Ontwerpen van energietransmissiesystemen: belangrijke overwegingen en beperkingen

Elektrische energie-overdracht: van centrale naar distributie

Elektrische energie-overdracht van elektriciteitscentralen naar distributiecentra groeit met de toenemende stroomvraag. Naarmate transmissiesystemen zich over de decennia uitbreiden, lijkt de overcapaciteit op transmissielijnen te worden verbruikt door systeemeigen groei of door transmissiegebruikers die economischere plannen ontwikkelen om de systeemvraag te bevredigen. De uitbreiding leidt tot meer verbruik, wat weer meer uitbreiding bevordert. Het begrijpen van de overwegingen en beperkingen bij het ontwerpen van transmissiesystemen geeft ingenieurs inzicht in hoe dit de operaties en betrouwbaarheid beïnvloedt.

Transmissiebeperkingen

Uitbreidingsgroei leidt tot gebruikers die meer en meer energie consumeren op basis van hun vraag. Energietransmissiecongestie ontstaat wanneer de transmissie de verhoogde stroom niet meer kan accommoderen. Redenen voor transmissiecongestie kunnen variëren, maar het gemeenschappelijke vraagstuk is dat stroom op een specifieke route niet mogelijk is zonder de betrouwbaarheid te risiceren. Laten we veelvoorkomende beperkingen en de geassocieerde gevolgen identificeren.

Thermische beperkingen

Transmissielijnen hebben hun eigen thermische limiet die kan leiden tot doorbuigende lijnen als deze wordt overschreden. Dit kan resulteren in een lijndefect, waarbij elektrische overslag optreedt naar nabijgelegen vegetatie, structuren en natuurlijk de grond. Wanneer dit gebeurt, verwijderen beschermende transmissiecomponenten de defecte lijn om terminalapparatuur te bewaren van ernstige schade.

Wanneer de lijn voor reparatie wordt verwijderd, ervaren andere transmissielijnen verhoogde belasting om de verlies te compenseren. Overbelasting kan het gevolg zijn, wat kan leiden tot het overschrijden van thermische operationele beperkingen. Als deze situatie niet snel en adequaat wordt onder controle gebracht, kunnen de andere lijnen die compenseren voor het verlies exact hetzelfde scenario ervaren.

Het begrijpen dat deze tijdelijke oplossing alleen voor noodsituaties geldt en dat energietransmissielijnen nog steeds hun thermische limiet kunnen overschrijden. Om deze reden hebben energietransmissielijnen vaak een noodgevalwaardering (emergency rating). Deze waardering geeft een specifieke hoeveelheid tijd toe voor hogere belastingoverdrachten om de kans op het raken van de thermische limiet te minimaliseren.

Spanningsbeperkingen

Over het algemeen is de reactantie van de energietransmissielijn aan de ontvangende kant veel minder dan de spanning die aan de begin kant wordt toegepast. Grotere spanningsafwijkingen, hoger of lager dan de nominale spanningswaarde, kunnen apparatuurschade veroorzaken voor de consument of de leverancier. Dit geeft aanleiding tot een operationele spanningsbeperking om de operatie te handhaven die aan eisen voldoet. Deze beperking is nog belangrijker in gebieden waar energietransmissielijnen verspreid en lang zijn.

Operationele beperkingen

Belasting verandert constant, dit kan kleine of grote veranderingen zijn. Relatief kleine veranderingen in belasting treden doorgaans op wanneer mechanische vermogen aan de productiezijde zich aanpassen aan elektrisch verlangen. Zolang de variatie klein is, kan de verbinding tussen systemen in synchronisatie blijven. Het systeem blijft stabiel zolang de belasting niet in omvang toeneemt en op lage frequenties oscilleert. Deze oscillaties kunnen leiden tot problematische spanningen en frequentieproblemen die tot instabiliteit en mogelijke uitvallen kunnen leiden.

Grote oscillaties ontstaan door onderhoud, fouten of verstoringen in energietransmissielijnen. Grotere frequentiebereiken kunnen oncontrolerbare situaties veroorzaken die kunnen resulteren in niet-stationaire instabiliteit. Preventieve maatregelen zijn nodig om potentiële instabiliteit te minimaliseren.

Spanningsinstabiliteit treedt op wanneer systemen blootgesteld worden aan grotere blindvermogensstromen. Dit is het resultaat van het spanningsverschil van het begin tot het ontvangende einde van de lijn. Dit resulteert in spanningsval aan het ontvangende einde. Lagere spanningen verhogen de stroom en kunnen bijdragen aan verliezen. Spanninginstorting (voltage collapse) is het uiteindelijke gevolg. Potentiële apparatuurschade en mogelijke uitvallen.

Energie-transmissielijnontwerp definiëren

Er zijn een aantal overwegingen die een rol spelen in transmissielijnontwerp. Energietransmissielijnen hebben specifieke parameters die ze definiëren. Deze parameters hebben implicaties voor de milieu-effecten. De basisparameters omvatten:

• Nominale spanning
• Lengte van de lijn
• Hoogtebereik
• Ontwerpbelasting

De nominale spanning is een benadering van wat de werkelijke lijnspanning zou zijn. De werkelijke spanning varieert gebaseerd op weerstand, afstand, aansluitende apparatuur en de elektrische prestaties van de lijn. Hoogtebereik betekent ruwweg het verwachte weer en terrein. Ontwerpbelasting is ook gebaseerd op het weerfactor. Bijvoorbeeld de ontwerpbelasting die wind en ijs op de energietransmissielijnen en torens uitoefenen. Dit beïnvloedt de torenafmetingen, lengtes, torenontwerp, en geleidermechanische sterkte en winddemping.

Torenontwerpparameters

Transmissietorens zijn ontworpen om geleiders gescheiden te houden van de lokale omgeving en elkaar. Hoe hoger de energietransmissiespanningen, hoe groter de scheidingsafstand moet zijn. Wanneer een overslag kan springen van de transmissielijn naar de grond, ontstaat een fout-naar-aarde-scenario. Dit is wanneer er een overdracht van elektriciteit naar de omgeving plaatsvindt. Dit kan ook tussen de geleiders plaatsvinden. Dit wordt een fase-naar-fase-fout genoemd.

De eerste ontwerpoverweging is de afstand tussen de geleiders, de toren en andere potentiële overslagstructuren. Dit geeft een algemeen idee van de fysieke afmetingen van de toren. Dit omvat de torenhoogte, geleiderspacing en isolatorlengte voor montage.

De volgende ontwerpoverweging is de structurele sterkte van het torenframe om de eerste ontwerpvereisten te handhaven. Dit houdt rekening met component-, weer- en mogelijke impactbelasting.

De laatste ontwerpoverweging is het bieden van de benodigde fundering om de toren en de vooraf bepaalde ontwerpbelasting te ondersteunen.

Vrijruimte-ontwerpparameters

De basis functie van de toren is om geleiders te isoleren van de omgeving, andere geleiders en potentiële overslagstructuren. Vrijruimtes gebaseerd op fase-naar-toren, fase-naar-fase en fase-naar-aarde. Fase-naar-toren vrijruimtes worden doorgaans gehandhaafd door isolatorstreeps die rekening moeten houden met mogelijke geleiderbeweging. De fase-naar-aarde vrijruimte is gebaseerd op de torenhoogte, om de lijntemperatuur en het potentieel voor lijndoorbuiging te minimaliseren, en het controleren van vegetatie en potentiële overslagstructuren. Fase-naar-fase scheiding wordt gecontroleerd door torengeometrie en het beperken van lijnbeweging.

Ontwerpen voor bliksembescherming

Hoe hoger de toren, hoe groter de kans op een potentiële bliksemslag. Bliksemslagen kunnen aanzienlijke schade veroorzaken aan energietransmissie- en consumentenapparatuur. Om bliksemschade te minimaliseren, wordt een extra set kabels van de top van de toren naar de grond gelegd voor de bliksem om te volgen. Deze worden gemeenschappelijk aangeduid als schermdraden (shield wires) en helpen ervoor te zorgen dat apparatuurfouten worden voorkomen.

Ontwerpen voor geleiderbewegingsdemping

Weerinvloeden die geleiderbeweging produceren, kunnen potentiële schade veroorzaken aan energietransmissieapparatuur. De meest voorkomende type energietransmissiedemper is de Stockbridge-demper. Deze worden onder de geleiders geïnstalleerd, adjacent van het bevestigingspunt van de geleiders op de toren. Adequate voorspelling voor weerinvloeden kan helpen bij het bepalen van het vereiste demperontwerp voor de transmissietoren. Deze voorkomen de trillingseffecten van weerinvloeden die potentiële schade aan nutapparatuur kunnen veroorzaken.

E3.Cable voor fysieke ontwerpindeling

E3.Cable stelt een veelzijdige mix van elektrisch en mechanisch CAD toe in een gesofisticeerd platform. Dit biedt tools en functies die het ontwerpen van energietransmissielijnen, substatie-interconnecties en transmissietorens makkelijk en eenvoudig maken. Het biedt de benodigde functies om ontwerpen van botsingen te bewaren terwijl geometrische eisen voor mechanische structuren worden gehandhaafd.

Stelt de creatie van interconnecterende systeempaneelen en transmissielijnen toe met eenvoudige drag-and-drop snap-in functies. Creëer een foutloos ontwerp gebaseerd op invoerparameters gebaseerd op de vraag van de gebruiker. Biedt onder andere het volgende:

• Creëert fysieke representatie van paneelcontrollers
• Design Rule Check
• Clash Detection
• Plaatsingsfoutpreventie

E3.3D Routing Bridge

E3.3D Routing Bridge biedt een eenvoudige overgang tussen de meest gebruikte MCAD-software op de markt naar energietransmissielijn routing en configuratie. Eenvoudig MCAD-bestanden overdragen naar de E3.3D Routing Bridge om energietransmissielijn lengte en diameter te bepalen voor ontwerpparameters. Dit biedt een intermediaire stap tussen het samenvoegen van de mechanische en elektrische engineering aspecten in één eenvoudig te gebruiken software. E3.3D Routing Bridge biedt een duidelijker beeld van interconnecties tussen geleiders, energietransmissielijnen en isolatoren en de benodigde vrijruimte om operationele ingenieursparameters te bereiken. Het biedt de volgende functies:

• Componentinformatie overdragen naar MCAD
• Controleren op component botsing in MCAD
• Rekening houden met transmissie doorbuiging of buigingen
• Lengte berekenen van energietransmissielijnen en segmenten in MCAD

De juiste ontwerptools

Het begrijpen van de ontwerpbeperkingen en overwegingen is slechts de eerste stap naar het ontwerpen voor de beste energietransmissieapparatuur. De beste tools beschikbaar hebben om de beste kwaliteit en betrouwbaarheid te produceren, zal ingenieurs vele ordes van grootte beter dienen. Maak de volgende stap in voorbereidend ontwerp.

Reageer op de huidige ontwerpprocessen die gebruikt worden voor uw transmissiesystemen en hoe het beter kan.