کابل HVDC

برای انتقال برق میان مناطق مختلف در کشورها، از خطوط انتقال جریان متناوب یا AC استفاده می‌شود؛ اما اخیراً یک فرم رایج‌تر برای این انتقال، استفاده از خطوط جریان مستقیم ولتاژ بالا یا High Voltage Direct Current است که به اختصار HVDC گفته می‌شود. از اواخر دهۀ 1800 میلادی که شبکه‌های برق در حال توسعه بودند، چالش بزرگی تحت ‌عنوان انتخاب نوع جریان مناسب برای انتقال برق مطرح شد و تا سالیان سال، اغلب دانشمندان جریان متناوب را بهترین انتخاب می‌دانستند؛ تا اینکه کابل‌های HVDC، این فرضیه را نقض کردند. در این مقاله قصد داریم به بررسی کابل‌های HVDC بپردازیم و ببینیم که این کابل‌ها چطور توانستند بعد از سال‌ها، جای کابل‌های جریان متناوب را بگیرند.

بیشتر بخوانید: کابل ابررسانا HTS چیست؟

کابل HVDC چیست؟

کابل HVDC یا کابل جریان مستقیم، کابلی ولتاژ بالاست که از دهه‌ی 1950 در اروپا برای مصارف تجاری استفاده از آن رواج یافت. در این کابلِ جریان مستقیم، جریان بار الکتریکی در یک جهت و به‌صورت یکنواخت حرکت می‌کند؛ بنابراین، این نوع کابل نسبت به کابل‌های جریان متناوب، توان الکتریکی بیشتری را می‌تواند تحمل کند و برای انتقال برق در مسافت‌های طولانی تا بیش از 50 کیلومتر به‌کار می‌رود. از این نوع کابل می‌توان برای مصارف زمینی و زیردریایی با توان بین 100 تا 1000 مگاوات و ولتاژ‌های بالا تا 600 کیلوولت استفاده کرد. نسل جدید کابل‌های HVDC می‌توانند تا مسافتی بیش از 2500 کیلومتر نیز انتقال نیرو را انجام دهند و در زیرساخت‌های اغلب تجهیزات صنعتی اروپایی نیز به‌کار گرفته شده‌اند.

ساختار کابل HVDC

یک کابل HVDC به‌ترتیب از لایه‌های زیر ساخته شده است:

• هادی یا کنداکتور: در مرکزی‌ترین بخش‌کابل هادی قرار دارد که معمولاً از جنس مس است.
• حفاظ نیمه‌ هادی: این حفاظ از جنس پلیمر نیمه‌رساناست و بین هادی و عایق قرار گرفته است.
• عایق: این عایق روی حفاظ نیمه هادی درونی قرار می‌گیرد و از نوعی پلیمر ساخته شده که از نشت جریان الکتریکی جلوگیری می‌کند.
• روکش عایق نیمه رسانا: این روکش روی عایق قبلی قرار می‌گیرد و معمولاً در دو نوع زیر ساخته می‌شود:
  1. کاغذهای آغشته به روغن MI: این نوع دوام بیشتری دارند و از قدیم مورد استفاده قرار می‌گرفتند. در این کاغذها روغن نقش عایق را بازی می‌کند و جلوی عبور ذرات بخار و الکتریسیته را می‌گیرد.
  2. پلیمرهای XLPE: این نوع نسبت به MI ارزان‌تر هستند و آسیب کمتری به محیط زیست می‌زنند. این پلیمر به‌علت خواص دی‌الکتریکی‌اش، مقاومت خوبی در برابر رطوبت، گرما و فشار دارد. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد کابل XLPE روی لینک کلیک فرمایید.
• شیلد فلزی: حفاظی رسانا از جنس مس که کاربرد آن حذف جریانات و نویزهای خارجی است. این شیلد معمولاً روی عایق نیمه هادی قرار می‌گیرد؛
• حفاظ میانی: لایۀ بعد از شیلد فلزی، حفاظ میانی است که از جنس پلی‌اتیلن ساخته شده و برای افزایش مقاومت و دوام کابل به آن اضافه شده است؛
• زره یا آرمور: پس از حفاظ میانی، یک حفاظ فلزی توری شکل برای محافظت مکانیکی کابل در شرایط محیطی خاص مثل زیرآب یا زیرزمین روی آن قرار می‌گیرد؛
• روکش یا ژاکت خارجی: ژاکت بیرونی‌ترین لایه‌ی کابل بوده که با یک عایق پلیمری قوی و با نخ‌هایی از جنس پروپیلین ادغام شده است.

کاربردهای کابل HVDC

از کابل HVDC برای انتقال برق در سطح وسیع استفاده می‌شود. معمولاً جریان برق را از طریق این نوع کابل، میان نیروگاه‌ها و مراکز برق شهری منتقل می‌کنند. کاربرد دیگر این کابل، انتقال برق در زیردریایی‌هاست. اتصال‌دهنده‌های HVDC اغلب در مرزهای ملی یا منطقه‌ای برای تبادل نیرو به‌کار می‌روند؛ مثلاً در مرزهای آمریکای شمالی و کانادا از این کابل استفاده شده است. از دیگر کاربردهای رایج کابل‌های HVDC، جمع‌آوری برق تولیدی در ژنراتورهای بادی ساحلی و انتقال آن از طریق کانال‌های زیرآبی به ساحل است.

بیشتر بخوانید: کابل زیردریایی چیست؟

انواع کابل HVDC

کابل‌های HVDC در انواع مختلف برای کاربردهای گوناگون طراحی شده‌اند. دو نوع متداول از کابل‌های HVDC در بازار وجود دارند: تک‌قطبی یا تک‌‌هادی و دو قطبی یا دو هادی. معمولاً برای هر پروژه‌ای این کابل‌ها با ویژگی‌های متناسب با شرایط فیزیکی و مکانیکی ساخته می‌شوند. از جمله مهم‌ترین کابل‌های HVDC ساخته شده می‌توان به انواع زیر اشاره کرد:

• کابل بالتیک: نوعی کابل تک‌قطبی از نوع HVDC است که برای توزیع برق آلمان و سوئد از طریق دریای بالتیک استفاده می‌شود. حداکثر توان این کابل، 600 مگاوات و ولتاژ آن نیز 450 کیلوولت است. برای این کابل از عایق‌های کاغذی آغشته به روغن استفاده شده است.
• کابل نورند: کابل تک‌قطبی متقارن NORNED برای اتصال شبکه‌ی برق نروژ و هلند استفاده شده است و با مسافت 580 کیلومتر، طولانی‌ترین خط انتقال دریایی دنیا محسوب می‌شود. با کمک این کابل برق حداکثر ولتاژ قابل انتقال450 کیلوولت و توان 700 مگاوات را انتقال می‌دهند.
• کابل اینگا ـ شابا: این کابل HVDC از نوع دو قطبی است که برای انتقال نیرو در کشور کنگو استفاده می‌شود و مسافتی حدود 1700 کیلومتر را طی کرده است. بیشترین ولتاژ انتقالی از طریق این کابل 500 کیلوولت و توان آن 560 مگاوات است.
• کابل INELFE: این کابل دو قطبی برای خطوط اتصال شبکۀ فرانسه و اسپانیا به‌کار رفته است. این کابل حداکثر توان 2000 مگاوات و ولتاژ 320 کیلوولت را پشتیبانی می‌کند.

مزایای کابل‌های HVDC

• مهم‌ترین مزیت کابل HVDC این است که مشکل سازگاری با سیستم‌های انتقال جریان مستقیم را ندارد و شما می‌توانید با کمک این کابل، برق را میان دو شبکۀ جریان متناوب نامتقارن نیز انتقال دهید. به‌همین علت، این کابل‌ها را می‌توان بین دو کشور با فرکانس‌های برق متفاوت نیز استفاده کرد.
• با استفاده از این خطوط شما می‌توانید منابع انرژی تجدیدپذیر مثل توربین‌های بادی را به‌سادگی با شبکۀ اصلی AC یکپارچه کنید.
• این کابل‌ها برخلاف کابل AC در تأسیسات سنگین و قدرتمند، نیاز به سه فاز ندارند؛ بنابراین هادی کمتری در ساختار آن‌ها استفاده می‌شود و در مسافت‌های طولانی صرفه‌جویی زیادی در هزینه‌ها خواهد شد.
• به‌غیر از افزایش درجه‌ی حرارت بیشتر از 70 درجۀ سانتی‌گراد، هیچ عاملی باعث ایجاد محدودیت در انتقال برق در طول خطوط این نوع کابل نمی‌شود.

معایب کابل‌های HVDC

• در عمل مشخص شده است که سیستم‌های جریان مستقیم نسبت به جریان متناوب قابلیت اطمینان کمتری دارند و دسترسی به آن‌ها نیز سخت‌تر است.
• طراحی و نصب کابل HVDC چند ترمیناله کمی پیچیده است و نیاز به مهارت و تخصص دارد.
• در عمل نمی‌توان سیستم‌های HVDC با بیش از پنج ایستگاه فرعی ساخت. منظور از ایستگاه فرعی همان مبدل‌هایی است که وظیفۀ تبدیل جریان مستقیم به جریان متناوب را دارند.
• نصب خطوط زمینی این نوع کابل کار بسیار دشوار و پیچیده‌ای است.
• مبدل‌هایی که برای تبدیل جریان مستقیم به متناوب برای این نوع کابل استفاده می‌شود، گران‌قیمت هستند.
• معمولاً قیمت تمام‌شده‌ی این نوع کابل برای مسافت‌های کمتر از 500 تا 800 کیلومتر، مقرون‌به‌صرفه نیست و بهتر است از کابل‌های جریان متناوب استفاده شود.
• این کابل‌ها نسبت به دما حساس‌اند و با افزایش دما، مقاومت دی‌الکتریک‌ها به‌شدت کاهش می‌یابد؛ بنابراین بهتر است از این کابل در محیط‌های گرم یا دماهای خیلی زیاد استفاده نشود.

قیمت کابل HVDC

برای خرید یک کابل HVDC شما باید به فاکتورهای مختلفی نظیر کاربرد کابل، حداکثر توان کابل، تک‌قطبی یا دوقطبی بودن، مقدار حداکثر ولتاژ و جنس عایق آن توجه کنید. معمولاً هزینه‌ای که در بازار جهانی برای کابل‌های با ولتاژ زیادِ جریان مستقیم به‌ازای هر یک کیلومتر در نظر گرفته شده، چیزی حدود 1.17 میلیون دلار آمریکا است.

سخن آخر

کابل HVDC راه‌حلی است که برای انتقال نیروی برق در مسافت‌های طولانی و زیر آبی در نظر گرفته شده است. این کابل‌ها ظرفیت انتقال توان الکتریکی زیاد را دارند و برای بسیاری از زیرساخت‌های توزیع برق اروپایی به‌کار رفته‌اند. تاکنون هیچ گزارشی مبنی بر خرابی یا خطا در استفاده از این کابل‌ها دریافت نشده و می‌توان گفت که این تکنولوژی کاملاً مطمئن است؛ بنابراین در آینده می‌تواند جایگزین بسیاری از زیرساخت‌های فعلی شود و انتقال نیرو در ابعاد وسیع را با کیفیت خوب انجام دهد.

-منبع:

https://circuitglobe.com/hvdc-high-voltage-direct-current.html