Jak symulacje pomagają w projektowaniu linii wysokiego napięcia i podmorskich kabli HVDC

Dlaczego symulacje stają się niezbędne w energetyce?

Pomiary laboratoryjne i terenowe od dawna uznawane są za złoty standard w projektowaniu systemów energetycznych. Jednak nawet najdokładniejsze metody pomiarowe mają swoje ograniczenia – od fizycznych ograniczeń przestrzeni po wysokie koszty badań. W takich sytuacjach na ratunek przychodzą symulacje komputerowe, które pozwalają:

• Przyspieszyć proces projektowy poprzez szybkie testowanie różnych wariantów konstrukcyjnych,
• Obniżyć koszty poprzez redukcję liczby fizycznych prototypów,
• Badanie zjawisk trudnych lub niemożliwych do odtworzenia w warunkach laboratoryjnych.

W prezentacji omówione zostaną dwa kluczowe przypadki z branży energetycznej, które doskonale ilustrują te zalety.

Przypadek 1: Testowanie wydajności koronowej osprzętu linii wysokiego napięcia

Wydajność koronowa osprzętu izolacyjnego ma kluczowe znaczenie dla niezawodnej pracy linii wysokiego napięcia, szczególnie przy napięciach 500 kV, 765 kV lub wyższych. Tradycyjnie, testy te przeprowadza się w laboratoriach, gdzie ze względu na ograniczenia przestrzenne, badania ograniczają się do częściowych układów jednofazowych.

Problem polega na tym, że rzeczywiste linie energetyczne pracują w układzie trójfazowym, co oznacza, że wyniki laboratoryjne muszą zostać odpowiednio skalibrowane, aby odzwierciedlać warunki rzeczywiste. Jest to proces skomplikowany i obarczony ryzykiem błędów interpretacyjnych. Nowoczesne narzędzia symulacyjne pozwalają jednak dokładnie odwzorować warunki trójfazowe na podstawie danych z testów jednofazowych, eliminując te problemy.

Przypadek 2: Pola elektromagnetyczne wokół podmorskich kabli HVDC

Podmorskie kable HVDC (prądu stałego wysokiego napięcia) są powszechnie stosowane w połączeniach morskich farm wiatrowych. Dotychczas uważano, że kable te są obojętne środowiskowo pod względem pól elektromagnetycznych, ponieważ pole elektryczne jest całkowicie zamknięte wewnątrz kabla, a statyczne pole magnetyczne nie indukuje napięć zewnętrznych.

Badania symulacyjne wykazały jednak, że prądy oceaniczne przemieszczające się przez statyczne pole magnetyczne spełniają warunek względnego ruchu opisany w prawie Faradaya. W efekcie wokół kabla mogą powstawać indukowane pola elektryczne, które są wykrywalne przez niektóre gatunki morskie. To odkrycie ma istotne znaczenie dla oceny wpływu kabli HVDC na środowisko morskie.

„Symulacje komputerowe pozwalają badać zjawiska, które są niemożliwe do zmierzenia bezpośrednio. Dzięki nim możemy lepiej zrozumieć i przewidzieć zachowanie systemów energetycznych w różnych warunkach.”

Kluczowe wnioski z webinarium

• Przetłumaczenie wyników testów jednofazowych na warunki trójfazowe – jak precyzyjnie skalibrować dane laboratoryjne, aby odzwierciedlały rzeczywiste warunki pracy linii 500 kV i 765 kV.
• Fizyka indukowanych pól elektrycznych wokół kabli HVDC – jak prądy oceaniczne oddziałują z polem magnetycznym, tworząc wykrywalne sygnały dla organizmów morskich.
• Oszczędności i efektywność – jak symulacje pozwalają obniżyć koszty projektowania i unikać ograniczeń fizycznych typowych dla tradycyjnych metod testowych.
• Zastosowanie teorii elektromagnetyzmu – jak względny ruch w polu magnetycznym wymusza stosowanie symulacji tam, gdzie bezpośredni pomiar jest niemożliwy.

Zapraszamy do udziału w bezpłatnym webinarium, podczas którego eksperci omówią te zagadnienia oraz zaprezentują praktyczne przykłady zastosowania symulacji w energetyce.