Projeto de Sistemas de Transmissão de Energia: Considerações e Restrições Principais

A transmissão de energia elétrica de usinas para centros de subestações está crescendo com a demanda por energia cada vez maior. À medida que os sistemas de transmissão se expandem ao longo das décadas, o excesso de capacidade disponível nas linhas de transmissão parece ser consumido com o crescimento do sistema, ou com usuários de transmissão desenvolvendo planos mais econômicos para atender à demanda do sistema. A expansão leva a mais consumo, o que promove mais expansão. Compreender as considerações e restrições envolvidas no projeto de sistemas de transmissão dará aos engenheiros insights sobre como isso afeta operações e confiabilidade.

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Restrições de Transmissão

O crescimento da expansão leva os usuários a consumir mais energia baseada em sua demanda. Congestionamento de transmissão de energia resulta quando a transmissão não pode mais acomodar o fluxo de potência aumentado. Razões para congestionamento de transmissão podem variar, mas a questão comum de demanda por fluxo de potência em uma rota específica não é possível sem arriscar sua confiabilidade. Vamos identificar restrições comuns e as consequências associadas a elas.

Restrições Térmicas

Linhas de transmissão têm seu próprio limite térmico que pode resultar em cabos frouxos se excedido. Isso pode resultar em falta na linha, onde arco elétrico é experimentado na vegetação próxima, estruturas e, claro, o solo. Quando isso acontece, componentes de proteção de transmissão removem a linha com falta para preservar equipamentos terminais de danos sérios.

Quando a linha é removida para reparo, outras linhas de transmissão experimentam cargas aumentadas para compensar a perda. Sobrecarga pode resultar, o que pode levar a limites térmicos excedendo suas restrições operacionais. Se esta situação não for contida adequadamente e rapidamente, as outras linhas compensando a perda podem experimentar o mesmo cenário.

Entender que esta correção temporária é apenas para situações de emergência e que linhas de transmissão de energia ainda podem exceder seu limite térmico. Por essa razão, linhas de transmissão de energia frequentemente têm uma classificação de emergência. Esta classificação dá uma quantidade específica de tempo que permite transferências de carga mais altas para minimizar a chance de atingir o limite térmico.

Restrições de Tensão

Geralmente, a reatância da linha de transmissão de energia nas extremidades receptoras é muito menor que a tensão aplicada na extremidade inicial. Desvios de tensão maiores ou menores que o valor nominal podem causar danos ao equipamento do consumidor ou do fornecedor. Isso dá razão para ter uma restrição de tensão operacional para manter operação que atenda aos requisitos. Esta restrição é muito mais importante em áreas onde linhas de transmissão de energia são dispersas e longas.

Restrições Operacionais

Cargas mudam constantemente, isso pode ser pequenas ou grandes mudanças. Mudanças relativamente pequenas na carga geralmente ocorrem quando a potência mecânica no lado da geração se ajusta à demanda elétrica. Desde que a variação seja pequena, a conexão entre sistemas pode permanecer em sincronismo. O sistema permaneceria estável desde que as cargas não ganhem magnitude e oscilem em baixas frequências. Essas oscilações podem levar a tensões e problemas de frequência problemáticos que podem levar à instabilidade e possivelmente interrupções.

Grandes oscilações ocorrem devido a manutenção, faltas ou interrupção em linhas de transmissão de energia. Faixas de frequência maiores podem causar situações incontroláveis que poderiam resultar em instabilidade fora do estado estacionário. Medidas preventivas são necessárias para minimizar a instabilidade potencial.

Instabilidade de tensão acontece quando sistemas são expostos a fluxos maiores de potência reativa. Isso é resultado da diferença de tensão do início ao fim da linha. Resultando em quedas de tensão na extremidade receptora. Tensões mais baixas aumentam a corrente e podem contribuir para perdas. Colapso de tensão é a consequência final. Potencialmente causando danos ao equipamento e possivelmente interrupções.

Definindo Projeto de Linha de Transmissão de Energia

Existem várias considerações que entram no projeto de linha de transmissão. Linhas de transmissão de energia têm parâmetros específicos que as definem. Esses parâmetros têm implicações nos efeitos ambientais. Os parâmetros básicos incluem:

• Tensão Nominal
• Comprimento da Linha
• Faixa de Altitude
• Cargas de Projeto

A tensão nominal é uma aproximação do que a tensão real da linha seria. A tensão real varia baseada em resistência, distância, equipamentos de conexão e desempenho elétrico da linha. Faixa de altitude significa aproximadamente o clima e terreno esperados. Carga de projeto também é baseada no fator climático. Por exemplo, a carga de projeto que vento e gelo colocam nas linhas de transmissão de energia e torres. Isso afeta dimensões da torre, comprimentos, projeto da torre, resistência mecânica do condutor e amortecimento de vento.

Parâmetros de Projeto de Torre

Torres de transmissão são projetadas para manter condutores separados do entorno local e uns dos outros. Quanto maiores as tensões de transmissão de energia, maior a distância de separação necessária. Quando um arco pode saltar da linha de transmissão para o solo, causa cenário de falta a terra. Isso ocorre quando há transferência de eletricidade para o entorno. Isso também pode ocorrer entre os condutores. Isso é referido como falta fase-fase.

A primeira consideração de projeto é a distância entre os condutores, a torre e outras estruturas de arco potenciais. Isso fornece uma ideia geral para as dimensões físicas da torre. Isso inclui altura da torre, espaçamento do condutor e comprimento do isolador para montagem.

A próxima consideração de projeto é a resistência estrutural do quadro da torre para manter os primeiros requisitos de projeto. Isso leva em conta cargas de componente, clima e possíveis cargas de impacto.

A consideração final de projeto é fornecer a fundação necessária para suportar a torre e as cargas de projeto predeterminadas.

Parâmetros de Projeto de Folga

A função básica da torre é isolar condutores do entorno, outros condutores e estruturas de arco potenciais. Folgas baseadas em fase-torre, fase-fase e fase-terra. Folgas fase-torre são tipicamente mantidas por cordas de isoladores que devem levar em conta possível movimento do condutor. A folga fase-terra é baseada na altura da torre, para minimizar temperatura da linha e potencial de afrouxamento, e controlar vegetação e estruturas de arco potenciais. Separação fase-fase é controlada através de geometria da torre e limitando movimento da linha.

Projeto para Proteção contra Raios

Quanto mais alta a torre, maior a chance de um potencial raio. Raios podem causar danos consideráveis à transmissão de energia e equipamentos do consumidor. Para minimizar danos de raios, um conjunto extra de cabos é executado do topo da torre ao solo para o raio seguir. Estes são comumente referidos como fios de proteção e ajudam a garantir que falha de equipamento seja prevenida.

Projeto para Supressão de Movimento do Condutor

Efeitos climáticos produzindo movimento do condutor podem potencialmente causar danos a equipamentos de transmissão de energia. O tipo mais comum de amortecedor de transmissão de energia é o amortecedor Stockbridge. Estes são instalados abaixo dos condutores, adjacentes ao ponto de fixação nos condutores à torre. Previsão adequada para efeitos climáticos pode ajudar na determinação do projeto de amortecedor necessário para a torre de transmissão. Estes previnem efeitos vibratórios do clima de potencialmente causar danos a equipamentos de utilidade.

E3.Cable para Layout de Projeto Físico

O E3.Cable permite uma combinação versátil de CAD elétrico e mecânico em uma plataforma sofisticada. Isso fornecerá ferramentas e recursos que tornarão o projeto de linhas de transmissão de energia, interconexões de subestação e torres de transmissão fácil e simples. Fornece os recursos necessários para manter projetos sem conflitos, mantendo requisitos geométricos para estruturas mecânicas.

Permite a criação de painéis de sistema de interconexão e linhas de transmissão com recursos fáceis de arrastar e soltar. Cria um projeto fácil e livre de erros baseado em parâmetros de entrada baseados na demanda do usuário. Fornece alguns dos seguintes:

• Cria Representação Física de Controladores de Painel
• Verificação de Regras de Projeto
• Detecção de Conflito
• Prevenção de Erros de Posicionamento

E3.3D Routing Bridge

O E3.3D Routing Bridge fornece uma transição fácil entre os softwares MCAD mais usados no mercado para roteamento e configuração de linhas de transmissão de energia. Transfira facilmente arquivos MCAD para o E3.3D Routing Bridge para determinar comprimento e diâmetro de linha de transmissão de energia para parâmetros de projeto. Isso fornece um passo intermediário entre unir os aspectos de engenharia mecânica e elétrica em um software fácil de usar. O E3.3D Routing Bridge fornece uma imagem mais clara das interconexões entre condutores, linhas de transmissão de energia, isoladores e a folga necessária para alcançar parâmetros de engenharia operacional. Fornece os seguintes recursos:

• Informações de Componentes Transferíveis para MCAD
• Verificar Conflito de Componente no MCAD
• Contabilizar Afrouxamento ou Curvas de Transmissão
• Calcular Comprimento de Linhas de Transmissão de Energia e Segmentos no MCAD

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As Ferramentas de Projeto Certas

Compreender as restrições e considerações de projeto é apenas o primeiro passo para projetar os melhores equipamentos de transmissão de energia. Ter as melhores ferramentas disponíveis para produzir a melhor qualidade e confiabilidade servirá aos engenheiros em muitas magnitudes. Dê o próximo passo na engenharia de projeto preparatório.

Comente sobre processos de projeto atuais usados para seus sistemas de transmissão e como poderia ser melhor.

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