a la tubería cuando cae la presión y elimina el exceso de aceite cuando aumenta la presión.
En los conectores de cables llenos de aceite se realiza la conexión eléctrica de los hilos conductores de corriente y la conexión de los canales de aceite del cable.
Los núcleos se presionan entre sí y la continuidad del canal de aceite está asegurada por un tubo de acero hueco (no se permite la soldadura fuerte debido a la presencia de aceite).
Se aplica un blindaje a tierra (trenza de cobre estañado) a lo largo de toda la longitud del aislador, y el exterior del aislador está encerrado en una carcasa de metal.
Buje de cable de cable de alto voltaje lleno de aceite
Los cables en una tubería de acero para gas a presión difieren del diseño anterior solo en que, en lugar de aceite mineral o sintético, la tubería se llena con un gas inerte comprimido, generalmente nitrógeno a una presión de aproximadamente 12-15 atm. La ventaja de tales cables es una simplificación significativa y una reducción de costos del sistema de suministro de línea.
El aislamiento de los cables está expuesto no sólo a la exposición continua a tensión de frecuencia industrial, sino también a tensión de impulso, ya que los cables se conectan directamente a líneas aéreas o a equipos eléctricos de subestaciones abiertas y aparamenta que perciben los efectos ondas atmosféricas.
La fuerza de impulso de un cable lleno de aceite es mayor que la de un cable lleno de gas, independientemente de los valores de presión de aceite o gas en ellos. Para cualquier tipo de cable, la tensión de ruptura del impulso se puede aumentar reduciendo el grosor de las tiras de papel, es decir, reduciendo las distancias entre ellos. Los cables rellenos de aceite o los cables bajo presión de gas externa, en los que los huecos del aislamiento se rellenan con un compuesto de impregnación, tienen las tensiones de ruptura más altas.
Los cables de alto voltaje llenos de gas en un colector subterráneo (túnel) se pueden mover fácilmente entre cables, pero este tipo de instalación casi no requiere mantenimiento
Los gasoductos de alta presión y los cables aislados con aceite ya han demostrado su fiabilidad técnica durante varias décadas, ya que proporcionan una seguridad excepcional en la operación e incluso en caso de avería, además de sus muy buenas características de transmisión.
El estado del aislamiento de las líneas de cable durante la operación se verifica a través de pruebas preventivas, que permiten identificar violaciones graves de la integridad del aislamiento y defectos en el mismo (puesta a tierra de fases, roturas de cables, etc.), así como para medir la resistencia de aislamiento, las corrientes de fuga, el ángulo de pérdida dieléctrica, etc.
Cabe señalar que para el aislamiento de líneas de cable, las pruebas preventivas son el único método para detectar puntos defectuosos en el aislamiento, ya que la línea de cable es inaccesible para inspección y reparación preventiva. Por lo tanto, las pruebas preventivas del aislamiento de las líneas de cable deben identificar rápidamente los defectos en el aislamiento de los cables y, por lo tanto, reducir la emergencia de la red.
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La nueva línea está diseñada para transmitir hasta cinco gigavatios (GW) de potencia por sistema. El Ministerio Federal de Asuntos Económicos y Energía de Alemania otorga 3,78 millones de euros para este proyecto de desarrollo.
Cables eléctricos de corriente continua se basará en la tecnología de la línea de transmisión aislada en gas (TL) existente, que consta de dos tuberías concéntricas de aluminio. Como medio aislante se utiliza una mezcla de gases.Hasta ahora, las líneas de cable aisladas con gas solo estaban disponibles para corriente alterna.
La expansión de la red de transmisión es necesaria para que el 80 % de la demanda de electricidad de Alemania se satisfaga con fuentes de energía renovables para 2050.
Electricidad generada turbinas de viento en la parte norte del país y a lo largo de la costa de Alemania, deberán transportarse de la manera más eficiente posible a los centros de carga en la parte sur de Alemania.La transmisión de CC es la más adecuada para esto debido a sus bajas pérdidas eléctricas en comparación con la transmisión de CA.
El desarrollo de redes que utilizan corriente continua de alto voltaje (HVDC) utilizando líneas de transmisión aéreas y líneas de transmisión de corriente continua aisladas con gas colocadas bajo tierra en ciertas áreas se puede realizar utilizando muchos menos recursos que la tecnología trifásica.
"La transmisión de corriente continua subterránea es esencial para la transición de Alemania a una nueva estructura eléctrica, ya que su desarrollo tendrá lugar inicialmente en Alemania. Posteriormente, será posible realizar consultas desde otros países de la UE o de otros países del mundo. En cualquier caso, con el desarrollo de una línea de transmisión de gas de corriente continua, Alemania jugará un papel de liderazgo en el diseño de los futuros sistemas de transmisión”, dijo Denis Imamovic, responsable de sistemas de transmisión de gas en Siemens Energy Management.