Consideraciones y limitaciones del diseño del sistema de transmisión de energía

La transmisión de energía eléctrica desde las centrales eléctricas a los centros de subestaciones está creciendo con una potencia creciente demanda hoy. A medida que los sistemas de transmisión se expanden a lo largo de las décadas, el exceso de capacidad disponible en las líneas de transmisión parece consumirse con el crecimiento del sistema o con los usuarios de transmisión que desarrollan planes más económicos para satisfacer la demanda del sistema. La expansión conduce a un mayor consumo que promueve más hacia la expansión. Comprender las consideraciones y limitaciones involucradas en el diseño de sistemas de transmisión dará a los ingenieros una idea de cómo esto afecta las operaciones y la confiabilidad.

---

Restricciones de transmisión

El crecimiento de la expansión lleva a los usuarios a consumir cada vez más energía en función de su demanda. La congestión de la transmisión de energía se produce cuando la transmisión de energía ya no puede adaptarse al aumento del flujo de energía. Las razones de la congestión de la transmisión pueden variar, pero los problemas comunes de demanda de flujo de energía en una ruta específica no son posibles sin poner en riesgo su confiabilidad. Identifiquemos las limitaciones comunes y las consecuencias asociadas con ellas.

Restricciones térmicas

Las líneas de transmisión tienen su propio límite térmico que puede resultar en líneas caídas si se excede. Esto puede resultar en una falla en la línea, donde se experimentan arcos eléctricos hacia la vegetación cercana, las estructuras y, por supuesto, el suelo. Cuando esto sucede, los componentes de protección de la transmisión eliminan la línea defectuosa para evitar que el equipo terminal sufra daños graves.

Cuando se retira la línea para su reparación, otras líneas de transmisión experimentan mayores cargas para compensar la pérdida. Puede producirse una sobrecarga, lo que puede llevar a que los límites térmicos superen sus limitaciones operativas. Si esta situación no se contiene adecuadamente y rápidamente, las otras líneas que compensan la pérdida pueden experimentar exactamente el mismo escenario.

Entendiendo que esta solución temporal es solo para situaciones de emergencia y que las líneas de transmisión de energía aún pueden exceder su límite térmico. Por esta razón, las líneas de transmisión de energía suelen tener una clasificación de emergencia. Esta clasificación proporciona una cantidad de tiempo específica que permite transferencias de carga más altas para minimizar la posibilidad de alcanzar el límite térmico.

Restricciones de voltaje

Generalmente, la reactancia de la línea de transmisión de energía en los extremos receptores es mucho menor que la tensión aplicada en el extremo inicial. Las desviaciones de voltaje mayores o menores que el valor de voltaje nominal pueden causar daños al equipo para el consumidor o el proveedor. Lo que da una razón para tener una restricción de voltaje de operación para mantener una operación que cumpla con los requisitos. Esta restricción es mucho más importante en áreas donde las líneas de transmisión de energía están dispersas y son largas.

Restricciones operativas

Las cargas cambian constantemente, esto puede ser cambios pequeños o grandes. Los cambios relativamente pequeños en la carga generalmente ocurren cuando la energía mecánica en el lado de la generación se ajusta a la demanda eléctrica. Mientras la variación sea pequeña, la conexión entre sistemas puede permanecer sincronizada. El sistema permanecería estable siempre que las cargas no ganen en magnitud y oscilen a bajas frecuencias. Estas oscilaciones pueden provocar voltajes problemáticos y problemas de frecuencia que pueden provocar inestabilidad y posiblemente interrupciones.

Se producen grandes oscilaciones debido a servicios, fallas o interrupciones en las líneas de transmisión de energía. Los rangos de frecuencia más grandes pueden causar situaciones incontrolables que podrían resultar en una inestabilidad de estado no estable. Las medidas preventivas son necesarias para minimizar la potencial inestabilidad.

La inestabilidad de voltaje ocurre cuando los sistemas están expuestos a flujos de potencia reactiva más grandes. Este es el resultado de la diferencia de voltaje desde el inicio hasta el extremo receptor de la línea. Esto resulta en caídas de voltaje en el extremo receptor. Los voltajes más bajos aumentan la corriente y pueden contribuir a las pérdidas. El colapso de voltaje es la consecuencia final. Posible daño al equipo y posiblemente cortes.

Definición del diseño de la línea de transmisión de energía

Hay una serie de consideraciones que influyen en el diseño de la línea de transmisión. Las líneas de transmisión de energía tienen parámetros específicos que las definen. Estos parámetros tienen implicaciones sobre los efectos ambientales. Los parámetros básicos incluyen:

• Voltaje nominal
• Longitud de la línea
• Rango de altitud
• Cargas de diseño

El voltaje nominal es una aproximación a lo que sería el voltaje de línea real. El voltaje real varía según la resistencia, la distancia, el equipo de conexión y el rendimiento eléctrico de la línea. Rango de altitud aproximadamente significa el clima esperado y el terreno encontrado. La carga de diseño también se basa en el factor meteorológico. Por ejemplo, la carga de diseño que el viento y el hielo ponen en las líneas y torres de transmisión de energía. Esto afecta las dimensiones, la longitud, el diseño de la torre y la resistencia mecánica del conductor y la amortiguación del viento.

Parámetros de diseño de la torre

Las torres de transmisión están diseñadas para mantener a los conductores separados del entorno local y entre sí. Cuanto más altos sean los voltajes de transmisión de energía, mayor debe ser la distancia de separación. Cuando un arco puede saltar desde la línea de transmisión al suelo provoca una falla en el escenario de tierra. Esto es cuando hay una transferencia de electricidad al entorno. Esto también puede ocurrir entre los conductores. Esto se conoce como falla de fase a fase.

La primera consideración de diseño es la distancia entre los conductores, la torre y otras posibles estructuras de arco. Esto proporciona una idea general de las dimensiones físicas de la torre. Esto incluye la altura de la torre, el espaciado de los conductores y la longitud del aislador para el montaje.

La siguiente consideración de diseño es la resistencia estructural del marco de la torre para mantener los primeros requisitos de diseño. Esto tiene en cuenta el componente, el clima y las posibles cargas de impacto.

La consideración final del diseño es proporcionar la base necesaria para soportar la torre y las cargas de diseño predeterminadas.

Parámetros de diseño de espacios libres

La función básica de la torre es aislar los conductores del entorno, otros conductores y estructuras de arco potencial. Espacios libres basados ​​en fase a torre, fase a fase y fase a tierra. Los espacios libres entre la fase y la torre generalmente se mantienen mediante cadenas de aisladores que deben tener en cuenta el posible movimiento del conductor. La distancia entre la fase y el suelo se basa en la altura de la torre, para minimizar la temperatura de la línea y el potencial de pandeo de la línea, y controlar la vegetación y las posibles estructuras de arco. La separación de fase a fase se controla mediante la geometría de la torre y la limitación del movimiento de la línea.

Diseño para protección contra rayos

Cuanto más alta sea la torre, mayor será la probabilidad de que caiga un rayo. Los rayos pueden causar daños considerables a la transmisión de energía y al equipo de consumo. Para minimizar el daño causado por los rayos, se coloca un juego adicional de cables desde la parte superior de la torre hasta el suelo para que los sigan. Estos se denominan comúnmente cables blindados y ayudan a garantizar que se eviten las fallas del equipo.

Diseño para supresión de movimiento de conductores

Los efectos de la intemperie que producen el movimiento del conductor pueden potencialmente causar daños a los equipos de transmisión de energía. El tipo más común de amortiguador de transmisión de energía es el amortiguador Stockbridge. Estos se instalan debajo de los conductores, junto al punto de conexión de los conductores a la torre. La predicción adecuada de los efectos de la intemperie puede ayudar a determinar el diseño del amortiguador requerido para la torre de transmisión. Estos evitan que los efectos vibratorios de la intemperie puedan causar daños a los equipos de servicios públicos.

E3.Cable para diseño de diseño físico

E3.Cable permite una combinación versátil de CAD eléctrico y mecánico combinados en una plataforma sofisticada. Esto proporcionará herramientas y características que facilitarán y simplificarán el diseño de líneas de transmisión de energía, interconexiones de subestaciones y torres de transmisión. Le proporciona las características necesarias para evitar que los diseños entren en conflicto mientras mantiene los requisitos geométricos para las estructuras mecánicas.

Permite la creación de paneles del sistema de interconexión y líneas de transmisión con funciones de ajuste fácil de arrastrar y soltar. Cree un diseño sencillo sin errores basado en parámetros de entrada basados ​​en la demanda del usuario. Proporciona algunos de los siguientes.

• Crea una representación física de los controladores del panel
• Verificación de reglas de diseño
• Detección de choques
• Prevención de errores de ubicación

Puente de enrutamiento E3.3D

El puente de enrutamiento E3.3D proporciona una transición fácil entre los softwares MCAD más utilizados en el mercado y el enrutamiento y configuración de líneas de transmisión de energía. Transfiera fácilmente archivos MCAD al puente de enrutamiento E3.3D para determinar la longitud y el diámetro de la línea de transmisión de energía para los parámetros de diseño. Esto proporciona un paso intermedio entre unir los aspectos de ingeniería mecánica y eléctrica en un software fácil de usar. El puente de enrutamiento E3.3D proporciona una imagen más clara de las interconexiones entre conductores, líneas de transmisión de energía y aislantes y el espacio libre necesario para lograr los parámetros de ingeniería operativa. Proporciona las siguientes características:

• Información del componente transferible a MCAD
• Compruebe si hay conflicto de componentes en MCAD
• Contabilización del pandeo o dobleces de la transmisión
• Calcular la longitud de las líneas y segmentos de transmisión de energía en MCAD

---

Las herramientas de diseño adecuadas

Comprender las limitaciones y la consideración del diseño es solo el primer paso hacia el diseño del mejor equipo de transmisión de energía. Tener las mejores herramientas disponibles para producir la mejor calidad y confiabilidad servirá a los ingenieros en muchas magnitudes. Dé el siguiente paso en la preparación de la ingeniería de diseño.

Comente sobre los procesos de diseño actuales utilizados para sus sistemas de transmisión y cómo podría mejorar.

---