Conception et application de câbles haute tension remplis de pétrole et de gaz
Les câbles souterrains à haute tension sont utilisés depuis de nombreuses années pour transporter l'électricité et un certain nombre de technologies différentes ont été développées au fil des ans.
Les gazoducs et oléoducs isolés ont des caractéristiques techniques, environnementales et opérationnelles qui en font une très bonne alternative lorsqu'une transmission à haute tension est requise dans un espace limité, par exemple lorsqu'il est impossible de l'utiliser. des lignes électriques aériennes.
Câbles haute tension en Espagne pour tension 400 kV
Les câbles de transmission isolés au gaz et à l'huile (câbles à gaz et à pétrole à haute pression) sont une alternative sûre et flexible aux lignes aériennes et occupent beaucoup moins d'espace tout en assurant la même transmission de puissance.
Comme ils ont peu ou pas d'impact sur le paysage et que leurs émissions électromagnétiques minimales signifient qu'ils peuvent être utilisés à proximité ou même dans les bâtiments, les câbles haute tension remplis d'huile et de gaz peuvent être envisagés pour un large éventail d'applications .
L'indice magnétique B mesurable à proximité d'un tel ouvrage est très faible, bien inférieur à celui d'une ligne aérienne équivalente. A une distance de 5 mètres des canalisations, elle est inférieure à 1 μT.
Ils conviennent pour assurer le prolongement des lignes aériennes souterraines, connecter les centrales électriques au réseau électrique ou comme moyen compact de connecter de grandes installations industrielles au réseau général.
Lorsqu'il est utilisé dans des câbles à pression accrue, la résistance diélectrique de l'isolation du câble est considérablement augmentée et son épaisseur et, par conséquent, les coûts sont réduits. La pression accrue dans les câbles remplis d'huile ou de gaz est générée à l'intérieur de l'isolation à travers un noyau creux ou d'autres conduits le long du câble et est appliquée à l'extérieur de l'isolation si le câble est placé dans un conduit en acier.
Construction d'une ligne de câbles avec des câbles à haute tension remplis de gaz
Les câbles remplis de gaz utilisent une isolation mise en œuvre à l'eau avec une couche appauvrie, dans la couche de laquelle se trouve un gaz inerte sous pression, qui a de bonnes caractéristiques électriques et une conductivité thermique élevée (azote, gaz SF6, etc.). Le remplacement de l'air par de l'azote ou du gaz SF6 évite l'oxydation de l'isolant.
Selon l'amplitude de la pression, les câbles se distinguent par une pression basse (0,7 - 1,5 atm), moyenne (jusqu'à 3 atm) et haute (12 - 15 atm). Les deux premiers types de câbles sont principalement constitués de câbles triphasés pour 10 — 35 kV, et les câbles haute pression — monophasés pour 110 — 330 kV.
Les câbles unipolaires remplis d'huile pour 110 kV sont fabriqués avec un canal conducteur d'huile au centre du noyau creux, et pour la tension 500 kV - avec un canal central dans le noyau et des canaux sous la gaine de protection.
Conception triphasée remplie d'huile
La montée en pression nécessite de renforcer la coque de protection en appliquant par dessus des bandes métalliques de renfort, protégées de la corrosion par des revêtements adaptés, ainsi qu'une armure de fils d'acier galvanisé.
Un inconvénient majeur de la ligne haute tension moderne réalisée avec des câbles remplis d'huile est la nécessité d'équipements auxiliaires très coûteux et complexes, tels que : réservoirs d'alimentation, réservoirs sous pression, arrêt, coupleurs et connecteurs d'extrémité.
La compensation des variations de volumes de la composition d'imprégnation est réalisée à l'aide de dispositifs d'alimentation constitués de réservoirs d'alimentation et d'un réservoir sous pression. Les réservoirs d'alimentation garantissent qu'une grande quantité d'huile est introduite dans ou hors du câble avec peu de changement de pression, et le réservoir sous pression maintient la pression dans le câble avec tout changement de volume d'huile.
L'huile se déplace le long du câble le long du canal central du fil conducteur de courant. La ligne de câbles est divisée par des bagues de limitation en pièces de montage séparées.
Le concurrent le plus fort du câble rempli d'huile est le câble de gaz sous pression. Comparé au câble rempli de gaz à haute tension rempli d'huile, il nécessite des coûts de construction de ligne inférieurs, ne nécessite pas d'équipement auxiliaire complexe et est très simple à installer et à utiliser.
Installation d'une ligne triphasée avec des câbles remplis de gaz
Le principal avantage des câbles remplis de gaz par rapport aux câbles remplis d'huile est la simplicité d'alimentation de la ligne de câbles en gaz, la possibilité de poser le câble sur des parcours fortement inclinés et verticaux.
Les câbles remplis de gaz sont les plus largement utilisés pour la tension 10 - 35 kV.À des tensions de 110 kV et plus, les câbles remplis de gaz, par rapport à ceux remplis d'huile, ont une résistance aux impulsions plus faible et une résistance thermique plus élevée. Par conséquent, ces câbles sont rarement utilisés dans notre pays à des tensions de 110 kV et plus.
Dans les pays européens, au contraire, les câbles remplis d'huile (Oil Filled Cable) sont moins souvent utilisés que les câbles remplis de gaz (lignes de transmission à isolation gazeuse, GIL).
Cette technologie a commencé à être appliquée en Europe vers les années 70. Il est spécialement conçu pour offrir la possibilité d'enfouir des réseaux haute tension en milieu urbain. Actuellement, il existe de nombreux projets achevés utilisant des câbles remplis de gaz pour des tensions allant jusqu'à 500 kV.
L'avantage des câbles remplis de gaz est une marge de sécurité relativement importante en cas de chute de pression d'urgence, ce qui permet de ne pas les déconnecter immédiatement lorsque la pression chute.
Conception de câble rempli de gaz
Les câbles dans un pipeline en acier sous pression d'huile sont trois câbles unipolaires avec isolation en papier imprégné d'huile minérale ou synthétique (sans gaine en plomb), qui sont situés dans un pipeline en acier avec de l'huile sous pression jusqu'à 15 atm.
En règle générale, des huiles plus visqueuses sont utilisées pour imprégner l'isolant et des huiles moins visqueuses sont utilisées pour remplir le pipeline. De telles lignes de câbles dans des pipelines en acier avec de l'huile sous pression sont utilisées pour des tensions de 110 à 220 kV.
L'isolant est recouvert d'un écran en papier métallisé ou en bandes de cuivre perforées, sur lequel est appliqué un revêtement d'étanchéité - une gaine en polyéthylène qui empêche l'humidité de pénétrer dans le câble pendant le transport.
Deux ou trois fils de bronze ou de cuivre semi-circulaires sont appliqués en spirale sur le revêtement d'étanchéité, qui sont conçus pour faciliter le tirage du câble dans le conduit, de plus, ils maintiennent les phases à une certaine distance les unes des autres, ce qui améliore la circulation de l'huile et assure le contact électrique des écrans des câbles avec la canalisation.
Le tube en acier, qui maintient la pression dans le câble, est une protection fiable contre les dommages mécaniques. La pression d'huile sur l'isolant est transférée à travers la gaine en polyéthylène.
Passage des frais généraux au câble
Le point faible d'un câble haute tension est généralement les connecteurs. L'une des principales tâches du développement des lignes de câbles à haute tension est la création d'un connecteur pratique pour l'installation et dont la résistance électrique n'est pas inférieure à celle du câble.
Des connecteurs d'extrémité sont installés aux extrémités de la ligne de câble et des connecteurs semi-stop sont installés tous les 1 à 1,5 km de la ligne (ils empêchent le libre échange d'huile entre les sections adjacentes du pipeline).
La pression d'huile préréglée dans le pipeline est maintenue par une unité à fonctionnement automatique qui fournit du pétrole au pipeline lorsque la pression chute et élimine l'excédent d'huile lorsque la pression augmente.
Dans les connecteurs de câbles remplis d'huile, la connexion électrique des fils porteurs de courant et la connexion des canaux d'huile du câble ont lieu.
Les noyaux sont pressés ensemble et la continuité du canal d'huile est assurée par un tube creux en acier (le soudage ou le brasage n'est pas autorisé en raison de la présence d'huile).
Un blindage de terre (tresse en cuivre étamé) est appliqué sur toute la longueur de la traversée et l'extérieur de la traversée est enfermé dans un boîtier métallique.
Passe-câble de câble haute tension rempli d'huile
Les câbles d'un gazoduc en acier sous pression ne diffèrent de la conception précédente que par le fait qu'au lieu d'huile minérale ou synthétique, le pipeline est rempli d'un gaz inerte comprimé, généralement de l'azote à une pression d'environ 12-15 atm. L'avantage de tels câbles est une simplification significative et une réduction des coûts du système d'alimentation en ligne.
L'isolation des câbles est exposée non seulement à une exposition continue à la tension de fréquence industrielle, mais également à la tension d'impulsion, car les câbles sont connectés directement aux lignes aériennes ou à l'équipement électrique des sous-stations et des appareillages ouverts qui perçoivent les effets ondes atmosphériques.
La force d'impulsion d'un câble rempli d'huile est supérieure à celle d'un câble rempli de gaz, quelles que soient les valeurs de pression d'huile ou de gaz qu'ils contiennent. Pour tout type de câble, la tension de claquage impulsionnelle peut être augmentée en réduisant l'épaisseur des bandes de papier, c'est-à-dire en réduisant les écarts entre eux. Les câbles remplis d'huile ou les câbles sous pression de gaz externe, où les lacunes dans l'isolation sont remplies d'un composé d'imprégnation, ont les tensions de claquage les plus élevées.
Les câbles haute tension remplis de gaz dans un collecteur souterrain (tunnel) peuvent facilement être déplacés entre les câbles, mais ce type d'installation ne nécessite pratiquement aucun entretien
Les conduites de gaz et de câbles isolés à l'huile à haute pression ont déjà prouvé leur fiabilité technique depuis plusieurs décennies, car elles offrent une sécurité exceptionnelle en fonctionnement et même en cas de panne, en plus de leurs très bonnes caractéristiques de transmission.
L'état de l'isolation des lignes de câbles pendant le fonctionnement est vérifié par des tests préventifs, qui permettent d'identifier les violations flagrantes de l'intégrité de l'isolation et les défauts de celle-ci (mise à la terre de phase, ruptures de fil, etc.), ainsi que de mesurer la résistance d'isolement, les courants de fuite, l'angle de perte diélectrique, etc.
Il convient de noter que pour l'isolation des lignes de câbles, les tests préventifs sont la seule méthode de détection des points défectueux dans l'isolation, car la ligne de câbles est inaccessible pour l'inspection et la réparation préventive. Par conséquent, les tests préventifs de l'isolation des lignes de câbles doivent identifier rapidement les défauts d'isolation des câbles et donc réduire l'urgence du réseau.
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La nouvelle ligne est conçue pour transmettre jusqu'à cinq gigawatts (GW) d'électricité par système. Le ministère fédéral allemand de l'Économie et de l'Énergie accorde 3,78 millions d'euros pour ce projet de développement.
Fils électriques à courant continu sera basé sur la technologie de la ligne de transmission à isolation gazeuse (TL) existante, qui se compose de deux tubes concentriques en aluminium. Un mélange de gaz est utilisé comme milieu isolant.Jusqu'à présent, les câbles à isolation gazeuse n'étaient disponibles que pour le courant alternatif.
L'expansion du réseau de transport est nécessaire si 80 % de la demande d'électricité de l'Allemagne doit être satisfaite par des sources d'énergie renouvelables d'ici 2050.
Électricité générée éoliennes dans le nord du pays et le long des côtes allemandes, devront être acheminés le plus efficacement possible vers les centres de fret du sud de l'Allemagne.La transmission DC est la mieux adaptée pour cela en raison de ses faibles pertes électriques par rapport à la transmission AC.
Le développement de réseaux utilisant du courant continu à haute tension (HVDC) utilisant des lignes de transmission aériennes et des lignes de transmission à courant continu isolées au gaz posées sous terre dans certaines zones peut être réalisé en utilisant beaucoup moins de ressources que la technologie triphasée .
"Le transport souterrain à courant continu est essentiel pour la transition de l'Allemagne vers une nouvelle structure électrique, car son développement se fera dans un premier temps en Allemagne. Plus tard, des demandes de renseignements provenant d'autres pays de l'UE ou d'autres pays du monde seront tout à fait possibles. Dans tous les cas, avec le développement d'une ligne de transmission de gaz à courant continu, l'Allemagne jouera un rôle de premier plan dans la conception des futurs systèmes de transmission », a déclaré Denis Imamovic, responsable des systèmes de transmission de gaz chez Siemens Energy Management.