HVAC は通常、不釣り合いな無効補償を行わずに電気的に管理可能であり、AC ネットワークへの直接統合の恩恵を受けるケーブル リンクに適合します。. HVDC はケーブルの長さによって価値が高まります, 転送容量, 非同期グリッド, または制御された電力潮流が変電所を価値のあるものにします. 距離だけでは判断できない: ルートの種類, 電力レベル, 電圧, 冗長性, 損失, 駅スペース, ネットワークの動作, ケーブルの認定, 生涯の可用性は 1 つの伝送システムとして評価する必要があります.
したがって、HVAC と HVDC の比較は、ネットワークの義務から始まります。, カタログケーブルではない. 同じルートでも、電力供給時に異なるテクノロジーが優先される可能性があります。, 補償, 不測の事態, または接続要件が変更される.
決定は完全なシステムの間で行われます, 2 つのケーブル ラベルではありません
HVAC はシステム周波数で交流を伝送します. ケーブル回路は通常 3 相を伝送し、変圧器を介して接続します。, 開閉装置, 無効電力設備, 保護, 関節, そして終了. HVDC は送信側で AC を DC に変換します, 1 つまたは複数の極を介して電力を伝送します, その後、受信側で AC に変換し直します。.
ケーブルは比較の一部にすぎないため、この違いは重要です。. HVAC では、ケーブルの静電容量と無効電力の動作内に配線制約がより多く置かれます。. HVDC により変電所が大幅に複雑化, コントロール, 冷却, 高調波, 直流保護, およびケーブルコンバーターインターフェイス.
| 判定条件 | 通常、HVAC は価値を高めます | 通常、HVDC は価値を高めます |
|---|---|---|
| ケーブル長 | 許容可能な充電電流と補償を備えた適度な長さ. | 長い陸上ケーブルまたは海底ケーブルで、AC 充電により使用可能な容量が過剰に消費される. |
| 接続されたネットワーク | 両端は同期ACシステムの一部として動作します. | リンクは非同期ネットワークを接続するか、厳密に制御された電力交換が必要です. |
| 接続パターン | 中間の AC タップまたはメッシュ型ネットワークの統合が重要. | ポイントツーポイントの一括転送が主流. |
| 端末機器 | 従来の変電所と補償が実用的. | 変電所のコスト, フットプリント, 損失, メンテナンスはシステムの利点によって正当化されます. |
| プロジェクトの制約 | ターミナルでの簡素さはルートの制限を上回ります. | ルートの効率性と制御性がターミナルの複雑さを上回る. |
XWA 高圧電力ケーブルの範囲 押出成形 HVAC ケーブル構造のコンテキストを提供します. AC 設計を DC サービスに再割り当てできるという証拠として解釈すべきではありません。. DC 認定は、さまざまな電気的ストレスとテスト基準に従います.
HVAC ケーブルが有効な電力を供給する前に電流を消費する理由
電源ケーブルには、絶縁体によって金属スクリーンまたはシースから分離された導体があります。. その形状により、ルートに沿って分散された静電容量が生成されます。. AC電圧下, 電場はサイクルごとに反転します, そのため、受信端が有効電力をほとんど消費しない場合でも、容量性充電電流が流れ続けます。.
充電電流は周波数とともに増加します, 動作電圧, ケーブル静電容量, そして路線の長さ. 導体の電流容量を占有し、無効電力を生成します。. ルートが長くなるにつれて, 補償とシステム設計がその影響に対処しない限り、有効電力伝送に利用できるケーブルの熱電流容量は少なくなります。.
分路リアクトルはケーブル端または中間点で無効電力を吸収できます. 補償により実際の HVAC ルートを拡張できる, しかし、根底にある静電容量が消えるわけではありません. 原子炉の位置, 切り替え, 電圧制御, 共振, 一時的な過電圧, プラットフォームスペース, 損失, 緊急時の行動もシステム研究の一部となる.
ENTSO-E は、HVAC の長さに対する自然な制約として、重要なケーブル静電容量と無効補償を特定します. 業界の古いガイダンスでは、おおよそのクロスオーバー距離が引用されていることがよくあります。, but those numbers belong to the technology, 電圧, 各研究で使用された仮定と. ユニバーサルデザインの制限ではありません.
HVDC がルートから削除し、両端に追加するもの
DC ケーブルが定常電圧に達した後, AC周波数に関連する繰り返しの容量性充電電流を引き込みません。. This allows a long cable route to use its current-carrying capability more directly for active-power transfer. DC は定常動作時の導体の表皮効果も回避します, ただし、実際の損失の比較では選択した導体を使用する必要があります。, 温度, pole arrangement, アクセサリー, およびコンバータの動作点.
コンバージョンを追加することでメリットが得られます. 各端子にはコンバータ変圧器が含まれる場合があります, パワーエレクトロニックバルブ, 原子炉, 必要に応じてフィルターを適用する, 開閉装置, 制御と保護, 冷却, 補助電源, and civil works. These assets add capital cost, 駅の設置面積, 変換損失, 計画的なメンテナンス, 保存されました, とインターフェースのリスク.
HVDC はシステム動作も変える. 電力の流れはアクティブに制御されます. 非同期 AC ネットワークは同期せずに電力を交換できる. 電圧源コンバータシステムは、設計された制御エンベロープ内で脆弱なネットワークをサポートできます, 一方、ライン整流システムには異なる無効電力とネットワーク強度の要件があります。. したがって、コンバータの選択はケーブルの電圧波形に影響します, 極性義務, 障害動作, および資格プログラム.
健全な比較により、回避された AC ルートの制約がコンバータ システムの義務を果たす価値があるかどうかが問われます。. ルートが長いため DC の方が自動的に効率的であるとは想定していません。, または、コンバーターがないので自動的に AC が安くなるということ.
HVAC と HVDC 間の固定クロスオーバー距離はありません
クロスオーバーポイントは技術経済モデルの結果です. モデルの入力が変化するたびに移動します. 1 つのオフショア輸出システムで見積もられた距離を都市部の陸上回線に転送することはできません, インターコネクタ, または、異なる電圧と冗長性を持つルート.
| クロスオーバーを動かす入力 | なぜ結果が変わるのか |
|---|---|
| 必要な電力と転送プロファイル | 使用率が高いほどコンバータへの投資が正当化される; 負荷が低いか変動すると損失と収益の仮定が変化する. |
| AC電圧とケーブル静電容量 | 充電電流と補償デューティは実際のケーブルと動作電圧によって異なります. |
| ルート分割 | 潜水艦, 埋蔵地, トンネル, 橋, およびオーバーヘッドセクションでは、設置と修理の結果が異なります. |
| 回線数と冗長性 | N-1 基準, 余裕のある哲学, 極構成, 最大供給損失により、装置の数量と可用性が変わります. |
| 報酬の概念 | Terminal or intermediate reactors change HVAC capability, フットプリント, 切り替え, そしてコスト. |
| コンバータ技術とステーションの位置 | LCCとVSCはネットワークが異なります, 空間, コントロール, and equipment implications. |
| 損失評価 | エネルギー価格, 負荷プロファイル, discount period, 補助消費は生涯経済を変える. |
| 停止と修復の戦略 | 失敗による影響, 修理時間, ルートアクセス, 保存されました, およびサービス契約はライフサイクル価値に影響を与えます. |
そのため, a defensible early study normally evaluates several HVAC and HVDC configurations against the same load profile, ルート, reliability criterion, 費用年, および可用性の仮定. 1 つの最適化されたオプションと 1 つの不完全なオプションを比較すると、誤った結果が生成されます.
5 つのルート シナリオで各テクノロジーがどこに適合するかを示します
1. 1 つの AC グリッド内の適度な地下補強
両方の変電所が同じ同期ネットワークに属している場合、HVAC が自然な開始点となることがよくあります。, 埋設長さは管理可能, 端末補償はステーションの設計に適合します. この回路では、従来の AC 保護および変圧器インターフェイスを使用できます。. 熱定格, シースボンディング, 設置ルート, and reactive-power behavior still require project calculations.
2. 長いオフショア輸出リンク
長い海底輸出ルートにより HVAC の充電電流と洋上補償が困難になるため、HVDC の魅力はますます高まっています. The comparison must include the offshore converter platform or onshore conversion arrangement, 最大輸出損失, ケーブル修理戦略, 完全なコンバータとケーブル システムの信頼性. NREL の調査では、コンバータの質量と設置面積により、HVDC オフショア ステーションにはより大きなプラットフォームが必要になる可能性があることも示されています。.
3. 非同期ネットワーク間のインターコネクター
HVDC は、2 つの AC システムが周波数と位相を共有する必要がないため、直接的な機能上の利点をもたらします。. Controlled power transfer can support market exchange and system operation. プロジェクトには、定義された管理哲学が必要です, パワーリバースデューティ, 障害回復動作, コンバーターとケーブルシステム間の調整データ.
4. 中間接続が必要なルート
HVAC は通常、中間変電所とローカル AC 負荷をより直接的に統合します。. A point-to-point HVDC link is less naturally suited to multiple intermediate taps because each connection may require additional conversion and protection architecture. 多端子DCシステムが開発中, しかし相互運用性, コントロール, そして保護はプロジェクト固有のシステムの問題として扱う必要があります.
5. 通行許可が限られている非常に多くの人が通れる廊下
どちらのテクノロジーも研究する価値があります. HVDC は、制限された通路を通る制御可能な移動を増加させる可能性があります, 一方、HVAC は既存のメッシュ ネットワークとより簡単に連携できる可能性があります。. ケーブル数, エリアコンダクター, 熱環境, 駅の設置面積, 最大の信頼できる損失, 建設順序, 将来の拡張が結果を決定する可能性があります.
HVAC と HVDC 断熱システムは互換性がありません
ACストレス下, 遮音押出成形断熱システム内の電界分布は主に形状と誘電率によって決まります. 安定した DC ストレス下, 電界分布は導電率に強く依存します, 温度と電気的ストレスによって変化する. したがって、負荷がかかった絶縁体全体の温度勾配により、DC 磁界が再分布される可能性があります。. 空間電荷と極性関連の過渡現象により、さらなる考慮事項が追加されます.
これが、導体サイズと公称電圧を一致させることによって、押出成形された HVAC ケーブルが HVDC に適していると宣言できない理由です。. 断熱材配合, 半導電性スクリーン, 製造上の清浄度, 該当する場合は脱気, アクセサリー, フィールドグレーディング, 電圧極性, コンバータの種類, 熱履歴, 認定証拠は 1 つの検証済み DC ケーブル システムに属している必要があります.
アクセサリーも同様に注目されるべきです. 接合部と終端はケーブルの均一な半径方向の磁界を乱し、材料の界面を生じさせます。. CIGRE ガイダンスでは、インターフェイスの互換性と設置管理は HVAC と HVDC の両方にとって重要なものとして扱われています。, DC ストレスには独自の評価が必要であることを認識しながら.
規格境界を仕様書に記述する必要がある
IEC 60840 上の押し出しACケーブルシステムをカバー 30 kVまで 150 kV 定格電圧, ええと、まで 170 kV. IEC 62067 上記の押し出し型 AC システムに対応する 150 kVまで 500 kV 定格電圧, ええと、まで 550 kV. これらの規格は、定められた条件下での固定設置用のケーブルとアクセサリを対象としています。; 潜水艦システムなどの特殊な用途では、修正または追加のテストが必要になる場合があります.
XWA 500 kVケーブルのページ その HVAC 製品コンテキストに属します. HVDC 認定ルートは定義されません。.
押出成形 HVDC ランド システム用, 役人 IEC 62895 範囲 定格電圧に達するまで 320 kV であり、海底アプリケーションには修正または特別なテスト条件が必要な場合があることを明示的に示しています。. CIGRE技術パンフレット 852 陸上および海底の押し出し成形 DC ケーブル システムに対する推奨事項を以下まで拡張します。 800 kVと電圧でデューティを区別します, ストレス, コンバータの種類, そしてアプリケーション.
| システム | 参考基準 | 仕様上の注意 |
|---|---|---|
| 押出成形HVAC, その上 30 に 150 kV定格 | IEC 60840 | エディションの確認, 修正, アクセサリー, 設置状態, そしてプロジェクトの追加. |
| 押出成形HVAC, その上 150 に 500 kV定格 | IEC 62067 | 事前資格範囲を定義する, タイプテスト, アクセサリー, および特別なルート条件. |
| 押出成形された HVDC ランド, まで 320 kV定格 | IEC 62895 | コンバータデューティの確認, 極性動作, アクセサリー, および正確な設置範囲. |
| 押出成形 HVDC 陸上または潜水艦, まで 800 kV | シグルTB 852 推奨事項 | プロジェクト電圧の変換, ストレス, コンバータ, 過渡現象, 合意された試験プログラムへの認定範囲. |
規格は伝送技術を選択しません. システムの任務終了後に、定義されたケーブル システム設計を検証します。, 電圧基準, ルート, コンバーターの動作, と資格枠が確立されています.
ライフサイクルの比較はケーブル価格の比較よりも強力です
ケーブルの初期供給価格は、いずれかのシステムの一部のみを対象としています。. HVAC の評価にはケーブル回路を含める必要があります, 関節, 終端, ボンディング, 原子炉, 変電所, 損失, ルートワークス, 監視, メンテナンス, 充電電流が伝送可能な電力に及ぼす影響. HVDC の評価には極とリターンを含める必要があります, コンバーター, 変圧器, 原子炉, フィルター, 冷却, コントロール, 保存されました, 損失, 駅の工事, ケーブルアクセサリ, 資格, そして専門家によるメンテナンス.
可用性はシステム レベルでもモデル化する必要があります. ケーブル障害, 付属品の故障, コンバータの停止, 冷却不良, 制御障害, または計画されたメンテナンス イベントにより、さまざまな量の転送容量が削除される可能性があります. モノポール, バイポーラ, 冗長コンバータ, および並列 HVAC 回路配置は、同じ最大損失および回復基準に対して比較する必要があります。.
ENTSO-E の最近の HVDC 信頼性に関する取り組みでは、一貫した定義を重視しています, データの粒度が向上, およびライフサイクル評価. これは実際的なルールを裏付けています: 公称電力では十分ではありません. 比較には、時間の経過とともに予想される利用可能な転送と、信頼できる各停止の結果が必要です。.
ケーブルの仕様はシステムの選択後に始まりますが、データ交換はそれより早く始まります
ケーブルエンジニアリングは、技術研究が完了するまで待つことができません. 予備のケーブルデータが充電電流に影響を与える, 損失, ルートの寸法, 曲げ拘束, ドラム缶または容器の計画, 関節, 熱設計, およびステーションインターフェイス. 交換は反復的に行う必要があります.
便利な HVAC/HVDC 検討パッケージの記録:
- ネットワーク業務: 電圧の送受信, 頻度, 短絡レベル, 接地, ネットワークの強さ, 同期, 力の方向, および制御要件.
- 譲渡義務: 常時および非常用電源, 負荷プロファイル, 過負荷ベース, 無効電力範囲, 損失, 最大インフィード損失, および可用性目標.
- ルート: 全長, 陸地と海底セクション, 埋葬またはダクトの詳細, 土壌または海底の状態, 周囲温度, 交差点, 設置制限, および修復アクセス.
- システムオプション: HVAC 回路数と補償; HVDCコンバータータイプ, pole arrangement, リターンパス, そして逆転義務.
- ケーブルベース: 電圧の定義, 導体の材質と面積, 断熱システム, 金属製の外装またはスクリーン, 水を遮断する, 必要な場合は防具, ボンディング, アクセサリー, および監視インターフェース.
- 資格: 適用される規格, 事前資格範囲, タイプテスト, ルーチンテストとサンプルテスト, 設置後のテスト, 特別な過渡現象, とドキュメント.
- ライフサイクルベース: 費用年, エネルギー損失の評価, サービス期間, 保存されました, 修理戦略, 停止の想定, そして終末期計画.
関連する HV および EHV ケーブル市場の見通し このエンジニアリングの需要をより広範なグリッド開発の文脈に置きます. プロジェクトの仕様は、市場の方向性のみではなく、実際のシステム調査に基づいて作成する必要があります。.
HVAC および HVDC ケーブルに関する一般的な質問
長い地下ケーブルには HVDC が常に適していますか?
いいえ. 長さにより HVDC ケースが強化されます, but power level, converter cost, 駅スペース, ネットワーク機能, 補償, 冗長性, 損失, ライフサイクルの可用性によって結果が変わる可能性があります. 両方のテクノロジーを同じベースでモデル化する必要があります.
HVDC ケーブルには容量性電流はありませんか?
Capacitance still exists and charging occurs during energization and voltage changes. 主な違いは、安定した DC 電圧では、通電された AC ケーブルに存在する周波数に依存する連続的な充電電流が生成されないことです。.
Can the same XLPE compound be used for HVAC and HVDC?
重要な家族名は十分な証拠ではありません. 直流導電率, 温度依存性, space-charge behavior, インターフェース, 製造工程, および資格は、意図された DC ストレスとコンバータのデューティに対して検証される必要があります.
AC 電圧定格と DC 電圧定格は直接比較できますか?
いいえ. HVAC 定格には、相間定格電圧や最大システム電圧などの AC システム定義が使用されます。. HVDC 定格では、異なる動作デューティおよび過渡デューティを備えた極対地および極対極の配置が使用されます。. 仕様では電圧基準を明示的に定義する必要があります.
どの書類を最初に準備すべきか?
ルートをカバーする共通のトランスミッション設計の基礎から始める, 力, ネットワーク機能, 信頼性, 環境条件, そして仮定を研究する. ケーブルとコンバータのデータは、無関係なカタログ評価を通じて比較するのではなく、一貫して開発できます。.
工学的な結論
HVAC は、AC の統合が簡単で、過剰な補償や有用な容量の損失なしにケーブル充電を管理できる場合に適合します。. HVDC fits where long cable routes, 非同期システム, 制御されたバルク転送, または回廊の制約により、変電所と専用の DC 認定プログラムが正当化される.
最も強力な決定は、「ある距離より下では AC、それより上では DC」ではありません。 It is a traceable comparison of complete architectures under the same power profile, ルート, 信頼性, 損失, 料金, およびライフサイクルの仮定. この比較を行った後でのみ、ケーブル電圧を確認できます。, 工事, アクセサリー, テスト, ドキュメントは一貫して指定される必要があります.
トランスミッション設計ベースの提出
エンジニアリングレビュー用, ルートの長さと環境を提供する, 必要な電力, AC ネットワークの電圧と周波数, 同期ステータス, 負荷プロファイル, 冗長性と最大損失の基準, 陸上または海底セクション, インストールの制約, 提案された HVAC 補償または HVDC コンバータのコンセプト, 適用される規格, テストの期待, 量, そして目的地. XWAパワー & ケーブルは、要求されたケーブルの建設と文書化のスケジュールを、承認されたプロジェクトの基準に合わせて調整できます。; 最終的な能力の確認は、正確なシステムと資格の範囲に従って行われます.