Dynamic Thermal Rating of Overhead Power Lines

Abstract

Etterspørselen etter elektrisk energi er økende over hele verden. Kompleksiteten og variasjonene i både produksjon og forbruk øker også, som et resultat av flere fornybare energikilder. På grunn av denne utviklingen er det viktig å utnytte kapasiteten eksisterende kraftlinjer bedre. Tidligere har statiske grenselaster vært den vanligste måten å betjene kraftledninger på, men med ny teknologi er det blitt lettere å overvåke og bruke dynamiske grenselaster basert på målinger i sanntid av værparametere. Dynamiske grenselaster er en mulig løsning på utviklingen i energisektoren, med de nye utfordringene som følger.

Denne oppgaven består av en litteraturgjennomgang av artikler som omhandler allerede eksisterende teknologi for måling av dynamiske grenselaster. Modellen anbefalt av CIGRE for beregning av dynamiske grenselaster er undersøkt, og er videreutviklet ved å implementere utrykk for fordampingskjøling og kjøling fra vann som dras over lederen. Hovedfokuset var å få oversikt over sammenhengen mellom endring i forskjellige værparametere og fordampningskjølingen. Hensikten med dette var å få en bedre forståelse av den potensielle mengden kjøling fra fordampning, og i hvilke værforhold og klima det kan være hensiktsmessig å implementere fordampningskjøling i modellen som brukes til å beregne dynamiske grenselaster.

Det var forventet at fordampingskjøling i stor grad var avhengig av mengden nedbør. I tillegg kom det fram av undersøkelse av modellene anbefalt av CIGRE og IEEE at omgivelsestemperatur, lederens overflatetemperatur, vindhastighet og lufttrykk også påvirker fordampningskjølingen. Resultatene fra simulering viste at med en nedbørsmengde lik 1 mm/h, og med økende vindhastighet fra 1 til 20 m/s, fører dette til en økning i fordampingskjøling fra 75 W/m til 1 368 W/m. Økning i lederens overflatetemperatur fra 10 til 80 grader, fører til en økning i fordampningskjøling fra 24 W/m til 1170 W/m. Endringen i omgivelsestemperatur påvirket ikke fordampningskjølingen- eller kjøling fra vann som dras over lederen nevneverdig. Disse resultatene bekrefter at implementering av fordampningskjøling i modellene som brukes til å beregne dynamiske grenselaster for kraftledninger, kan øke den potensielle strømkapasiteten betraktelig.

The demand for electrical energy is increasing all over the world. The complexity and variations in both production and consumption are also increasing due to more renewable energy sources. Because of this development, it is essential to utilize the capacity of existing power lines better. Earlier, static ratings have been the most common way to operate power lines. However, with new technology, it is easier to monitor and apply dynamic ratings based on real-time weather parameters. Dynamic rating is a potential solution to the development in the energy sector and the new challenges.

This thesis consists of a literature review regarding already existing technology for measuring Dynamic ratings. The model recommended by CIGRE for calculating dynamic ratings have been investigated and has been further developed by implementing terms for evaporative cooling and impingement cooling based on other articles and standards. The main focus was to look into the correlation between a change in different weather parameters and evaporative cooling. The reason for this was to get a better understanding of the potential amount of cooling from evaporation and in which weather conditions and climate it can be reasonable to implement evaporative cooling in the model used to calculate dynamic ratings.

It was expected that evaporative cooling was highly dependent on the precipitation rate. In addition, the investigation of models recommended by CIGRE and IEEE showed that ambient temperature, conductor surface temperature, wind speed and air pressure also affect evaporative cooling. Results obtained from simulation showed that for a precipitation rate equal to 1, increasing wind speed from 1 to 20 m/s lead to an increase in evaporative cooling from 75 W/m to 1 368 W/m. Increased conductor surface temperature from 10 to 80 degrees lead to an increase in evaporative cooling from 24 W/m to 1 170 W/m. The change in ambient temperature did not affect the evaporative- or impingement cooling significantly. These results confirm that the implementation of evaporative cooling in the models used to calculate dynamic ratings for power lines can increase the potential current capacity significantly.