Budowa i eksploatacja farmy wiatrowej wymaga dużej liczby komponentów technicznych, które bezpiecznie, niezawodnie i ekonomicznie transportują wyprodukowaną energię elektryczną do sieci. Jednym z najważniejszych – i często niedocenianych – elementów są kable średniego napięcia. Stanowią one szkielet wewnętrznego okablowania parku i zapewniają, że każda turbina wiatrowa bezpiecznie prowadzi energię elektryczną do stacji transformatorowej lub punktu przyłączenia do sieci przy niskich stratach.
Ten przewodnik wyjaśnia to w zrozumiały sposób:
Każda turbina wiatrowa generuje energię elektryczną na poziomie generatora (zazwyczaj między 400 V a 1 000 V). Jest ono przekształcane na napięcie średnie (zwykle 20 kV lub 30 kV, rzadziej 10 kV lub 33 kV) za pomocą transformatora w elektrowni lub wieży.
Powód stosowania napięcia średniego:
- Niższe straty w transmisji: Wyższe napięcie = niższe prądy = mniejsze straty ciepła.
- Ekonomiczne przekroje kabli: Dla średniego napięcia wystarczające są mniejsze przekroje przewódów niż dla niskiego napięcia, co zmniejsza koszty.
- Kompatybilność sieci: Punkty przyłączeń sieciowych operatorów systemów dystrybucyjnych zwykle pracują w zakresie średniego napięcia.
- Bezpieczna i solidna konstrukcja parkingowa: Kable średniego napięcia są projektowane z myślą o wymaganych przepustowościach transmisyjnych i zwiększają niezawodność operacyjną.
Krótko mówiąc: Bez kabli średniego napięcia wewnętrzne okablowanie farmy wiatrowej nie byłoby technicznie wykonalne.
Kable średniego napięcia pełnią kilka kluczowych funkcji w farmie wiatrowej:
2.1 Transmisja energii z turbiny wiatrowej do sieci parkowej
Łączą je:
- Turbiny wiatrowe → wiązka przewodów kolektorów
- Wiązki kabli zbiorcze → centrum kontroli parkingu / stacja przeładunkowa
- Stacja transferowa → połączenie transformatorowe / sieć
2.2 Włączanie przełączania pierścieni lub łańcuchów
Farmy wiatrowe są zazwyczaj określane jako:
- System pierścieniowy (wyższa niezawodność) lub
- System łańcuchów (bardziej opłacalny)
przewodowy. Kable średniego napięcia muszą wspierać odpowiednie koncepcje przełączania i zabezpieczenia w tym zakresie.
2.3 Komunikacja i sterowanie
Wiele kabli średniego napięcia zawiera zintegrowane kable światłowodowe do:
- Komunikacja roślin
- Połączenie z centrum sterowania sieciowym
- Monitorowanie, zabezpieczanie i kontrola
2.4 Uziemienie i wiązanie ekwipotencjalne
Oplotka ekranowa kabli przyjmuje:
- Rozpraszanie prądów resztkowych
- Kontrola potencjału
- Redukcja wpływów elektromagnetycznych
Najczęściej stosowane kable średniego napięcia w farmach wiatrowych to:
3.1 Rodzaje kabli
-
N2XSY / NA2XSY
Przewody miedziane lub aluminiowe, izolacja XLPE, szeroko stosowane w zakresie wiatrowym (10–30 kV).
-
N2XSEY / NA2XSEY
Z podłużną i poprzeczną szczelnością – przydatne na wilgotnych glebach.
-
Kable z przewodami światłowodowymi
Połączone rozwiązanie dla energii + danych.
3.2 Wspólne poziomy napięcia
- 20 kV (standard w Niemczech)
- 30 kV (rosnące znaczenie dla dużych parków)
- 33 kV (powszechne dla projektów międzynarodowych)
3.3 Metody układania
- Pochówek bezpośredni
- Montaż w rurze ochronnej
- Linki kablowe (rzadkie, głównie w rejonie stacji transformatorowej)
- Przejścia podziemne (metoda wiercenia płaskanego, HDD)
Tu zaczyna się kluczowa część, ponieważ błędy w planowaniu kabli należą do najdroższych problemów przy budowie farm wiatrowych.
4.1 Obliczenia obciążenia i strat
Kluczowe aspekty:
- Przekrój poprzeczny kabla według nośności prądu
- Nośność zależna od temperatury
- Akumulacja i równoległe nici
- Utrzymywanie napięcia i obliczanie spadku napięcia
4.2 Planowanie topologii (pierścień vs. łańcuch)
Okablowanie pierścieniowe:
Okablowanie naciągane:
4.3 Analizy gleby i geologii
Gleba wpływa na:
- Rozpraszanie ciepła
- Głębokość układania
- Środki ochronne
- Żywotność kabla
Kamienista gleba → piaskowa ściółka, rury ochronne
Wilgotna gleba → podłużnie i poprzecznie uszczelnione kable przydatne
4.4 Naprężenia mechaniczne
Szczególnie kluczowe:
- Promienie krzywej
- Siły rozciągające podczas układania
- Ochrona w strefach przejściowych (np. podstawa wieży)
4.5 Koncepcje EMC i osłony
Ważne dla:
- Technologia pomiarów i sterowania
- Minimalizacja interferencji
- Koncepcje uziemienia w sieci parkingowej
4.6 Pozwolenia i normy
Planiści muszą uwzględniać odpowiednie standardy, w tym:
- VDE 0276 (Kabel średniego napięcia)
- VDE 0100 / 0101 (Budowa systemów wysokiego napięcia)
- Warunki techniczne połączenia (TAB) operatora sieci
- Pozwolenia na budowę tras, ścieżek, przejść podziemnych
Po wcieleniu do służby rozpoczyna się długoterminowe zadanie: bezpieczne działanie przez 20-30 lat.
5.1 Regularne testy i pomiary
Typowe testy to:
- Pomiary rozładowania częściowego
- Testy powłoki
- Pomiary izolacji
- Termograficzne kontrole łączeń i stacji
5.2 Monitorowanie obszarów krytycznych
Specjalne strefy zagrożenia:
- Punkty gniazd
- Przejścia u podstawy wieży
- Przejścia podziemne
- Obszary z ruchem gleby lub rolnictwem
5.3 Dokumentacja i śledzenie ścieżek
Operatorzy muszą wiedzieć, gdzie znajduje się każdy kabel. Ważne dla:
- Naprawy
- Szaniec
- Zarządzanie incydentami
Brak dokumentacji jest jednym z najczęstszych zagrożeń operacyjnych.
5.4 Typowe wzorce błędów
- Uszkodzenia pochwy spowodowane kamieniami lub siłami rozciągającymi
- Wady gniazd (najczęstsza przyczyna awarii)
- Dostanie się wilgoci
- Przeciążenie termiczne
5.5 Naprawy i koszty
Naprawy kabli średniego napięcia są czasochłonne:
- Lokalizacja według lokalizacji uskoku
- Odkrycie trasy
- Montaż nasadki w specjalnych warunkach
Koszty często sięgają pięciu cyfr na każde roszczenie.
Kable średniego napięcia są centralnym elementem każdej farmy wiatrowej. Zapewniają bezpieczne, efektywne i niezawodne przesyłanie wytworzonej energii oraz mają istotny wpływ zarówno na koszty budowy, jak i eksploatacji . Profesjonalne planowanie, wysokiej jakości instalacja oraz staranny monitoring podczas eksploatacji są kluczowe dla wysokiej dostępności turbin i bezproblemowej eksploatacji farmy wiatrowej przez dziesięciolecia.
