石油およびガスを充填した高電圧ケーブルの設計と応用
地中高圧ケーブルは送電に長年使用されており、長年にわたってさまざまな技術が開発されてきました。
絶縁されたガスおよび石油パイプラインは、限られたスペースで高電圧送電が必要な場合、たとえば使用できない場合に、非常に優れた代替となる技術的、環境的、運用上の特徴を備えています。 架空送電線.
スペインの電圧 400 kV 用高圧ケーブル
ガスおよびオイルで絶縁された伝送ケーブル (高圧ガスおよび石油ケーブル) は、架空送電線に代わる安全かつ柔軟な代替品であり、同じ電力伝送を提供しながら占有スペースがはるかに小さくなります。
景観への影響がほとんどまたはまったくなく、電磁放射が最小限であるため、建物の近くまたは建物内でも使用できるため、石油およびガスを充填した高電圧ケーブルは幅広い用途に検討できます。
このような構造物の近くで測定できる磁気指標 B は非常に低く、同等の架空線の場合よりもはるかに低くなります。パイプから 5 メートルの距離では、それは 1 μT 未満です。
これらは、地下架空線の継続を提供したり、発電所を送電網に接続したり、大規模な産業プラントを一般送電網に接続するコンパクトな方法として適しています。
圧力が増加したケーブルに使用すると、ケーブル絶縁体の絶縁耐力が大幅に向上し、その厚さが減少し、それに応じてコストが削減されます。オイルまたはガスが充填されたケーブル内の圧力上昇は、ケーブルに沿った中空コアまたは他の導管を通じて絶縁体内で発生し、ケーブルが鋼鉄導管内に配置されている場合は絶縁体の外側に加えられます。
高圧ガス封入ケーブルによるケーブル線路の建設
ガス封入ケーブルは、空乏層を備えた水で実装された絶縁体を使用します。空乏層の層には、良好な電気特性と高い熱伝導率（窒素、SF6 ガスなど）を備えた加圧された不活性ガスが存在します。空気を窒素またはSF6ガスに置換することで絶縁体の酸化を防ぎます。
圧力の大きさに応じて、ケーブルは低圧（0.7〜1.5気圧）、中圧（〜3気圧）、高圧（12〜15気圧）に区別されます。最初の 2 種類のケーブルは主に 10 ～ 35 kV 用の三相ケーブル、および 110 ～ 330 kV 用の単相高圧ケーブルで構成されています。
110 kV 用の単心油入ケーブルは、中空コアの中心に 1 つの油伝導チャネルを備えて作られ、電圧 500 kV では、コア内に中央チャネルがあり、保護シースの下にチャネルがあります。
三相油封入設計
圧力が増加すると、保護シェルをその上に強化金属ストリップで覆い、強化する必要があります。保護シェルは適切なコーティングと亜鉛メッキ鋼線の外装によって腐食から保護されています。
油入りケーブルで作られた現代の高電圧線の主な欠点は、供給タンク、圧力タンク、ストップ、カプラー、エンドコネクタなどの非常に高価で複雑な補助機器が必要なことです。
含浸組成物の体積変化の補償は、供給タンクと圧力タンクからなる供給装置を使用して行われます。フィードタンクは、圧力の変化をほとんど起こさずに大量のオイルがケーブルに出入りすることを保証し、圧力タンクはオイルの体積が変化してもケーブル内の圧力を維持します。
オイルは、通電ワイヤの中央チャネルに沿ってケーブルに沿って移動します。ケーブルラインは、ブッシングを別個の構成部品に制限することによって分割されます。
油入ケーブルの最も強力な競争相手は、加圧ガスケーブルです。油入高圧ガス入ケーブルに比べて線路工事費が安価であり、複雑な付帯設備も不要であり、敷設・運用が非常に簡単です。
ガス封入ケーブルによる三相送電線の設置
油入りケーブルと比較したガス入りケーブルの主な利点は、ケーブルラインへのガス供給が簡単であること、急な傾斜や垂直なルートにケーブルを敷設できることです。
ガス封入ケーブルは、電圧 10 ～ 35 kV で最も広く使用されています。110 kV 以上の電圧では、ガス封入ケーブルは油封入ケーブルに比べて衝撃強度が低く、熱抵抗が高くなります。したがって、これらのケーブルは我が国では 110 kV 以上の電圧で使用されることはほとんどありません。
逆に、ヨーロッパ諸国では、油封入ケーブル（Oil Filled Cable）はガス封入ケーブル（ガス絶縁送電線、GIL）に比べてあまり使用されていません。
この技術は、およそ 70 年代にヨーロッパで適用され始めました。これは、都市環境に高電圧ネットワークを埋め込む可能性を提供するように特別に設計されています。現在、最大 500 kV の電圧に対応するガス封入ケーブルを使用した多くのプロジェクトが完了しています。
ガス封入ケーブルの利点は、圧力の緊急低下が発生した場合の安全マージンが比較的大きく、圧力が低下してもケーブルがすぐに切断されないことです。
ガス封入ケーブル設計
圧力油がかかる鋼管パイプライン内のケーブルは、鉱物油または合成油が含浸された紙絶縁体 (鉛シースなし) を備えた 3 本の単芯ケーブルであり、最大 15 気圧の圧油がかかる鋼管パイプライン内に配置されます。
通常、断熱材の含浸には粘性の高いオイルが使用され、パイプラインを満たすには粘性の低いオイルが使用されます。加圧油を使用する鋼製パイプラインのこのようなケーブルラインは、110〜220 kVの電圧で使用されます。
絶縁体は金属化紙または穴あき銅ストリップで作られたスクリーンで覆われ、その上に密閉コーティング、つまり輸送中にケーブルに湿気が入るのを防ぐポリエチレンのシースが塗布されます。
2 本または 3 本の半円形の青銅線または銅線がシール コーティング上に螺旋状に塗布されており、ケーブルを電線管内に引き込みやすくするように設計されています。また、位相を互いに一定の距離に保ち、接続性を向上させます。オイルを循環させ、ケーブル スクリーンとパイプラインの電気的接触を確保します。
ケーブル内の圧力を維持する鋼管は、機械的損傷に対する信頼性の高い保護となります。絶縁体にかかる油圧はポリエチレンのシースを介して伝達されます。
ケーブル移行へのオーバーヘッド
高電圧ケーブルの弱点は通常、コネクタです。高圧ケーブル線の開発における主なタスクの 1 つは、設置に便利で、ケーブルの強度と同等以上の電気強度を備えたコネクタを作成することです。
エンドコネクタはケーブルラインの端に設置され、セミストップコネクタはラインの1〜1.5kmごとに設置されます（パイプラインの隣接するセクション間でのオイルの自由な交換を防ぎます）。
パイプライン内の設定油圧は、圧力が低下するとパイプラインにオイルを供給し、圧力が上昇すると余分なオイルを除去する自動作動ユニットによって維持されます。
オイル封入ケーブルのコネクタでは、通電ワイヤの電気接続とケーブルのオイル チャネルの接続が行われます。
コアは一緒に圧着され、オイル チャネルの連続性は中空のスチール チューブによって確保されます (オイルが存在するため、溶接やろう付けは禁止されています)。
接地シールド (錫メッキ銅編組) がブッシングの全長に沿って適用され、ブッシングの外側は金属ハウジングに囲まれています。
油入高圧ケーブルのケーブルブッシュ
加圧ガス鋼パイプライン内のケーブルは、鉱油または合成油の代わりに、パイプラインが圧縮不活性ガス、通常は約 12 ～ 15 気圧の圧力の窒素で満たされている点のみが以前の設計と異なります。このようなケーブルの利点は、ライン供給システムの大幅な簡素化とコスト削減です。
ケーブルは架空線や影響を感知する開放変電所や開閉装置の電気機器に直接接続されているため、ケーブルの絶縁体は産業用周波数電圧に継続的にさらされるだけでなく、インパルス電圧にもさらされます。 大気の波.
オイル充填ケーブルのインパルス強度は、オイルまたはガスの圧力値に関係なく、ガス充填ケーブルのインパルス強度よりも高くなります。どのようなタイプのケーブルでも、紙ストリップの厚さを減らすことによって、インパルス破壊電圧を高めることができます。それらの間のギャップを減らすことによって。油が充填されたケーブル、または絶縁体の隙間が含浸化合物で満たされている外部ガス圧力下のケーブルは、最も高い絶縁破壊電圧を示します。
地下マニホールド (トンネル) 内のガス充填高電圧ケーブルはケーブル間を簡単に移動できますが、このタイプの設置ではメンテナンスがほとんど必要ありません。
高圧ガスおよびオイルで絶縁されたケーブル パイプラインは、非常に優れた伝送特性に加えて、動作中および故障の場合でも優れた安全性を提供するため、数十年にわたってその技術的信頼性がすでに証明されています。
動作中のケーブルラインの絶縁状態は予防テストによってチェックされ、絶縁の完全性の重大な違反やその欠陥（相接地、断線など）を特定することができます。絶縁抵抗、漏れ電流、誘電損失角などを測定します。
ケーブルラインの絶縁については、ケーブルラインには検査や予防修理ができないため、予防テストが絶縁の欠陥箇所を検出する唯一の方法であることに注意してください。したがって、ケーブル線の絶縁の予防テストにより、ケーブルの絶縁の欠陥を迅速に特定し、ネットワークの緊急事態を軽減する必要があります。
記事に加えて— シーメンスはガス伝送ラインを開発中
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「地中直流送電は、その開発が最初にドイツで行われるため、ドイツの新しい電力構造への移行には不可欠です。その後、他の EU 諸国や世界中の国々から問い合わせが来る可能性は十分にあります。いずれにせよ、直流ガス送電線の開発により、ドイツは将来の送電システムの設計において主導的な役割を果たすことになるでしょう」とシーメンス・エナジー・マネジメントのガス送電システム責任者のデニス・イマモヴィッチ氏は述べた。