Análisis térmico y diseño de redes mixtas ac dc

Abstract

El presente proyecto tiene el objetivo de definir el diseño de una red mixta AC/DC haciendo uso de un código informático en lenguaje Python, implementado en el programa de simulación de elemento finito “FEMM”, que resuelva el problema térmico de un cable de baja tensión subterráneo cuando circula corriente alterna y corriente continua simultáneamente. Posteriormente se analizará la potencia eléctrica transmitida por el sistema y se buscará las condiciones óptimas de diseño que la maximicen. Para ello, se comenzará con la elección de un determinado modelo de cable, el cual se dibujará su estructura y se introducirán sus propiedades en el programa usado. FEMM realizará un mallado automáticamente que le será necesario para resolver, mediante elementos finitos, el problema térmico del sistema. Antes de aplicar la idea de redes mixtas en el código formulado, se estudiará la validación de este haciendo circular la intensidad máxima admisible para una determinada sección y midiendo la temperatura que alcanza el seno de dicho cable, que debería de ser la temperatura máxima de operación en régimen de servicio continuo. Este proceso se realizará también haciendo variaciones en los parámetros de diseño y, por tanto, aplicando los factores correctores correspondientes. Tras verificar el correcto funcionamiento del código programado, se aplicará la idea de redes mixtas al sistema, evaluándose la potencia transmitida y determinándose la disposición y la intensidad, tanto de corriente continua como de corriente alterna, que maximice dicha potencia. Posteriormente, se comentará una posible aplicación de esta tecnología dirigida al sector residencial, concluyendo con una comparación entre redes mixtas y la red trifásica actual en factores como su eficiencia o el máximo de cargas que pueden ser alimentadas por cada sistema.

This project has the objective of defining the design of a mixed network AC/DC developing a computer code in Python language, implemented in the finite element simulation program "FEMM", which solves the thermal problem of a low voltage underground wire when alternating current and direct current circulate simultaneously. Then, the electrical power transmitted by the system will be analyzed and optimal design conditions for maximization will be studied. To do this, the first step will be the choice of a specific wire model, whose structure will be drawn and whose properties will be introduced in the program used. FEMM will create a mesh automatically that will be necessary in order to solve, through finite elements, the thermal problem of the system. Before applying the idea of mixed networks in the formulated code its validation will be studied by circulating the maximum admissible intensity for a certain section and measuring the temperature that it reaches inside of this wire, which should be the maximum operating temperature in continuous service. This process will also be done by making changes in the design parameters and, therefore, applying the corresponding correction factors. After verifying the correct functioning of the programmed code, the idea of mixed networks will be applied to the system, evaluating the transmitted power and determining the arrangement and intensity, of both direct current and alternating current, that maximizes the aforementioned power. Subsequently, a possible application of this technology aimed at the residential sector will be discussed, concluding with a comparison between mixed networks and the current three-phase network in factors such as its efficiency or the maximum loads that can be powered by each system.