鋼管電纜是指將在工廠中製造好的三根電纜纜芯在現場拉入鋼管中，並在鋼管內充以高壓力的油或氣體的電力。許多國家，外部一內部壓氣電纜和鋼管充油電纜占很高的比例，正通過用新的聚合物(例如XLPE)絕緣線芯替代原有的線芯對鋼管電纜進行改造，建成所謂的“城網電纜”。降低三相高壓電纜的工作頻率可獲得許多顯著的優點。
基本介紹
- 中文名：鋼管電纜
- 外文名：Steel cable
- 學科：電力工程
- 領域：能源
- 範圍：電力系統
- 釋義：三根電纜纜芯在現場拉入鋼管中
簡介,外部壓氣電纜的載流量提高,城網電纜的載流量提高,兩種類型電纜的損耗與工作頻率的關係,城網電纜與超導電纜比較,總結,
簡介
降低三相高壓電纜的工作頻率可獲得許多顯著的優點。降低頻率可通過在電纜線路兩端安裝變頻器實現。這樣的電纜線路雖然在變頻下工作，但可安裝在現有的恆定頻率電力系統中。己有額定功率300MW和額定電壓300kV的電源變頻器(VSC)。更高電壓(500-600kV)和頻率的變頻器正在積極研製中。使用變頻器一方面增加了投資和導致附加的損耗，但另一方面可通過降低工作頻率大大降低電纜的損耗，尤其是對於鋼管電纜。外部壓氣電纜(鋼管電纜的一種)是德國偏愛的電纜類型，因此這種解決方案對提高傳輸電力有特別的意義。在國外，內部壓氣電纜和鋼管充油電纜占有較高比例(均屬於鋼管電纜)。另一個關係重大的領域是鋼管壓氣電纜的改造：除去舊線芯換上新的聚合物(例如XLPE)絕緣線芯。這種所謂的“城網電纜”，可通過降低工作頻率提高輸電能力。
外部壓氣電纜的載流量提高
考察兩組110kV電纜：一組包括兩根導體截面分別為400mm2和800mm2的電纜;另一組包括兩根導體截面分別為1200mm2和1600mm2的電纜(即使對於110kV電壓等級這樣的導體截面也是不尋常的)。
在50Hz工作頻率下，即使採用異常大的導體截面，傳輸的電力由於受附加損耗的限制只有110MVA；而在較低工作頻率下，大導體截面傳輸的電力可能增加一倍以上。
城網電纜的載流量提高
考察的城網電纜也採用上述導體截面。這時即使將110kVXLPE電纜的絕緣厚度減小到10mm(與紙絕緣相同)，XLPE絕緣纜芯也比原來的粗，因為半導電層很厚。因此計算中考慮了鋼管直徑增大(對於相同導體截面)的因素。
通過降低頻率而可能提高的傳輸電力對於城網電纜比對於外部壓氣電纜略大。
兩種類型電纜的損耗與工作頻率的關係
研究基於100MVA的傳輸電力。對於50Hz工作頻率，這樣的功率可通過具有800mm2導體截面(己經實現)的110kV外部壓氣電纜傳輸，或通過具有相同導體截面的110kV城網電纜傳輸。通過降低頻率來大大降低傳輸損耗(單位長度)的可能性。
值得注意的是，對於小於20Hz的工作頻率，兩種類型電纜的表面溫度均維持在烘乾土壤的臨界溫度之下。這意味著電纜周圍的溫度遠遠低於高工作頻率下的溫度。結果對鄰近電纜的加熱影響降低，鋼管電纜可分別具有更高的載流量和過載能力。
為了考慮線路的總損耗，應將減少的傳輸損耗與變頻器增加的損耗進行比較。由於大部分變頻器損耗取決於電流(部分損耗甚至發生在低負載條件下)，因此降低總損耗(與50Hz運行相比)只能通過加大電纜長度實現。在一定傳輸條件下，可通過降低工作頻率大大提高電纜的長度。
此外，(普通冷卻)變頻器的損耗可用於例如住宅取暖(通過熱泵)。考慮這樣的熱量回收的降低線路總損耗必需的最低電纜長度。
城網電纜與超導電纜比較
即使對於採用特別優異的絕熱系統的超導電纜，熱量也會以至少0.5W/m的功率從環境傳入電纜。為了將超導電纜維持在必需的低溫下，必須除去這種附加的熱量。這需要在冷卻站對冷卻液進行再冷卻，但再冷卻效率僅10%。這意味著每根線芯損耗5W/m，整個電纜系統損耗15W/m。這種損耗是連續產生的，即使電纜沒有負載。
低工作頻率(與50Hz運行相比)的城網電纜能以相似的損耗傳輸電力，尤其是電纜長度很大時。但即使城網電纜的損耗比超導電纜略大，由於有下述顯著的優點也值得使用：
1.敷設後幾乎可立即將電纜投入運行，因為不需等待冷卻步驟完成；
2.城網電纜不需進行日常維護；
3.必需的修理工作可立即完成，因為不需等待回暖步驟完成；
4.城網電纜比超導電纜的投資低得多。
總結
鋼管電纜(例如外部壓氣電纜或城網電纜)傳輸的電力可通過降低工作頻率(與50Hz運行相比)而大大提高。對於恆定的傳輸電力，這種方法可大大降低電纜的傳輸損耗和發熱。考慮到與超導電纜相比的其它優點，例如不需維護、修理時間短和投資成本大大減少，這種電纜系統完全可與超導電纜媲美，成為受青睞的未來地下輸電媒介。
