Zvláště vysoké napětí v podzemních kabelech

Je nadzemní přenos elektřiny skutečně nejvhodnějším řešením? Na první pohled se jeví uložení elektrických kabelů pod zem jako mnohem lepší varianta. Vedení pod zemí by nebylo tolik na očích, ani by tak výrazně neovlivňovalo krajinný ráz. Argumentem může být i poměrně rozšířené ukládání rozvodů elektřiny pod zem ve městech. Využití podzemních kabelů v soustavě zvláště vysokého napětí s sebou ale nese i řadu překážek.

Ve městech a v místech s hustou distribuční sítí se vedení elektřiny ukládá pod zem. Jde však o distribuční soustavu se střídavým napětím 0,4 kV až 22 kV. V některých výjimečných případech se z technických důvodů používají podzemní kabely i pro vedení velmi vysokého napětí 110 kV.

K tomu, aby mohlo být vedení zvláště vysokého napětí 400 kV uloženo pod zem, však zatím neexistují žádné normy ani standardy. Proto by pro garanci spolehlivého přenosu musela každá jednotlivá pokládka kabelu podléhat požadavkům výrobce. Příklady podzemního přenosu elektřiny o napětí 400 kV nalezneme ve světě již dnes, ale pouze ve formě podmořských kabelů. Jejich realizace je technicky jednodušší, ačkoliv je nutné přistoupit k opatřením, jako je například chlazení tekutým vodíkem či dusíkem, aby se zabránilo nadměrným ztrátám. Nadzemní vedení ani na velmi dlouhé vzdálenosti podobné náležitosti nevyžaduje. S narůstající vzdáleností je potřeba pouze zvýšit elektrické napětí (pro Českou republiku postačuje 400 kV).

Vytyčení trasy

Při výstavbě nového vedení je zásadní fází plánování přesné trasy. V případě podzemních kabelů je třeba kromě podmínek vymezených legislativou respektovat i zvláštní technické požadavky a terénní překážky (svah, skálu, vodu). Kabel o napětí 400 kV vyžaduje například splnění technického požadavku na minimální poloměr oblouku 3 metry.

Pokud bychom uvažovali o možnosti položit podzemní kabely s elektřinou o napětí 400 kV v České republice, šlo by o paralelní kabely. V trase by pak bylo nutné umístit 6 jednofázových kabelů (jako ekvivalent jednoduchého nadzemního vedení 400 kV), které by z bezpečnostních a provozních důvodů byly vzájemně prostorově odděleny. Celková šíře kabelové trasy by pak podle Energetického zákona (458/2000 Sb.) musela dosáhnout 5 až 6 metrů, s navazujícím 3metrovým ochranným pásmem po každé straně.

Pro omezení nadměrného kapacitního výkonu, který je pro kabely přenášející střídavý proud přirozený, a pro udržení přenosových schopností vedení pod zemí by bylo nutné na obou koncích trasy doplnit kompenzační zařízení. To by znamenalo vybudovat uzavřený areál pro spínací rozvodné zařízení 420 kV, vlastní kompenzátory (kompenzační tlumivky o jednotkovém výkonu minimálně 100 MVAr) a budovy pro systémy řízení, ochranu a vlastní spotřebu stanice. Odhadovaná minimální velikost areálu je asi 140 x 160 metrů, s ochranným pásmem 20 metrů po celém jeho obvodu. Dále by byla nevyhnutelná stavba přístupových komunikací pro tahače s podvalníkem, který by sloužil k přepravě kompenzátorů.

Výstavba kabelového vedení

K dokreslení celkového obrázku je třeba si představit množství vytěžené zeminy, kterou by bylo kvůli výstavbě nutno přesunout. Vlastní výkop pro kabelovou trasu představuje vytěžení asi 13 500 m3 zeminy (popř. skály, podle změny podloží v trase kabelu) na každý kilometr prosté trasy. Podzemní kabely se totiž při přenosu elektřiny zahřívají až na 90 °C. Vznikne tak ztrátové teplo o velikosti asi 200 W na každý metr kabelové trasy. Odvést toto teplo je velice obtížné, protože zároveň vysušuje zeminu ve svém okolí, a tím dále zvyšuje její tepelný odpor. Bez odvedení tepla by se však kabel přehřál, a tím poškodil. S ohledem na tento problém by bylo nutné asi 25 % objemu zeminy odvézt na skládky a nahradit speciálním zásypovým materiálem.

Je zřejmé, že souvislý výkop zmíněných rozměrů naruší hydrogeologické poměry v dotčeném území včetně pramenů spodní vody a přirozeného vsakování vody povrchové. Není ale přípustné, aby podpovrchové vody či prameny trasu kabelu narušovaly a ohrožovaly spolehlivost jeho provozu.

Při křižování vodních toků se kabely nesmějí ukládat volně ve vodě ani na dno. Menší vodní toky, i s ohledem na jejich zahloubení vůči okolnímu terénu, se proto musí překonávat kabelovými mosty. Shodnými kabelovými mosty by bylo nutné překonávat i strže a menší údolí v trase kabelového vedení.

U větších vodních toků, kde jsou sledované vodní cesty, se požaduje, aby byly kabely uloženy v hluboké rýze ve dně. Tento způsob uložení ale omezuje možnosti údržby kabelu. Ještě větší obtíž, než vlastní překonání takového vodního toku, je skryta v přiblížení kabelové trasy k vlastnímu břehu. Podobná situace byla studijně šetřena pro překonání údolí Labe. Pomineme-li nereálnou možnost výstavby samostatného kabelového mostu pro překonání řeky, vzhledem k tvaru labského údolí v předpokládaném místě přechodu není zcela reálná ani možnost vybudovat kabelovou trasu po strmých skalnatých svazích tak, aby zaručovala spolehlivý provoz (bezpečné kotvení) a přístupnost pro kontroly i možné opravy. Řešením by mohlo být provedení kabelové trasy v tomto úseku jako kabelového tunelu.

Životní prostředí

Vedení elektřiny podzemními kabely by tedy znamenalo mnohem větší zátěž pro životní prostředí než používání nadzemního vedení. V ochranném pásmu podzemního vedení navíc není možné zemědělsky využít ornou půdu ani zachovat původní rostlinstvo.

Naopak „klasické“ vedení, ač může v krajině působit nepatřičně, má menší ochranné pásmo. I v něm je možné pěstovat rostliny vysoké až 3 m. Navíc nenarušuje ekosystém ani zemědělskou produkci tak, jak je tomu v případě podzemních kabelů.

Nedořešeným problémem těchto kabelových vedení je v neposlední řadě působení magnetického pole v blízkosti kabelové trasy, které v závislosti na procházejícím proudu, způsobu uložení a konfiguraci jednotlivých kabelů v trase může být větší než u venkovního vedení.

Shrnutí

Kabelové vedení má kromě zvýšených technických nároků také negativní vliv na přírodu a krajinný ráz a náklady na jeho výstavbu jsou 10krát až 25krát větší než u venkovního vedení (bez uvažování nákladů na kompenzační stanice).

Výstavba kabelového vedení zvláště vysokého napětí (400 kV) je proto výjimečná a provádí se pouze tam, kde je výstavba venkovního vedení technicky nerealizovatelná – při překonání mořské úžiny, přechodu přes velké letiště či spojení stanic uvnitř velkoměsta.