HVAC generalmente se adapta a enlaces de cable que siguen siendo eléctricamente manejables sin una compensación reactiva desproporcionada y que se benefician de la integración directa en una red de CA.. HVDC gana valor cuando la longitud del cable, capacidad de transferencia, cuadrículas asíncronas, o el flujo de energía controlado hacen que las estaciones convertidoras valga la pena. La decisión no se puede tomar sólo desde la distancia: tipo de ruta, nivel de potencia, Voltaje, redundancia, pérdidas, espacio de la estación, comportamiento de la red, calificación del cable, y la disponibilidad de por vida debe evaluarse como un sistema de transmisión.
Por lo tanto, un estudio HVAC versus HVDC comienza con el deber de la red., no con un cable de catálogo. La misma ruta puede favorecer diferentes tecnologías cuando el poder, compensación, contingencia, o los requisitos de conexión cambian.
La decisión es entre sistemas completos, no dos etiquetas de cable
HVAC transmite corriente alterna a la frecuencia del sistema. Un circuito de cable normalmente lleva tres fases y se conecta a través de transformadores., aparamenta, equipo de potencia reactiva, protección, articulaciones, y terminaciones. HVDC convierte CA en CC en el extremo emisor, Transmite energía a través de uno o más polos., luego lo convierte nuevamente a CA en el extremo receptor.
Esta distinción es importante porque el cable es sólo una parte de la comparación.. HVAC impone una mayor restricción de ruta dentro de la capacitancia del cable y el comportamiento de potencia reactiva. HVDC traslada una complejidad significativa a las estaciones convertidoras, control, enfriamiento, armonía, Protección CC, e interfaces de convertidor de cable.
| Condición de decisión | La climatización suele ganar valor | HVDC suele ganar valor |
|---|---|---|
| Longitud del cable | Longitud moderada con corriente de carga y compensación aceptables.. | Cable terrestre o submarino largo donde la carga de CA consume demasiada capacidad utilizable. |
| Redes conectadas | Ambos extremos funcionan como parte de un sistema de CA sincronizado.. | El enlace conecta redes asíncronas o necesita un intercambio de energía estrictamente controlado.. |
| Patrón de conexión | Los grifos de CA intermedios o la integración de una red mallada son importantes. | Domina la transferencia masiva punto a punto. |
| Equipo terminal | Las subestaciones convencionales y la compensación son prácticas.. | Costo de la estación convertidora, huella, pérdidas, y el mantenimiento se justifican por los beneficios del sistema. |
| Restricción del proyecto | La simplicidad en las terminales supera las limitaciones de la ruta. | La eficiencia y controlabilidad de la ruta superan la complejidad de la terminal. |
El XWA gama de cables de alimentación de alta tensión proporciona contexto para la construcción de cables HVAC extruidos. No debe interpretarse como evidencia de que un diseño de CA puede reasignarse al servicio de CC.. La calificación de CC sigue una base de prueba y tensión eléctrica diferente.
Por qué un cable HVAC consume corriente antes de entregar energía útil
Un cable de alimentación tiene un conductor separado de su pantalla o funda metálica por un aislamiento.. Esa geometría crea capacitancia distribuida a lo largo de la ruta.. Bajo voltaje CA, El campo eléctrico invierte cada ciclo., por lo que la corriente de carga capacitiva continúa fluyendo incluso cuando el extremo receptor consume poca energía activa.
La corriente de carga aumenta con la frecuencia., tensión de funcionamiento, capacitancia del cable, y longitud de la ruta. Ocupa la capacidad de corriente del conductor y produce potencia reactiva.. A medida que la ruta se hace más larga, Menos capacidad de corriente térmica del cable permanece disponible para la transferencia de potencia activa a menos que la compensación y el diseño del sistema aborden el efecto..
Los reactores en derivación pueden absorber energía reactiva en los extremos de los cables o en puntos intermedios.. La compensación puede ampliar una ruta práctica de HVAC, pero no hace que la capacitancia subyacente desaparezca. Ubicación del reactor, traspuesta, control de voltaje, resonancia, sobretensión temporal, espacio de plataforma, pérdidas, y el comportamiento de contingencia se vuelven parte del estudio del sistema..
ENTSO-E identifica una capacitancia significativa del cable y una compensación reactiva como limitaciones naturales en la longitud de HVAC. Las guías industriales más antiguas a menudo citan distancias de cruce aproximadas, pero esos números pertenecen a la tecnología, Voltaje, y supuestos utilizados en cada estudio.. No son límites de diseño universal.
Lo que HVDC elimina de la ruta y agrega en ambos extremos
Después de que un cable de CC alcanza un voltaje estable, No consume la corriente de carga capacitiva repetida asociada con la frecuencia de CA.. Esto permite que una ruta de cable larga utilice su capacidad de transporte de corriente de manera más directa para la transferencia de energía activa.. DC también evita el efecto de piel del conductor en funcionamiento estable., aunque una comparación de pérdidas reales aún debe utilizar el conductor seleccionado, temperatura, disposición de los postes, accesorios, y punto de operación del convertidor.
El beneficio se obtiene sumando conversión.. Cada terminal puede incluir transformadores convertidores., válvulas electrónicas de potencia, reactores, filtros donde sea necesario, aparamenta, control y protección, enfriamiento, energía auxiliar, y obras civiles. Estos activos añaden costo de capital., huella de la estación, pérdidas de conversión, mantenimiento planificado, salvado, y riesgo de interfaz.
HVDC también cambia el comportamiento del sistema. El flujo de energía se controla activamente. Las redes de CA asíncronas pueden intercambiar energía sin estar sincronizadas. Los sistemas convertidores de fuente de voltaje pueden soportar redes débiles dentro de su envolvente de control diseñado, mientras que los sistemas de línea conmutada tienen diferentes requisitos de potencia reactiva y de intensidad de la red.. Por lo tanto, la elección del convertidor afecta las formas de onda de voltaje del cable., deberes de polaridad, comportamiento de falla, y programa de cualificación.
Una comparación sólida pregunta si las limitaciones de las rutas de CA evitadas valen las obligaciones del sistema convertidor.. No se supone que DC sea automáticamente más eficiente porque la ruta sea larga., o que la CA es automáticamente más barata porque no hay convertidores.
No existe una distancia de cruce fija de HVAC a HVDC
Un punto de cruce es el resultado de un modelo técnico-económico. Se mueve cada vez que cambian las entradas del modelo.. Una distancia cotizada para un sistema de exportación offshore no puede transferirse a un circuito de suelo urbano, un interconector, o una ruta con diferente voltaje y redundancia.
| Entrada que mueve el crossover | ¿Por qué cambia el resultado? |
|---|---|
| Potencia requerida y perfil de transferencia. | Una mayor utilización puede justificar la inversión en convertidores; La carga baja o variable cambia los supuestos de pérdidas e ingresos.. |
| Tensión CA y capacitancia del cable. | La corriente de carga y el deber de compensación dependen del cable real y del voltaje de funcionamiento.. |
| División de ruta | Submarino, tierra enterrada, túnel, puente, y las secciones aéreas tienen diferentes consecuencias de instalación y reparación.. |
| Número de circuitos y redundancia. | Criterios N-1, filosofía de repuesto, configuración de polos, y la pérdida máxima de alimentación altera la cantidad y disponibilidad del equipo. |
| Concepto de compensación | Los reactores terminales o intermedios cambian la capacidad HVAC, huella, traspuesta, y costo. |
| Tecnología del convertidor y ubicación de la estación. | LCC y VSC tienen redes diferentes, espacio, control, e implicaciones del equipo. |
| Valoración de pérdidas | Precio de la energía, perfil de carga, periodo de descuento, y el consumo auxiliar cambian la economía de la vida útil. |
| Estrategia de interrupción y reparación | Consecuencias del fracaso, tiempo de reparación, acceso a la ruta, salvado, y los acuerdos de servicio afectan el valor del ciclo de vida. |
Por esa razón, Un estudio inicial defendible normalmente evalúa varias configuraciones HVAC y HVDC frente al mismo perfil de carga., ruta, criterio de confiabilidad, año de costo, y supuestos de disponibilidad. Comparar una opción optimizada con una opción incompleta crea un resultado falso.
Cinco escenarios de ruta muestran dónde encaja cada tecnología
1. Un refuerzo subterráneo moderado dentro de una red de CA
HVAC suele ser el punto de partida natural cuando ambas subestaciones pertenecen a la misma red sincronizada., la longitud enterrada es manejable, y la compensación terminal se adapta al diseño de la estación. El circuito puede utilizar protección de CA convencional e interfaces de transformador.. Clasificación térmica, unión de vaina, ruta de instalación, y el comportamiento de la potencia reactiva aún requieren cálculos del proyecto.
2. Un largo vínculo de exportación en el extranjero
HVDC se vuelve cada vez más atractivo a medida que una larga ruta de exportación submarina dificulta la carga de HVAC y la compensación en alta mar.. La comparación debe incluir la plataforma de conversión en alta mar o el acuerdo de conversión en tierra., pérdida máxima de exportación, estrategia de reparación de cables, y la confiabilidad del sistema completo de convertidor y cable. Los estudios del NREL también muestran que las estaciones marinas HVDC pueden requerir plataformas más grandes debido a la masa y el tamaño del convertidor..
3. Un interconector entre redes asíncronas
HVDC proporciona una ventaja funcional directa porque los dos sistemas de CA no necesitan compartir frecuencia y fase.. La transferencia de energía controlada puede respaldar el intercambio de mercados y la operación del sistema.. El proyecto necesita entonces una filosofía de control definida., deber de inversión de potencia, comportamiento de recuperación de fallas, y datos coordinados entre el convertidor y el sistema de cable.
4. Una ruta que requiere conexiones intermedias
HVAC generalmente integra subestaciones intermedias y cargas de CA locales de manera más directa.. Un enlace HVDC punto a punto es menos adecuado para múltiples tomas intermedias porque cada conexión puede requerir una arquitectura de conversión y protección adicional.. Se están desarrollando sistemas de CC multiterminales, pero interoperabilidad, control, y la protección deben tratarse como cuestiones de sistema específicas del proyecto.
5. Un corredor de muy alta capacidad con derecho de paso limitado
Ambas tecnologías merecen estudio. HVDC puede aumentar la transferencia controlable a través de un corredor restringido, mientras que HVAC puede alinearse más simplemente con una red mallada existente. recuento de cables, conductor de área, ambiente termico, huella de la estación, pérdida máxima creíble, secuencia de construcción, y la futura expansión puede decidir el resultado.
Los sistemas de aislamiento HVAC y HVDC no son intercambiables
Bajo estrés de CA, La distribución del campo eléctrico en un sistema de aislamiento acústico extruido se rige principalmente por la geometría y la permitividad.. Bajo estrés constante de CC, La distribución del campo depende en gran medida de la conductividad eléctrica., que cambia con la temperatura y el estrés eléctrico. Por lo tanto, los gradientes de temperatura a través del aislamiento cargado pueden redistribuir el campo de CC.. La carga espacial y los transitorios relacionados con la polaridad añaden más consideraciones.
Esta es la razón por la que un cable HVAC extruido no puede declararse adecuado para HVDC haciendo coincidir el tamaño del conductor y el voltaje nominal.. La formulación del aislamiento., pantallas semiconductoras, limpieza de fabricación, desgasificación cuando corresponda, accesorios, nivelación de campo, polaridad del voltaje, tipo de convertidor, historia termal, y la evidencia de calificación debe pertenecer a un sistema de cable de CC validado.
Los accesorios merecen la misma atención. Las uniones y terminaciones alteran el campo radial uniforme del cable e introducen interfaces de materiales.. La guía de CIGRE trata la compatibilidad de la interfaz y el control de la instalación como elementos críticos tanto para HVAC como para HVDC, al mismo tiempo que se reconoce que el estrés de DC requiere su propia evaluación.
El límite de los estándares debe estar escrito en la especificación.
IEC 60840 Cubre los sistemas de cables de CA extruidos arriba. 30 kV hasta 150 tensión nominal kV, con um hasta 170 kV. IEC 62067 aborda los sistemas de aire acondicionado extruidos anteriores 150 kV hasta 500 tensión nominal kV, con um hasta 550 kV. Estas normas cubren cables y accesorios para instalaciones fijas en sus condiciones declaradas.; Las aplicaciones especiales, como los sistemas submarinos, pueden requerir pruebas modificadas o adicionales..
El XWA 500 página de cable kV pertenece a ese contexto de producto HVAC. No define una ruta de calificación HVDC.
Para sistemas terrestres HVDC extruidos, el funcionario IEC 62895 alcance alcanza tensiones nominales de hasta e incluyendo 320 kV y señala explícitamente que las aplicaciones submarinas pueden necesitar condiciones de prueba especiales o modificadas.. Folleto técnico de CIGRE 852 amplía las recomendaciones para sistemas de cables de CC extruidos terrestres y submarinos hasta e incluyendo 800 kV y diferencia tareas por voltaje, estrés, tipo de convertidor, y aplicación.
| Sistema | Base de referencia | Precaución con las especificaciones |
|---|---|---|
| Climatización extruida, arriba 30 a 150 kV nominal | IEC 60840 | Confirmar edición, enmienda, accesorios, condición de instalación, y adiciones de proyectos. |
| Climatización extruida, arriba 150 a 500 kV nominal | IEC 62067 | Definir rango de precalificación, pruebas de tipo, accesorios, y condiciones especiales de ruta. |
| Tierra extruida HVDC, arriba a 320 kV nominal | IEC 62895 | Confirmar servicio del convertidor, operación de polaridad, accesorios, y alcance exacto de la instalación. |
| HVDC extruido terrestre o submarino, arriba a 800 kV | TB CIGRE 852 recomendaciones | Traducir voltaje del proyecto, estrés, convertidor, transitorios, y rango de calificación en un programa de prueba acordado. |
Las normas no seleccionan la tecnología de transmisión.. Verifican un diseño de sistema de cable definido después del servicio del sistema., base de voltaje, ruta, comportamiento del convertidor, y se establecen la dotación de cualificación.
Una comparación del ciclo de vida es más sólida que una comparación del precio del cable
El precio de suministro inicial del cable capta sólo una parte de cualquiera de los sistemas.. La evaluación de HVAC debe incluir circuitos de cables., articulaciones, terminaciones, vinculación, reactores, subestaciones, pérdidas, obras de ruta, escucha, mantenimiento, y el efecto de la corriente de carga sobre la potencia transferible. La evaluación de HVDC debe incluir polos y retornos, convertidores, transformadores, reactores, filtros, enfriamiento, controles, salvado, pérdidas, obras de la estacion, accesorios para cables, calificación, y mantenimiento especializado.
La disponibilidad también debe modelarse a nivel del sistema.. Una falla en el cable, falla del accesorio, interrupción del convertidor, falla de enfriamiento, fallo de control, o un evento de mantenimiento planificado puede eliminar diferentes cantidades de capacidad de transferencia. Monopolo, bipolar, convertidor redundante, y las disposiciones de circuitos HVAC en paralelo deben compararse con los mismos criterios de pérdida máxima y restauración..
El reciente trabajo sobre confiabilidad HVDC de ENTSO-E enfatiza definiciones consistentes, mejor granularidad de datos, y evaluación del ciclo de vida. Esto apoya una regla práctica.: la potencia nominal no es suficiente. La comparación necesita la transferencia disponible esperada a lo largo del tiempo y la consecuencia de cada interrupción creíble..
La especificación del cable comienza después de la elección del sistema, pero el intercambio de datos comienza antes
La ingeniería de cables no puede esperar hasta que se complete el estudio de tecnología. Los datos preliminares del cable influyen en la corriente de carga, pérdidas, dimensiones de la ruta, restricciones de flexión, planificación de tambores o recipientes, articulaciones, diseño térmico, e interfaces de estación. El intercambio debe ser iterativo..
Un útil paquete de estudio sobre HVAC/HVDC registra:
- Deber de red: enviar y recibir voltajes, frecuencia, niveles de cortocircuito, toma de tierra, fuerza de la red, sincronización, dirección de poder, y requisitos de control.
- Deber de transferencia: energía continua y de emergencia, perfil de carga, base de sobrecarga, rango de potencia reactiva, pérdidas, pérdida máxima de alimentación, y objetivo de disponibilidad.
- Ruta: longitud total, secciones terrestres y submarinas, detalles de entierro o conducto, condiciones del suelo o del fondo marino, temperaturas ambiente, cruces, límites de instalación, y reparar el acceso.
- Opciones del sistema: Número de circuito HVAC y compensación; Tipo de convertidor HVDC, disposición de los postes, camino de regreso, y derecho de reversión.
- Base de cable: definición de voltaje, material y área del conductor, sistema de aislamiento, funda o pantalla metálica, bloqueo de agua, armadura donde sea necesario, vinculación, accesorios, e interfaces de monitoreo.
- Calificación: normas aplicables, rango de precalificación, pruebas de tipo, pruebas de rutina y de muestra, pruebas posteriores a la instalación, transitorios especiales, y documentación.
- Base del ciclo de vida: año de costo, valoración de pérdidas de energía, periodo de servicio, salvado, estrategia de reparación, supuestos de interrupción, y plan de final de vida.
Los relacionados Perspectivas del mercado de cables HV y EHV coloca esta demanda de ingeniería en un contexto más amplio de desarrollo de redes. Las especificaciones del proyecto aún deben basarse en el estudio del sistema real y no únicamente en la dirección del mercado..
Preguntas comunes sobre cables HVAC y HVDC
¿HVDC siempre es mejor para un cable subterráneo largo??
No. La longitud refuerza el caso HVDC, pero nivel de potencia, costo del convertidor, espacio de la estación, función de red, compensación, redundancia, pérdidas, y la disponibilidad del ciclo de vida puede cambiar el resultado. Ambas tecnologías deben modelarse sobre la misma base..
¿Un cable HVDC no tiene corriente capacitiva??
La capacitancia todavía existe y la carga ocurre durante la energización y los cambios de voltaje.. La diferencia clave es que el voltaje de CC constante no produce la corriente de carga continua dependiente de la frecuencia presente en un cable de CA energizado..
¿Se puede utilizar el mismo compuesto XLPE para HVAC y HVDC??
Los apellidos materiales no son prueba suficiente. Conductividad CC, dependencia de la temperatura, comportamiento de carga espacial, interfaces, proceso de fabricación, y la calificación debe validarse para el esfuerzo de CC previsto y el servicio del convertidor..
¿Es la clasificación de voltaje CA y CC directamente comparable??
No. Las clasificaciones de HVAC utilizan definiciones del sistema de CA, como voltaje nominal entre fases y voltaje máximo del sistema.. Las clasificaciones HVDC utilizan disposiciones de polo a tierra y de polo a polo con diferentes funciones operativas y transitorias.. La especificación debe definir explícitamente la base del voltaje..
¿Qué documento se debe preparar primero??
Comience con una base de diseño de transmisión común que cubra la ruta, fuerza, función de red, fiabilidad, condiciones ambientales, y estudiar supuestos. Los datos de cables y convertidores se pueden desarrollar de manera consistente en lugar de compararlos a través de clasificaciones de catálogos no relacionados..
Conclusión de ingeniería
HVAC se adapta donde la integración de CA sigue siendo sencilla y la carga del cable se puede gestionar sin compensación excesiva ni pérdida de capacidad útil.. HVDC se adapta a rutas de cables largas, sistemas asíncronos, transferencia controlada a granel, o las limitaciones del corredor justifican estaciones convertidoras y un programa de calificación de CC dedicado.
La decisión más fuerte no es “AC por debajo de una distancia y DC por encima de ella”. Es una comparación trazable de arquitecturas completas bajo el mismo perfil de energía., ruta, fiabilidad, pérdida, costo, y supuestos del ciclo de vida. Sólo después de esa comparación se puede determinar la tensión del cable., construcción, accesorios, pruebas, y la documentación se especifique de forma coherente.
Presentar las bases de diseño de la transmisión
Para una revisión de ingeniería, Proporcionar la longitud de la ruta y el entorno., potencia requerida, Tensiones y frecuencia de la red de CA., estado de sincronización, perfil de carga, Criterios de redundancia y pérdida máxima., secciones terrestres o submarinas, restricciones de instalación, concepto propuesto de compensación HVAC o convertidor HVDC, normas aplicables, expectativas de prueba, cantidad, y destino. XWA Power & Cable puede alinear el cronograma de documentación y construcción del cable solicitado con la base del proyecto aprobado; La confirmación final de la capacidad sigue el sistema exacto y el alcance de la calificación..