Análisis Electromagnético de Cables Submarinos Trifásicos Armados Mediante Modelos 3D [Póster]

Análisis Electromagnético de Cables Submarinos Trifásicos Armados Mediante Modelos 3D Juan Carlos del-Pino-López1*, Pedro Cruz-Romero1 1Universidad de Sevilla, Departamento de Ingeniería Eléctrica, Escuela Técnica Superior de Ingeniería, Camino de los Descubrimientos s/n, 41092, Sevilla, España *Autor de contacto: [email protected] Introducción:El alto coste económico de los parques eólicos offshore requiere optimizar su diseño y caracterización, como es el caso de los cables trifásicos armados de interconexión y exportación de la energía. Hasta ahora estos cables se han caracterizado en base a suposiciones erróneas derivadas de geometrías 2D que omiten el efecto del trenzado de fases y armadura (Figura 1), lo que lleva a cables sobredimensionados [1-3]. Un análisis en 3D se hace necesario para un adecuado diseño y caracterización de estos cables, pero su complejidad requiere de elevados recursos y tiempos de computación. Modelo electromagnético 3D: Este estudio ha analizado en 3D el comportamiento electromagnético a 50 Hz de 5 cables trifásicos armados mediante el módulo AC/DC de COMSOL Multiphysics, identificando un patrón de periodicidad (en la geometría y la física) que permite acortar notablemente la longitud del modelo a simular (Figura 2), reduciéndose los requisitos y tiempos de computación de forma drástica. Esta longitud es igual al parámetro CP (Crossing Pitch), que es función del sentido y paso de trenzado de fases y armadura (Parm yPfases) (mismo sentido o en el contrario) [4,5]. 𝐶𝑃 =1 𝑃 𝑎𝑟𝑚 −1 + 𝑃 𝑓𝑎𝑠𝑒𝑠 −1 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑎 𝐶𝑃 =1 𝑃 𝑎𝑟𝑚 −1 − 𝑃 𝑓𝑎𝑠𝑒𝑠 −1 𝑚𝑖𝑠𝑚𝑜 La condición de contorno de periodicidad debe configurarse adecuadamente teniendo en cuenta la orientación de los extremos origen y destino (Figura 3). Origen R (Ω/ km) εR(%) X (Ω/ km) εX(%) Cable 2 Medida 0,0455 0,22 0,12 1,66 COMSOL 0,0454 0,118 Cable 4 Medida 0,042 0,47 0,114 -0,17 COMSOL 0,0418 0,1142 Cable 5 Medida 0,0314 -1,27 0,107 -0,94 COMSOL 0,0318 0,108 Conclusiones: Las prestaciones de COMSOL Multiphysics han permitido plantear una nueva forma de abordar el estudio y caracterización de cables trifásicos armados mediante un procedimiento en 3D de gran precisión y menor coste computacional y de hardware. Referencias 1. W. Frelin, et. al., Measurements of losses on three core power cables, JiCable (2015). 2. M. Hatlo, , et.al., Accurate analytical formula for calculation of losses in three-core submarine cables, JiCable (2015). 3. F. F. da Silva, et.al., Understanding losses in three core armoured submarine cables, CIGRÉ Session (2014). 4. J. C. del-Pino-López, M. Hatlo, P. Cruz-Romero, A 3D Parametric Analysis of Three-core Armored Power Cables Series Impedance, International Conference on Smart Energy Systems and Technologies (2018). 5. J. C. del-Pino-López, M. Hatlo, P. Cruz-Romero, On simplified 3D finite element simulations of three-core armoured power cables, Energies,11,3081 (2018). Figura 3. Orientación de los extremos para aplicar periodicidad. Tabla 1. Resultados numéricos y experimentales. Figura 1. Pérdidas caloríficas en cable trifásico armado. Proyecto cofinanciado por los fondos FEDER. Ref. ENE2017-89669-R Figura 2. Periodicidad geométrica y patrón para modelo 3D. Resultados:Se ha obtenido la resistencia y reactancia serie (RyX)en 5 cables desde 10 kV hasta 245 kV.La menor longitud del modelo reduce el tiempo de cálculo en más de un 90 % respecto a modelos de longitud igual a la periodicidad geométrica [4]. Los resultados presentan errores inferiores al 2 % respecto a datos experimentales [4] (Tabla 1), mejorando los resultados de modelos 2D. Figura 4. Influencia del trenzado de la armadura en Ry X. Este método facilita el análisis del efecto del trenzado de la armadura sobre R, X(Figura 4) y las pérdidas del cable, algo imposible de realizar mediante modelos 2D. View publication statsView publication stats