Actualități și tendințe în - smartsb.rosmartsb.ro/cigre/noutati/Intalnire.CIGRE.LST.Bran.Oct.2013... · Rețeaua de transport a energiei electrice de la surse ... În țara noastră

Dokumentnummer SS: O-N 1

FICHTNER ENGINEERING

Actualități și tendințe în

transportul energiei la tensiuni

înalte în curent alternativ.

Prezentare comparativă

LEA / LEC / GIL

TRANSELECTRICA



GENERALITĂȚI

TRANSELECTRICA

Transportul energiei electrice se poate realiza în:

o curent alternativ (AC), sau

o în curent continuu (DC).

Tensiunile la care se poate realiza transportul energiei electrice sunt:

o 220 kV,

o 330 kV,

o 400 kV,

o 550 kV și

o 750 kV.

Rețeaua de transport a energiei electrice de la surse / generatoare la

consumatori este alcătuită din:

o Linii Electrice Aeriene (LEA),

o Linii Electrice în Cablu (LEC) și

o Linii Electrice izolate în SF6 (GIL).



SITUAȚIA ACTUALĂ

TRANSELECTRICA

La nivelul Europei, mai precis a țărilor care fac parte din ENTSO-E situația liniilor de

transport la data de 31 Decembrie 2011, este următoarea:

o LINII cu Un< 220 kV – 15003 km din care

• LEC( AC) 427 km

• LEC( DC) 365 km

o LINII cu Un între 220 kV-285kV – 141.214 km din care

• LEC( AC) 3.356 km

• LEC( DC) 2.142 km

o LINII cu Un 330 kV – 4462 km din care

• LEC( AC) 0 km

• LEC( DC) 0 km

o LINII cu Un 380/400 kV – 149.105 km din care

• LEC( AC) 1742 km

• LEC( DC) 1207 km

o LINII cu Un>400 kV – 626 km din care

• LEC( AC) 0 km

• LEC( DC) 1654 km


FICHTNER ENGINEERING TRANSELECTRICA

Situația LEA, LEC la 31 dec. 2011 în Europa

Conform ENTSO



SITUAȚIA GIL

Exemple de proiecte GIL finalizate:

o Aeroportul din Frankfurt, Germania – 5,4 km la Un=420 kV

o Zona expozițională Geneva, Elveția – 2,5 km la Un=300 kV

o Zona muntoasă Kaprun, Austria – 0,4 km la Un=400 kV

o Zona muntoasă Wehr, Germania – 4 km la Un=400 kV

o Elstree, Londra, Anglia – 0,7 km la Un=420 kV

o Hidrocentrala Xiluoduo – 12,5 km la Un=550 kV



SITUAȚIA ÎN ROMÂNIA

În țara noastră rețeaua de transport este alcătuită din 8759.4 km Linii Electrice

Aeriene (LEA), din care:

o 155.2 km – 750 kV

o 4706.8 km – 400 kV

o 3859.4 km – 220 kV

din care LEA

de interconexiune: 425.8 km

În prezent, cablu de înaltă tensiune

se folosește doar pentru realizarea

conexiunilor din stațiile de transformare

și pentru conectarea

CEF și CEE la RET.



LEA – Concepție (design)

TRANSELECTRICA

Liniile electrice aeriene sunt compuse din:

• Stâlpi

• Conductoare active și de protecție

• Izolație

• Fundații

• Prize de legare la pământ

La proiectarea liniilor electrice aeriene se ține seama de mai mulți factori :

• Amplasamentul traseului ales și a condițiilor speciale impuse de acesta

• Geologia, geomorfologia și hidrologia traseului

• Factori meteorologici, temperatura aerului, agresivitatea mediului

• Poluarea și radiația solară

La ora actuală pentru realizarea Liniilor Electrice Aeriene se folosesc programe de

calcul specializate care conduc la rezultate optime încă din faza de proiectarea. (PLS

CADD, Tower, ș.a.)



LEA – Construcție

TRANSELECTRICA

Construcția propriu-zisă a Liniilor Electrice Aeriene constă în:

o Pichetarea traseului LEA

o Pichetarea, trasarea și săparea gropilor pentru fundații

o Executarea fundațiilor

o Ridicarea stâlpilor

o Montarea izolatoarelor

o Montarea conductoarelor de protecție și a conductoarelor active

o Întinderea conductoarelor la săgeată

o Verificări și măsurători

o PIF

Accesul în zonele greu accesibile, cât și în cadrul zonelor

de mediu protejate, se poate dovedi o problemă majoră

pentru realizarea efectivă a construcției LEA și poate duce

la întârzieri în execuție sau costuri suplimentare datorită

folosirii utilajelor speciale de transport.



LEA – Mentenanță

TRANSELECTRICA

Mentenanța liniilor electrice se realizează relativ ușor și constă în:

o Verificarea integrității elementelor componente ale liniei:

• Stâlpi

• Izolatoare

• Conductoare

• Fundații

o Verificarea integrității culoarului LEA

o Verificarea distanțelor electrice și apariția descărcărilor parțiale.

Mentenanța LEA se poate clasifica:

o Mentenanţă preventivă , respectiv :

• Inspecții Tehnice;

• Revizii Tehnice;

o Mentenanță corectiva , respectiv :

• Reparația Curenta;

• Reparația Capitala;

În funcție de rezultatele Inspecției tehnice, care se poate realiza atât cu elicopterul,

inspecție multispectrală, cât și vizual de la sol, se ia hotărârea de efectuarea Reparației

Curente sau Reparației Capitale.



LEC – Concepție

TRANSELECTRICA

Liniile electrice în cablu au în componența lor următoarele:

• Cablu propriu-zis

• Manșoane de înnădire

• Echipamente de compensare a puterii reactive

• Capete terminale

• Cutii de conexiune a ecranelor cablurilor în cross-bonding cu sau fără descărcătoare variabile

• Cablu de însoțire din cupru de tip FY.

La proiectarea unui sistem complet LEC se vor avea în vedere următorii factori:

• Condițiile de pozare precum și traseul pe care urmează să se pozeze cablul

• Stabilirea secțiunii economice a cablului precum și a tipului de cablu folosit

• Căderea de tensiune raportată la lungimea traseului

• Pierderile de putere

• Compensarea puterii reactive produse de cablu de înaltă tensiune

Tipurile de cablu folosite pot fi ierarhizate, în principal după:

• Tensiunea nominală

• Tipul conductorului

• Tipul izolației



LEC – Concepție (continuare)

TRANSELECTRICA

Clasificarea Liniile Electrice în Cablu de înaltă tensiune, în curent alternativ

o Tensiunea nominală • 220-230 kV

• 275-287 kV

• 330-345 kV

• 380-400 kV

• 500 kV

o Tipul conductorului

• Aluminiu

• Cupru

o Tipul izolației

• LDPE – Low density polyethylene – un sistem dielectric uscat unde conductorul este acoperit cu polietilenă de

joasă(mică) densitate

• XLPE – Cross-linked polyethylene – acest sistem este în principiu la fel cu LDPE diferența constând în tratarea

chimică a polietilenei pentru a putea crește temperatura maximă de operare a cablului de la 70 °C la 90 °C

• HPFF – High pressure fluid filled paper insulated pipe – un sistem dielectric format din hârtie impregnată cu

lichid (ulei de obicei), înfășurat în jurul cablului. Cablurile izolate astfel cu hârtie sunt introduse într-un tub metalic

(toate trei fazele) prin care circulă ulei sub presiune.

• SCFF – Self contained fluid filled paper insulated cable – este la fel ca HPFF, diferența constând în înlocuirea

tubului metalic cu un înveliș metalic pentru fiecare cablu în parte.

• SCFF-PPL – Self contained fluid filled paper-polypropylene laminate insulated cable – este o derivație a

cablului SCFF, hârtia fiind înlocuită cu bandă PPL



LEC – Construcție / instalare

TRANSELECTRICA

În ultimii ani s-a realizat trecerea de la cablurile umplute cu diferite lichide la cele cu

izolație uscată (datorită riscului de scurgere a lichidului și poluării mediului), iar

majoritatea liniilor în cablu de înaltă tensiune sunt construite cu izolație XLPE.

Pozarea cablurilor se realizează în treflă sau alăturat.

Montarea cablurilor se poate realiza:

• îngropate direct în pământ

• pozate în tunel

Principalele avantaje ale tunelelor sunt următoarele:

• Accesul ușor în cazul reparațiilor ( din cauza incertitudinilor legate de fiabilitatea cablului de 400 kV

XLPE la începuturile acestuia)

• Tunelul facilitează măsurarea descărcărilor parțiale din cadrul manșoanelor (aceeași problemă cu

incertitudinile legate de experiența cu cablul de 400 kV XLPE)

• Tunelul permite un mai bun control asupra mediului manșoanelor, de exemplu curățenie.

• Tunelul permite îndoirea cablului și după instalare, atenuând astfel forțele electromecanice care

acționează asupra manșoanelor.

Pozarea cablurilor în tunele s-a realizat pentru o mai bună înțelegere a fenomenelor

ce apar în timpul funcționării dar și pentru a observa comportarea izolației XLPE

de-a lungul timpului.



LEC – Construcție / instalare (continuare)

TRANSELECTRICA

Prima instalare a unui cablu de 400 kV XLPE cu folosirea mai multor manșoane a

fost în Copenhaga, în 1997 și a constat în 2 circuite unul de 12 km și unul de 9 km

având o comportare bună în timp.

Profilele șanțurilor de pozare pot fi:

o Profil pozat direct în pământ

o Pozare în tuburi PVC încastrate în beton pentru protecție

mecanică

o Profil de subtraversare diverse utilități (drumuri etc.)

o Pozare în tunele

Pozarea cablurilor se poate realiza în treflă sau alăturat.

Împreună cu cablurile de energie se pozează de obicei

și un cablu de fibră optică.

Pentru conectarea diferitelor lungimi de cablu se folosesc manșoane.

Manșoanele se instalează în cămine de manșonare,

construcții speciale pentru protejarea mecanică a acestora.



LEC – Mentenanță

TRANSELECTRICA

Pentru cablul îngropat direct în pământ mentenanța LEC este mult mai greoaia

decât în cazul LEA.

În caz de defect apar următoarele dezavantaje:

o Timpi mari de detectare a defectului

o Timp mare de livrare a echipamentelor necesare reparației

o Reparația se realizează de obicei prin manșonarea cablului respectiv

o Costuri suplimentare cu realizarea căminelor de manșonare

o Costuri mari datorate energiei nelivrate

Pentru cablurile pozate în tunele este relativ mai ușor dar tot rămân:

o Timp mare de livrare a echipamentelor necesare reparației

o Reparația se realizează de obicei prin manșonarea cablului respectiv

o Costuri mari datorate energiei nelivrate



GIL – Concepție

TRANSELECTRICA

o GIL – Gas Insulated Line – constau în două tuburi concentrice,

izolația acestora constând SF6.

o Prima generaţie GIL a fost instalată în 1974 la Hydro Power Plant Wehr în

Germania și a marcat începutul acestei noi tehnologii.

o În 1995 a fost făcut un studiu de fezabilitate pentru cele două soluții GIL (direct

îngropat şi în tunel) ambele fiind testate în laboratorul de testare din Berlin.

Ambele soluții au trecut testele cu succes fiind soluții fiabile care pot acoperi

distanţe de 100 km si chiar mai mult.

o În urma optimizării soluției GIL și trecerea la generația a II-a s-a găsit un optim

pentru amestecul de gaze N2/SF6

o Pentru a conecta fiecare unitate GIL se folosește metoda de sudare unde sunt puse

cap la cap mai multe module GIL, făcându-se în final o verificare a calității

sudurii cu ultrasunete.

o Principalele avantaje ale GIL în comparaţie cu alte sisteme de transmisie, liniile

aeriene şi cablurile sunt capacitatea de transmisie mare, pierderi rezistive mici,

câmp electromagnetic foarte scăzut, nici un risc de incendiu sau vătămări externe

şi faptul că nu solicită suplimentar sisteme de compensare a puterii reactive.



GIL – Concepție (continuare)

TRANSELECTRICA

Componența unui sistem GIL

o În învelișul din aliaj de aluminiu (1), conductorul (2) este fixat cu un izolator conic

(4) şi sprijinit pe un izolator suport (5).

o Dilatarea termică a conductorului în incintă va fi compensată prin sistemul de

contacte (3a, 3b)



GIL – Construcție / Instalare

TRANSELECTRICA

Pozarea conductoarelor se poate face direct în pământ sau la suprafață, simplu sau

dublu circuit, modurile de pozare fiind prezentate mai jos.

GIL se poate instala de asemenea și în tuneluri.

Cel mai lung GIL instalat este în China pentru

Hidrocentrala Xiluodu:

• 12,5 km

• 3900 MVA

• 550 kV

• 4500 A



GIL – Date tehnice

TRANSELECTRICA

Rated Voltage 245 kV… 550 kV

Impulse withstand voltage … 1675 kV

Rated current (typical) 2000 … 5000 A

Rated short time current 63 kA / 3s

Rated Transmission Load up to 4700 MVA

Capacitance 55 nF/km comparativ cu soluția cablu C=0,2 µF/km

Overload capability (typical) 100 %

Insulation gas mixture e.g. 80 % N2 & 20 % SF6



Câmp electromagnetic LEA / LEC / GIL

TRANSELECTRICA

S-a considerat pentru calcul o LEA simplu circuit de 400 kV – S=1200 MVA și

echivalentul acesteia în varianta LEC și GIL.

o LEA 400 kV

0

1

2

3

4

5

6

7

-40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -7.5 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 7.5 10 15 20 25 30 35 40

E [

kV

/m

]

Distanţa faţă de axul stâlpului [m]

Profil transversal câmp electricpentru 2/3fmax

SnR 400150 5.3.B

SnR+3 400150 5.3.B

SnR+6 400150 5.3.B

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -7.5 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 7.5 10 15 20 25 30 35 40

B [

µT

/A

]

Distanţa faţă de axul stâlpului [m]

Profil transversal câmp magneticpentru fmax

SnR 400150 5.3.B

SnR+3 400150 5.3.B

SnR+6 400150 5.3.B





Câmp electromagnetic LEA / LEC / GIL (continuare)

TRANSELECTRICA

o LEA / LEC / GIL 400 kV

Notă:

Pentru calculul câmpului electromagnetic al GIL 400 kV nu au existat date concrete care să poată fi folosite, dar producătorul a

pus la dispoziție un grafic comparativ între soluțiile LEA, LEC, GIL prin care se tranzitează o putere de 1500 MVA.



TENDINȚE

TRANSELECTRICA

Deoarece problemele de mediu dar și cele legate de achiziția terenurilor sunt arzătoare

și nu pot fi depășite cu ușurință încă din stadiul de proiectare se iau în considerare

variantele de realizarea a liniei Aerian, în Cablu sau GIL.

o În cazul LEA se poate merge pe următoarele direcții:

• Proiectarea unor stâlpi mai înalți pentru încadrarea în limitele impuse pentru câmpul electromagnetic

• Proiectarea unor stâlpi cu baza mai îngustă pentru încadrarea într-un teren cât mai mic pentru

obținerea mai facilă a acestuia , ceea ce duce la creșterea costului pe km

• Folosirea culoarului liniilor existente, acolo unde este posibil

• Reconductorarea liniilor existente pentru creșterea capacității de transport a LEA, acolo unde este

posibil

• Evitarea zonelor locuite sau cu probleme de mediu , ceea ce lungește traseul LEA

o Acolo unde nu se poate rezolva problema în varianta Aeriană se poate opta pentru folosirea

Liniei Electrice în Cablu. Aceasta rezolvă problemele legate de achiziția terenurilor, dar

ridică altele:

• Probleme de mediu datorate câmpului magnetic

• Pierderile de putere și de tensiune

• La depășirea unei lungimi de 10 km (sau mai mică în funcție de producătorul de cablu) este necesară

compensarea puterii reactive produsă de cablu

• În cazul folosirii sistemului LEA+LEC apar probleme de natură tehnică (funcționarea

întreruptoarelor, funcționarea protecțiilor, oscilații ferorezonante)

• Lungimea maximă instalată este de 40 km, dublu circuit, 500 kV, în tunel – Japonia din 2000



TENDINȚE (continuare)

TRANSELECTRICA

o GIL-ul se poate folosi, cu următoarele avantaje:

• Transport de putere mare, până la 4700 MVA la 550 kV

• Valoare redusă a câmpului magnetic

• Pierderi reduse de putere

• Sarcină capacitivă redusă



STUDIU DE CAZ

TRANSELECTRICA

o Realizarea unei LEA de 400 kV simplu circuit, echipată cu conductoare de

3x300/69 mm2, tranzitând o putere de 1200 MW se realizează cu un cost

estimativ de 300.000 Euro / km.

o Identic dar realizat în cablu se poate cu un LEC de 400 kV secțiunea de

2500 mm2 din Cupru pozat alăturat cu un cost de 1.500.000 Euro/km

o În cazul realizării aceleași LEA în soluție GIL 400 kV se poate estima un

cost de circa 3.000.000 Euro în funcție de complexitatea si lungimea

traseului.

Costurile prezentate sunt estimative și pentru fiecare caz în parte se va

efectua o analiza financiară detaliată pentru toate soluțiile.



CONCLUZII

TRANSELECTRICA

O linie de transport a energiei electrice se poate realiza astfel:

1. LEA,

cu eventualele posibilități de rezolvare a problemelor

2. LEC,

reprezintă o alternativă la problemele legate de achiziția de terenuri, dar cu probleme

de natură tehnică

3. GIL

alternativa pentru transportul unei puteri mari chiar și pe distanțe lungi, cu

rezolvarea problemelor de mediu și a celor legate de achiziția terenurilor



MULTUMIM!

Documents

Actualități și tendințe în - smartsb.rosmartsb.ro/cigre/noutati/Intalnire.CIGRE.LST.Bran.Oct.2013... · Rețeaua de transport a energiei electrice de la surse ... În țara noastră