HVAC обычно подходит для кабельных линий, которые остаются электрически управляемыми без непропорциональной реактивной компенсации и которые выигрывают от прямой интеграции в сеть переменного тока.. HVDC приобретает ценность при увеличении длины кабеля, пропускная способность, асинхронные сети, или контролируемый поток мощности делают преобразовательные станции целесообразными. Решение не может быть принято только на расстоянии: тип маршрута, уровень мощности, Напряжение, избыточность, потери, пространство станции, поведение сети, квалификация кабеля, и доступность на протяжении всего срока службы должна оцениваться как одна система передачи.
Таким образом, исследование HVAC и HVDC начинается с определения режима работы сети., не с каталожным кабелем. Один и тот же маршрут может благоприятствовать разным технологиям, когда энергетика, компенсация, непредвиденный случай, или требования к подключению меняются.
Решение принимается между полными системами, не две этикетки на кабелях
HVAC передает переменный ток на частоте системы.. Кабельная цепь обычно имеет три фазы и подключается через трансформаторы., распределительное устройство, оборудование реактивной мощности, защита, суставы, и прекращения. HVDC преобразует переменный ток в постоянный на передающей стороне, передает мощность через один или несколько полюсов, затем преобразует его обратно в переменный ток на принимающей стороне.
Это различие имеет значение, поскольку кабель является лишь частью сравнения.. HVAC накладывает больше ограничений на маршрут в зависимости от емкости кабеля и поведения реактивной мощности.. HVDC значительно усложняет преобразовательные станции, контроль, охлаждение, гармоники, Защита постоянного тока, и интерфейсы кабель-конвертера.
| Условие принятия решения | HVAC обычно приобретает ценность | HVDC обычно приобретает ценность |
|---|---|---|
| Длина кабеля | Умеренная длина с приемлемым зарядным током и компенсацией. | Длинный наземный или подводный кабель, где зарядка переменным током потребляет слишком много полезной мощности.. |
| Подключенные сети | Оба конца работают как часть синхронизированной системы переменного тока.. | Канал соединяет асинхронные сети или требует жестко контролируемого обмена электроэнергией.. |
| Схема подключения | Важны промежуточные ответвления переменного тока или интеграция ячеистой сети.. | Доминирует массовая передача «точка-точка». |
| Терминальное оборудование | Обычные подстанции и компенсация практичны. | Стоимость преобразовательной станции, след, потери, и обслуживание оправданы преимуществами системы. |
| Ограничение проекта | Простота терминалов перевешивает ограничения маршрута. | Эффективность и управляемость маршрута перевешивают сложность терминала. |
XWA линейка высоковольтных силовых кабелей предоставляет контекст для конструкции экструдированного кабеля HVAC.. Это не следует рассматривать как свидетельство того, что конструкция переменного тока может быть переназначена для работы в режиме постоянного тока.. Квалификация постоянного тока основана на другой основе электрических нагрузок и испытаний..
Почему кабель HVAC потребляет ток, прежде чем отдает полезную мощность
Силовой кабель имеет жилу, отделенную от металлического экрана или оболочки изоляцией.. Эта геометрия создает емкость, распределенную по маршруту.. Под напряжением переменного тока, электрическое поле меняет каждый цикл, поэтому емкостный зарядный ток продолжает течь, даже когда принимающая сторона потребляет мало активной мощности.
Зарядный ток увеличивается с частотой, рабочее напряжение, емкость кабеля, и длина маршрута. Он занимает ток проводника и производит реактивную мощность.. Поскольку маршрут становится длиннее, меньшая часть допустимого теплового тока кабеля остается доступной для передачи активной мощности, если компенсация и конструкция системы не устраняют этот эффект..
Шунтирующие реакторы могут поглощать реактивную мощность на концах кабеля или в промежуточных точках.. Компенсация может расширить практический маршрут HVAC., но это не приводит к исчезновению основной емкости. Расположение реактора, переключение, контроль напряжения, резонанс, временное перенапряжение, пространство платформы, потери, и поведение в непредвиденных обстоятельствах становятся частью системного исследования..
ENTSO-E определяет значительную емкость кабеля и реактивную компенсацию как естественные ограничения на длину системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.. В старых отраслевых руководствах часто указываются приблизительные расстояния пересечения., но эти цифры принадлежат технологии, Напряжение, и предположения, использованные в каждом исследовании. Они не являются универсальными конструктивными ограничениями..
Что HVDC удаляет из маршрута и добавляет на обоих концах
После того, как кабель постоянного тока достигает устойчивого напряжения, он не потребляет повторяющийся емкостный зарядный ток, связанный с частотой переменного тока.. Это позволяет при длинной трассе кабеля более непосредственно использовать свою токопроводящую способность для передачи активной мощности.. Постоянный ток также позволяет избежать скин-эффекта проводника при стабильной работе., хотя при реальном сравнении потерь все равно необходимо использовать выбранный проводник, температура, расположение столбов, аксессуары, и рабочая точка преобразователя.
Выгода получается за счет добавления конверсии. Каждый терминал может включать в себя преобразовательные трансформаторы., силовые электронные клапаны, реакторы, фильтры там, где это необходимо, распределительное устройство, контроль и защита, охлаждение, вспомогательная мощность, и строительные работы. Эти активы увеличивают капитальные затраты, площадь станции, конверсионные потери, плановое техническое обслуживание, сохранено, и интерфейсный риск.
HVDC также меняет поведение системы.. Поток мощности активно контролируется. Асинхронные сети переменного тока могут обмениваться электроэнергией без синхронизации.. Системы преобразователей напряжения могут поддерживать слабые сети в пределах разработанной зоны управления., в то время как системы с линейной коммутацией имеют разные требования к реактивной мощности и мощности сети.. Таким образом, выбор преобразователя влияет на форму сигналов напряжения кабеля., обязанности по полярности, поведение при неисправности, и квалификационная программа.
Грамотное сравнение задает вопрос, стоят ли устраненные ограничения на маршрутах переменного тока обязательства перед преобразовательной системой.. Он не предполагает, что DC автоматически становится более эффективным, поскольку маршрут длинный., или что переменный ток автоматически становится дешевле, потому что преобразователи отсутствуют.
Не существует фиксированного расстояния между HVAC и HVDC.
Точка пересечения – это результат технико-экономической модели.. Он перемещается всякий раз, когда меняются входные данные модели.. Расстояние, указанное для одной морской экспортной системы, не может быть перенесено в городской наземный контур., соединитель, или маршрут с другим напряжением и резервированием.
| Вход, который перемещает кроссовер | Почему меняется результат |
|---|---|
| Требуемый профиль мощности и передачи | Более высокий уровень использования может оправдать инвестиции в преобразователи.; низкая или переменная нагрузка меняет предположения о потерях и доходах. |
| Напряжение переменного тока и емкость кабеля | Зарядный ток и компенсационная нагрузка зависят от фактического кабеля и рабочего напряжения.. |
| Разделение маршрута | Подводная лодка, погребенная земля, туннель, мост, и подвесные секции имеют разные последствия при установке и ремонте.. |
| Количество цепей и резервирование | Критерии N-1, запасная философия, конфигурация полюсов, и максимальные потери на подаче изменяют количество и доступность оборудования. |
| Концепция компенсации | Конечные или промежуточные реакторы меняют возможности систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, след, переключение, и стоимость. |
| Технология конвертера и расположение станции | LCC и VSC имеют разную сеть., космос, контроль, и последствия для оборудования. |
| Оценка убытков | Цена энергии, профиль нагрузки, период скидки, и вспомогательное потребление изменяют экономику срока службы. |
| Стратегия простоев и ремонта | Последствия отказа, время ремонта, доступ к маршруту, сохранено, и соглашения об обслуживании влияют на стоимость жизненного цикла. |
По этой причине, оправданное раннее исследование обычно оценивает несколько конфигураций HVAC и HVDC на основе одного и того же профиля нагрузки., маршрут, критерий надежности, стоимость года, и предположения о доступности. Сравнение одного оптимизированного варианта с одним неполным вариантом дает ложный результат..
Пять сценариев маршрута показывают, где подходит каждая технология
1. Умеренное подземное армирование внутри одной сети переменного тока.
Система отопления, вентиляции и кондиционирования часто является естественной отправной точкой, когда обе подстанции принадлежат одной синхронизированной сети., заглубленная длина является управляемой, и компенсация терминала соответствует конструкции станции. В схеме можно использовать обычную защиту переменного тока и интерфейсы трансформатора.. Тепловой рейтинг, склеивание оболочек, маршрут установки, и поведение реактивной мощности по-прежнему требуют проектных расчетов.
2. Длинная морская экспортная связь
HVDC становится все более привлекательным, поскольку длинный экспортный маршрут подводных лодок затрудняет зарядку HVAC и компенсацию за море.. Сравнение должно включать морскую конвертерную платформу или береговую конверсионную схему., максимальная экспортная потеря, стратегия ремонта кабеля, и надежность всей преобразовательно-кабельной системы. Исследования NREL также показывают, что морским станциям HVDC могут потребоваться более крупные платформы из-за массы преобразователя и занимаемой площади..
3. Соединитель между асинхронными сетями
HVDC обеспечивает прямое функциональное преимущество, поскольку двум системам переменного тока не требуется использовать одну и ту же частоту и фазу.. Контролируемая передача энергии может поддерживать рыночный обмен и работу системы.. Тогда проекту необходима определенная философия управления., обязанность реверса мощности, поведение при восстановлении после сбоя, и согласованные данные между преобразователем и кабельной системой.
4. Маршрут, требующий промежуточных стыковок
HVAC обычно более напрямую объединяет промежуточные подстанции и местные нагрузки переменного тока.. Канал HVDC «точка-точка» менее подходит для нескольких промежуточных отводов, поскольку для каждого соединения может потребоваться дополнительная архитектура преобразования и защиты.. Многотерминальные системы постоянного тока развиваются, но совместимость, контроль, и защиту следует рассматривать как системные вопросы, специфичные для проекта..
5. Коридор очень высокой пропускной способности с ограниченной полосой отчуждения
Обе технологии заслуживают изучения. HVDC может увеличить управляемую передачу через ограниченный коридор, в то время как система отопления, вентиляции и кондиционирования может быть проще согласована с существующей ячеистой сетью.. Количество кабелей, проводник зоны, тепловая среда, площадь станции, максимальный вероятный ущерб, последовательность строительства, и будущее расширение может решить исход.
Системы изоляции HVAC и HVDC не являются взаимозаменяемыми.
Под напряжением переменного тока, Распределение электрического поля в экструдированной звукоизоляционной системе определяется главным образом геометрией и диэлектрической проницаемостью.. Под постоянным напряжением постоянного тока, распределение поля сильно зависит от электропроводности, который изменяется в зависимости от температуры и электрического напряжения. Таким образом, градиенты температуры на нагруженной изоляции могут перераспределить поле постоянного тока.. Пространственный заряд и переходные процессы, связанные с полярностью, добавляют дополнительные соображения..
Вот почему экструдированный кабель HVAC не может быть объявлен пригодным для HVDC, если он соответствует размеру проводника и номинальному напряжению.. Состав изоляции, полупроводниковые экраны, производственная чистота, дегазация, где это применимо, аксессуары, планировка поля, полярность напряжения, тип преобразователя, термическая история, и квалификационные свидетельства должны принадлежать одной проверенной кабельной системе постоянного тока..
Аксессуары заслуживают не меньшего внимания. Соединения и окончания нарушают однородное радиальное поле кабеля и создают границы раздела материалов.. В руководствах СИГРЭ совместимость интерфейсов и контроль установки рассматриваются как критически важные для систем HVAC и HVDC., признавая при этом, что стресс постоянного тока требует собственной оценки.
Границы стандартов должны быть записаны в спецификации.
МЭК 60840 охватывает экструдированные кабельные системы переменного тока, указанные выше 30 кВ до 150 кВ номинальное напряжение, с Эм до 170 кВ. МЭК 62067 адрес экструдированных систем переменного тока выше 150 кВ до 500 кВ номинальное напряжение, с Эм до 550 кВ. Эти стандарты охватывают кабели и аксессуары для стационарной установки в установленных условиях.; специальные приложения, такие как подводные системы, могут потребовать модифицированных или дополнительных испытаний..
XWA 500 Страница кабеля кВ принадлежит этому контексту продукта HVAC. Он не определяет маршрут квалификации HVDC..
Для экструдированных систем заземления HVDC, чиновник МЭК 62895 объем достигает номинальных напряжений до и включительно 320 кВ и прямо отмечает, что для применения на подводных лодках могут потребоваться измененные или специальные условия испытаний.. Техническая брошюра СИГРЭ 852 расширяет рекомендации для наземных и подводных экструдированных кабельных систем постоянного тока до 800 кВ и дифференцирует обязанности по напряжению, стресс, тип преобразователя, и приложение.
| Система | Справочная база | Предостережение по спецификации |
|---|---|---|
| Экструдированные системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, выше 30 к 150 кВ номинальное | МЭК 60840 | Подтвердить издание, поправка, аксессуары, состояние установки, и дополнения к проекту. |
| Экструдированные системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, выше 150 к 500 кВ номинальное | МЭК 62067 | Определить диапазон предварительной квалификации, типовые испытания, аксессуары, и особые условия маршрута. |
| Экструдированная земля HVDC, до 320 кВ номинальное | МЭК 62895 | Подтвердить работу преобразователя, работа с полярностью, аксессуары, и точный объем установки. |
| Экструдированный сухопутный или подводный HVDC, до 800 кВ | СИГРЭ ТБ 852 рекомендации | Перевести проектное напряжение, стресс, преобразователь, переходные процессы, и квалификационный диапазон в согласованную программу испытаний. |
Стандарты не выбирают технологию передачи. Они проверяют определенную конструкцию кабельной системы после ее эксплуатации., базис напряжения, маршрут, поведение преобразователя, и квалификационный конверт установлены.
Сравнение жизненного цикла более убедительно, чем сравнение цен на кабель.
Первоначальная цена поставки кабеля учитывает только часть любой системы.. Оценка HVAC должна включать кабельные цепи., суставы, прекращение, связь, реакторы, подстанции, потери, маршрутные работы, мониторинг, обслуживание, и влияние зарядного тока на передаваемую мощность. Оценка HVDC должна включать полюса и возвраты., преобразователи, трансформаторы, реакторы, фильтры, охлаждение, элементы управления, сохранено, потери, станция работает, кабельные аксессуары, квалификация, и специализированное обслуживание.
Доступность также должна моделироваться на уровне системы.. Неисправность кабеля, неисправность аксессуара, выход из строя преобразователя, сбой охлаждения, ошибка управления, или запланированное мероприятие по техническому обслуживанию может привести к удалению различных объемов передаваемой мощности.. Монополь, биполярный, резервный преобразователь, и параллельные схемы HVAC следует сравнивать по одним и тем же критериям максимальных потерь и восстановления..
Недавняя работа ENTSO-E по надежности HVDC подчеркивает согласованность определений., лучшая детализация данных, и оценка жизненного цикла. Это подтверждает практическое правило: номинальной мощности недостаточно. Для сравнения необходимы ожидаемые доступные передачи с течением времени и последствия каждого вероятного сбоя..
Спецификация кабеля начинается после выбора системы, но обмен данными начинается раньше.
Кабельная инженерия не может ждать, пока завершится технологическое исследование.. Предварительные данные кабеля влияют на зарядный ток, потери, размеры маршрута, ограничения на изгиб, планирование барабана или резервуара, суставы, тепловой расчет, и интерфейсы станций. Обмен должен быть итеративным.
Полезные записи пакета исследований HVAC/HVDC.:
- Сетевой долг: отправка и получение напряжения, частота, уровни короткого замыкания, заземление, мощность сети, синхронизация, направление мощности, и требования к контролю.
- Трансфертная пошлина: постоянное и аварийное питание, профиль нагрузки, основа перегрузки, диапазон реактивной мощности, потери, максимальная потеря подачи, и цель доступности.
- Маршрут: общая длина, сухопутный и подводный разделы, детали захоронения или канала, состояние почвы или морского дна, температура окружающей среды, переправы, ограничения по установке, и доступ к ремонту.
- Параметры системы: Номер контура HVAC и компенсация; Тип преобразователя HVDC, расположение столбов, обратный путь, и реверсивная пошлина.
- Кабельная основа: определение напряжения, материал и площадь проводника, система изоляции, металлическая оболочка или экран, блокировка воды, броня там, где это необходимо, связь, аксессуары, и интерфейсы мониторинга.
- Квалификация: применимые стандарты, диапазон предварительной квалификации, типовые испытания, плановые и выборочные испытания, тесты после установки, особые переходные процессы, и документация.
- Основа жизненного цикла: стоимость года, оценка потерь энергии, период обслуживания, сохранено, стратегия ремонта, предположения о сбоях, и план на конец жизни.
Соответствующие Перспективы рынка кабелей высокого и сверхвысокого напряжения помещает эту инженерную потребность в более широкий контекст развития сетей. Спецификации проекта по-прежнему должны основываться на фактическом исследовании системы, а не только на направлении рынка..
Распространенные вопросы о кабелях HVAC и HVDC
Всегда ли HVDC лучше для длинного подземного кабеля??
Нет. Длина усиливает корпус HVDC, но уровень мощности, стоимость преобразователя, пространство станции, сетевая функция, компенсация, избыточность, потери, и доступность жизненного цикла могут изменить результат. Обе технологии должны моделироваться на одной и той же основе..
Нет ли в кабеле HVDC емкостного тока??
Емкость все еще существует, и зарядка происходит при включении питания и изменении напряжения.. Ключевое отличие состоит в том, что постоянное напряжение постоянного тока не создает постоянный, зависящий от частоты зарядный ток, присутствующий в кабеле переменного тока, находящемся под напряжением..
Можно ли использовать один и тот же компаунд из сшитого полиэтилена для систем отопления, вентиляции, кондиционирования и постоянного тока??
Материальные фамилии не являются достаточным доказательством.. проводимость постоянного тока, температурная зависимость, поведение пространственного заряда, интерфейсы, производственный процесс, и квалификация должна быть подтверждена для предполагаемого напряжения постоянного тока и режима работы преобразователя..
Сопоставимы ли номинальные напряжения переменного и постоянного тока напрямую??
Нет. В номиналах HVAC используются определения системы переменного тока, такие как номинальное междуфазное напряжение и максимальное напряжение системы.. В номиналах HVDC используются схемы «полюс-земля» и «полюс-полюс» с различными рабочими и переходными режимами.. Спецификация должна явно определять основу напряжения..
Какой документ следует подготовить в первую очередь?
Начните с общей проектной основы передачи, охватывающей маршрут, власть, сетевая функция, надежность, условия окружающей среды, и изучить предположения. Тогда данные о кабелях и преобразователях можно будет разрабатывать последовательно, а не сравнивать с помощью несвязанных каталожных рейтингов..
Инженерное заключение
Система отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха подходит для случаев, когда интеграция с переменным током остается простой, а зарядка по кабелю может управляться без чрезмерной компенсации или потери полезной мощности.. HVDC подходит для длинных кабельных трасс, асинхронные системы, контролируемая массовая передача, или ограничения коридора оправдывают преобразовательные станции и специальную программу квалификации постоянного тока.
Самое сильное решение — это не «переменный ток ниже одного расстояния, а постоянный ток выше него». Это прослеживаемое сравнение полных архитектур с одинаковым профилем мощности., маршрут, надежность, потеря, расходы, и предположения жизненного цикла. Только после этого сравнения можно определить напряжение кабеля., строительство, аксессуары, тесты, и документация должны быть указаны последовательно.
Отправьте проектную основу трансмиссии
Для инженерной экспертизы, укажите длину маршрута и окружающую среду, требуемая мощность, Напряжение и частота сети переменного тока, статус синхронизации, профиль нагрузки, критерии избыточности и максимальных потерь, сухопутные или подводные участки, ограничения при установке, предлагаемая концепция компенсации HVAC или преобразователя HVDC, применимые стандарты, проверить ожидания, количество, и пункт назначения. XWA Мощность & Компания Cable может согласовать запрошенный график строительства кабеля и документации с утвержденной основой проекта.; окончательное подтверждение возможностей соответствует точной системе и области квалификации.