NO310388B1 - Höyspenningskabel og undersjöisk kabelinstallasjon - Google Patents

Abstract

Høyspenningskabel (HVDC) for like-strøm og undersjøisk installasjon for en slik kabel. Kabelen er bygget opp med en sentral leder (1) som danner en kj erne og et hovedisolasjonslag (2) utenpå. Dette lag (2) er omsluttet av en metallkappe (3) f .eks. av bly, såvel som en ytre armering (8) og et eller flere ytre lag (9) for korrosjonsbeskyttelse. Kabelen har en konsentrisk returstrømleder (6) utformet som en indre kopperarmering mellom metallkappen (3) og de ytre beskyttelseslag (9).

Description

Denne oppfinnelse gjelder høyspenningskabler for likestrøm (HVDC) og undersjøisk installasjon av slike kabler. Slike kabler og installasjoner av dem er beskrevet i patentskriftet WO 97/04466.

Videre beskrives i GB 2 295 506 et HVDC-system for energi-overføring mellom to omformerstasjoner, dvs. likespenningsfor-bindelse mellom to vekselspenningssystemer, og hvor en inverter-ingskrets' slukkevinkel brukes for å styre omformerstasjonenes likeretteres ledevinkel i en lukket sløyfe for å holde denne slukkevinkel ved eller over gitte verdier. Hver omformerstasjon har en styreenhet som arbeider i lukket sløyfe og er innrettet for å styre ledevinkelen i avhengighet av parametrene likestrøm, likespenning, egen slukkevinkel og egen ledevinkel. Returlederen i likespenningsoverføringen er jordet midtveis mellom omformer-stasjonene.

DE 1 262 425 gjelder en innretning for "spenningsmessig avlastning" av kabler i HVDC-installasjoner hvor begge kabelender er koplet til et vekselspenningsnett via "glattespoler" og like-rettere - og hvor vekselspenningsnettet for energioverføring til og fra såvel som den tilkoplede likeretter er slik at antallet faser på de to vekselspenningssider ikke har de samme primtall.

Patentskriftet beskriver imidlertid ikke kablene nærmere.

En normal måte å overføre energi på fra et sted til et annet og via en vannmasse så som Nordsjøen mellom Norge og Danmark - er å bruke en HVDC-kabel med en sentral isolert leder og i tillegg bruke sjøvannet for returstrømmen. En slik kabel blir installert mellom vekselspenningskretser som har samme antall faser. Et alternativ er å installere en separat HVDC-kabel for returstrømmen, parallelt med den første kabel, men dette er en kostbar løsning.

Målet med oppfinnelsen er å tilveiebringe en ny kabel-og installasjonsteknikk for å kunne tilfredsstille kundebehov for pålitelig f jernoverføring av store energimengder mellom to steder som er på hver side av en større vannmasse - og ved rimelige kostnader.

Oppfinnelsens hovedtrekk er satt opp i patentkravene. Med de løsninger som dermed foreligger har man oppnådd å tilfredsstille disse kundebehov, og kabelen kan arbeide i monopolar modus uten eksternt magnetfelt. Installasjonen eliminerer sjøelektroder som ellers kunne forårsake store kostnader og betydelige omgiv-elsesproblemer.

De trekk som er nevnt ovenfor og andre vil fremgå av detalj beskrivelsen nedenfor, idet denne er av typiske utførelser av oppfinnelsen. Beskrivelsen støtter seg til tegningene, hvor fig. 1 skjematisk viser et tverrsnitt gjennom en HVDC-kabel, mens fig. 2 og 3 illustrerer to alternative kabelinstallasjoner.

På fig. 1 viser kabeltverrsnittet en sentral kabelleder 1 med et hovedisolasjonslag 2 utenpå, på sin side innesluttet i en metallkappe 3. Indre og ytre halvledende lag utenpå kabellederen og innenfor metallkappen (av bly) er her ikke vist. Over blykappen 3 er det lagvis anordnet et isolerende mellomlag 4, forsterkninger 5, en indre armering 6, et ytre isolasjonslag 7, en ytre armering

8 og ytre beskyttelseslag 9.

Kabellederen 1 kan være en flerleder av kopper. Hovediso-lasjonslaget 2 kan være oppdelt i flere lag og av omviklet eller ekstrudert type. Metallkappen 3 kan være en kappe av bly eller blylegering på konvensjonell måte. Det isolerende mellomlag 4 er det første lag utenpå metallkappen 3 og kan være av et polymer så som polyetylen (PE). Dette mellomlag kan også være halvledende for å unngå eller redusere potensialforskjeller. Tverrgående forsterkninger 5 av f .eks. bånd av rustfritt stål er lagt utenpå mellomlaget 4. Utenpå forsterkningene ligger en tolags indre armering 6 som kan være av hardtrukne og profilerte koppertråder. Deretter følger et ytre isolasjonslag 7 som kan være av polyetylen, en ytre armering 8 av f.eks. galvaniserte ståltråder, og ytterst flere ytre beskyttelseslag 9 av polypropylengarn og asfalt.

Med en kabel som kan overføre 800 MW ved 500 kV langs en undersjøisk kraftlinje på mer enn 500 km bør innerlederen, nemlig den sentrale kabelleder 1 ha et tverrsnitt på 1600 mm<2>, og returlederen i en slik konvensjonell kabel bør 1900 mm<2>. Kabelen bør fortrinnsvis være gravet ned i sjøbunnen, helst ned til en dybde på 2,5 m.

Fig. 2 illustrerer skjematisk hoveddelene (kabellederen 1, den viste returleder 6, idet den i dette tilfelle dannes av den indre armering og den ytre armering 8) mellom to endestasjoner A og B. Endestasjonene omfatter omformere (ikke vist) for tilkop-ling til sine respektive vekselspenningsnett (ikke vist). Lederen 1 overfører kabelstrømmen fra A til B, og den ytre armering 8 er kontinuerlig jordet over hele overføringsstrekningen. Den kon-sentriske indre armering 6 som tjener som returleder er koplet til jordpotensial via overspenningsbeskyttere (utladningsrør) 10 og 11 i begge kabelender, og returlederen er dessuten jordet midt mellom A og B. Denne jording kan være utført med halvledende materiale.

Jordingen av returlederen må utføres slik at det ikke dannes noen sirkulerende strømmer, og samtidig må omformerne arbeide mot sann jord. De sirkulerende strømmer deles i forhold til motstandene i sine respektive strømsløyfer, og siden sjøvannet kan betraktes å være en meget stor (god) leder vil sløyfemot-standene stort sett bestå av motstanden i ledningene til elek-trodene, selve elektrodemotstanden og eventuell motstand i jorden.

Den installasjon som er vist på fig. 3 tilsvarer den som er vist på fig. 2, men i stedet er returlederen selv jordet i den ene ende (endestasjonen A) og er koplet til jord via en overspenningsavleder (i rørform) 12 i motsatt ende (endestasjon B).

En kabel med returleder av metall vil ved 800 MW belast-ning få omkring 10 kV likespenningsøkning over en overførings-strekning på 540 km. Det er mulig å bruke motstander for å begrense jordstrømmen, men det er uønsket å ha jords trøm i det hele tatt. En annen tilnærmelse er å hindre den sirkulerende strøm ved enkel-punktsbinding. Dersom direkte jording av en av utladningsrørene er nødvendig kan dette være mulig, men den andre rørgruppe i motsatt ende av overføringsstrekningen vil da ha spenningen 10 kV mot jord.

Hvis kabelsystemet er jordet på midten (fig. 2) får hver rørgruppe for utladning tilnærmet 5kV likespenning mot jord, og i dette tilfelle kan man bruke dioder så som Zenerdioder i begge ender for å beskytte ytterisolasjonen mot overspenninger.

Detalj beskrivelsen ovenfor av utførelsesformer av oppfinnelsen gjelder eksempler bare og skal ikke betraktes å være begrensende for beskyttelsesomfanget.

Claims (6)

1. Høyspenningskabel for likestrøm, med en sentral kabelleder (1), et hovedisolasjonslag (2) som er omsluttet av en metallkappe (3), særlig av bly, og en ytre armering (8) med uten-påliggende ytre beskyttelseslag (9) mot korrosjon, KARAKTERISERT VED at en konsentrisk returstrømleder (6) er anordnet mellom metallkappen (3) og de ytre beskyttelseslag (9).

2. Kabel ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at det utenpå metallkappen (3) er anordnet et isolerende (eller halvledende) mellomlag (4), særlig av et polymermateriale, forsterkninger (5) av stålbånd, og minst ett ytre isolasjonslag (7), innenfor den ytre armering (8) og de ytre beskyttelseslag (9 ), og at returstrøm-lederen (6) danner en indre armering av kopper mellom mellomlaget (4) og det ene eller innerste isolasjonslag (7).

3. Kabel ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED at mellomlaget (4) og det minst ene ytre isolasjonslag (7) er av polyetylen.

4. Undersjøisk kabel installasjon for en høyspenningskabel (1) i henhold til krav 1-3, KARAKTERISERT VED at den ytre armering (8) er kontinuerlig jordet langs kabelens (1) utstrekning mellom dens ender (A, B).

5. Installasjon ifølge krav 4, KARAKTERISERT VED at returstrømlederen (6) er direkte jordet på midten og jordet via overspenningsavledere (10, 11) i begge ender (A, B).

6. Installasjon ifølge krav 4, KARAKTERISERT VED at returstrømlederen (6) er direkte jordet i den ene ende (A) og jordet via en overspenningsavleder (12) i den andre ende (B).