Как осуществляется передача электроэнергии постоянным током

Характеристика передачи электроэнергии переменным и постоянным током

Характеристика передачи электроэнергии переменным и постоянным током

Передача электроэнергии во всех странах мира осуществляется преимущественно на трехфазном переменном токе 50 Гц или 60 Гц. Это объясняется следующими причинами. Основными потребителями являются электропривода различных механизмов, для которых применяют простые и надежные трехфазные асинхронные двигатели. Вращающееся электромагнитное поле- естественное свойство трехфазной системы. Производство электроэнергии технически возможно как генераторами переменного тока, так и постоянного, рабочее напряжение которых ограничено по конструктивным соображениям до 30 кВ. Для обеспечения экономичности передачи электроэнергии на дальние расстояния необходимое напряжение, значительно превышающее номинальное напряжение генераторов. Непосредственная трансформация постоянного тока невозможна. Поэтому повышение напряжения при токах в несколько тысяч ампер возможно только с помощью явления электромагнитной индукции и трансформаторов, что создает возможность для последующей эффективной эффективное передачи электроэнергии переменным током. Потребление электроэнергии производится на относительно низком напряжении — сотни, тысячи вольт. Поэтому на приемном конце электропередачи необходимо снова использовать трансформные устройства. Переменный ток выявил свои преимущества после изобретения трансформатора. По этим двум причинам: производство, передача и потребление осуществляется, как правило, на переменном токе.

Доставка электрической энергии от электростанции к электроприемникам в общем случае осуществляется сетями различного класса номинального напряжения, т.е. выводы генераторов на электростанциях и электроприемников разделяют сети нескольких ступеней трансформации. На рисунке №1 представлена принципиальная упрощенная схема передачи и распределения электрической энергии, охватывающее все ступени (классы) номинального напряжения. Условная схема отдельной электропередачи в направлении передачи энергии от электрической станции ЭС к электроприемникам ЭП имеет пять линий различного класса напряжения и пять подстанций (ПС1-ПС5), ступеней трансформации. Например, если подстанция ПС1соеденяет выводы генератора с ЛЭП 500 кВ, то возможными напряжениями линии последующих ступеней будут 220(380), 110(150), 35, 10, 0,38 кВ. Чем ниже напряжение сети, тем больше количество линий она имеет и тем меньшая мощность передается по каждой из них.

Для передачи электроэнергии постоянным током сооружаются выпрямительные подстанции — выпрямители (ВПС) на питающем конце электропередачи, преобразующая после трансформации на высокое напряжение переменный ток в постоянный с незначительными пульсациями с последующей передачей электроэнергии на расстояние, и инверторная (ИПС) на переменном токе с обратным преобразованием постоянного тока в переменный для трансформации на низкое напряжение.

Упрощенная схема объясняющая состав главных элементов и общий принцип работы линии постоянного тока, дана на рисунке №2. Для обеспечения работы преобразовательных подстанций необходима значительная реактивная мощность (примерно 50 % от передаваемой активной). Эта мощность должна покрываться генераторами имеющимися в системе и источниками реактивной мощности (ИРМ), компенсирующими устройствами большой мощности, устанавливаемыми поблизости от потребителей. Для сглаживания пульсации тока и ограничения скорости при повреждения, в линию включают реакторы.

До настоящего времени не созданы удовлетворительной конструкции выключатели постоянного тока высокого напряжения. Отключение линии постоянного тока (ЛПТ) производится закрытием вентилей ВПС. Поэтому электропередача постоянного тока имеет блоковую схему: ВПС – ЛПТ – ИПС без присоединения других ИПС в промежуточных пунктах линии. Техническая трудность осуществления разветвленных линий электропередачи постоянного тока вызвана так же особенностями их режимного регулирования, обеспечения устойчивости, необходимостью локализации аварии и др.

Из ряда качеств линий постоянного тока можно выделить особое: по электропередачи постоянного тока возможно соединение ЭЭС с различной частотой, т.е. возможно выполнить несинхронную связь различных систем и, в частности, передачу мощности от ГЭС при пониженных напоре и частоте, объединение маломощной системы с более мощной без замены оборудования по параметрам режима короткого замыкания.

Наличие двух подстанций (выпрямительной и инверторной) — дорогих и сложных в эксплуатации – сдерживает широкое применение линий постоянного тока. Применение постоянного тока для передачи электрической энергии может быть альтернативой переменному току для сверхдальних линий (от 1500 км и выше и передаче мощности от 2000 МВт). Электропередачи постоянного тока меньшей протяженности применяются при решении технических задач формирования объединенных энергосистем, не решаемым с помощью электропередач переменного тока (обеспечение устойчивости параллельной работы, несинхронная связь ЭЭС большой мощности, кабельные линии большой протяженности), а так же в тех случаях, когда сооружение воздушных и кабельных линий ЛЭП переменного тока экономически нецелесообразно, например, для пересечения морского пространства.

Важной и неотъемлемой частью системы передачи и распределения электрической энергии являются различные устройства автоматики и регулирования.

Война токов 2.0 — как постоянный ток побеждает переменный

Времена меняются, и с ними меняются и наши потребности в энергоснабжении. Недавно переменный ток был неотъемлемой частью нашей жизни, но с развитием технологий и изменением приоритетов, мы стоим на пороге новой эры в энергетике. Добро пожаловать в мир «Войны токов 2.0», где постоянный ток начинает обретать превосходство.

В этой статье мы рассмотрим, какие факторы и тенденции способствуют устойчивому росту постоянного тока в энергоснабжении будущего. Мы расскажем о том, как изменения в производстве электроэнергии, включая развитие возобновляемых источников, делают постоянный ток более актуальным и эффективным в сравнении с переменным током.

Здесь вы узнаете о преимуществах децентрализации производства электроэнергии и роли постоянного тока в этом процессе. Мы рассмотрим, как сети постоянного тока могут справиться с растущей нагрузкой и почему их развитие становится ключевым фактором в современной энергетике.

Война токов – краткий экскурс в историю электрических сетей

В 1890 году Томас Алва Эдисон (General Electrics) и Джордж Вестингауз (Westinghouse Electric) вступили в первую экономическую битву за технический стандарт в истории промышленности. Эта битва вошла в историю как «война токов».

Предметом спора была рыночная доля соответствующих электрических компаний и применение электросетей постоянного или переменного тока в качестве электрического стандарта в Соединенных Штатах Америки.

Эдисон выступал за постоянный ток ( DC) и зарегистрировал множество патентов в этой области, за что дорого заплатил.

В результате свободная конкуренция и инновации были затруднены. Из-за этих патентных ограничений компания Westinghouse отдавала предпочтение переменному току (AC) , который был бесплатным в соответствии с патентным законодательством.

К концу 1887 года у Эдисона была 121 сеть постоянного тока, а у Вестингауза вместе с Thomson-Houston Electric Company было 90 сетей переменного тока в США, что мешало расширению сетей Эдисона.

Томас Эдисон позирует с электромобилем Bailey

У всех компаний были свои электрические распределительные системы, некоторые из которых пересекались. В течение многих лет два противника вели информационную войну, и Эдисон пытался изгнать своего противника с рынка, ссылаясь на опасность переменного тока в глазах общественности.

Однако большим преимуществом переменного тока было его огромное распространение в сетях, и в конце концов он стал нормой к концу 19 века.

Вы можете найти более подробную информацию о Войне Токов по этой ссылке: Тесла, Эдисон и война токов (переменный или постоянный ток)

HVDC – передача электроэнергии постоянным током

В современной энергетике мы сталкиваемся с постоянным током чаще всего в области электрической тяги и все чаще в области передачи электрической энергии на большие расстояния.

Одним из первых применений постоянного тока было городское освещение дуговыми лампами. Эти сети развивались в основном в крупных городах США. Первая система освещения с помощью ламп Эдисона была построена на Манхэттене (Нью-Йорк) в 1882 году, когда шесть гигантских динамо-машин обслуживали площадь примерно в 2,5 км 2 .

Самым большим недостатком постоянного тока оказалась невозможность простого и эффективного изменения напряжения, поэтому машины должны были работать от напряжения генератора.

Распределение электроэнергии при низком напряжении препятствовало передаче электроэнергии на расстояния, превышающие несколько километров — на более дальних расстояниях стали очевидны падение напряжения на линии и столь же высокие потери. Невозможность легко преобразовать различные уровни напряжения постоянного тока проложила путь к переменному току.

До 1880-х годов переменный ток не воспринимался как подходящая альтернатива постоянному току. Переломный момент наступил в 1884 и 1885 годах с изобретением первого трансформатора с замкнутым магнитным сердечником, который позволял легко и эффективно преобразовывать переменное напряжение.

Следующим шагом стало практическое использование переменного тока. В 1888 году Никола Тесла представил свой первый многофазный двигатель переменного тока (двухфазный асинхронный двигатель), который смог конкурировать с современными машинами постоянного тока.

Победа переменного тока над постоянным была наглядно подтверждена в 1891 году, когда состоялась первая дальняя передача с 3-х фазной системой — 3-х фазный асинхронный двигатель мощностью 75 кВт был успешно запитан на расстояние примерно 175 км. Передача происходила на переменном напряжении 15 кВ, позже на 25 кВ.

Силовые трансформаторы — важнейшие звенья в электрических сетях высокого напряжения. Если вас интересует их устройство и применение, не пропустите нашу статью: Силовые трансформаторы в распределительных подстанциях 6 — 35 кВ. Мы разбираемся во всех деталях и поможем вам разобраться в этой ключевой теме.

Современная трансформаторная подстанция

Возвращение постоянного тока в системы передачи электроэнергии произошло в 1930-х годах с изобретением ртутных выпрямителей, которые значительно упростили преобразование высокого переменного напряжения в постоянное напряжение, чем применявшиеся до того времени вращающиеся преобразователи.

В 1954 году была запущена первая коммерческая линия высокого напряжения постоянного тока (HVDC), соединяющая побережье Швеции с островом Готланд. Это открыло путь для дальнейшего коммерческого применения передачи постоянного тока.

Другой важной вехой является открытие тиристорных преобразователей. Весной 1967 года был установлен первый тиристорный преобразователь, опять же на Готландской линии, вместо первоначального ртутного преобразователя.

В последующие годы широкое распространение получили тиристорные преобразователи. В настоящее время помимо тиристорных преобразователей применяются и транзисторные преобразователи (особенно IGBT-транзисторы).

Линии электропередачи постоянного тока (HVDC)

Распространенным применением передачи постоянного тока являются длинные кабельные линии, особенно подводные: длинные кабельные линии не могут использовать переменный ток из-за их низкой пропускной способности.

Другим, все более популярным в настоящее время применением передач постоянного тока является передача больших мощностей порядка тысяч МВт на большие расстояния.

В основном речь идет о получении энергии из удаленных источников (например, крупных гидроэлектростанций), часто расположенных в сотнях и тысячах километров от точек потребления.

Также речь идет о подключении нагрузок, находящихся очень далеко от сетей передачи (например, крупных шахт, нефтяных платформ). С постоянно растущим давлением на использование возобновляемых ресурсов строятся большие фермы и парки, как солнечные, так и ветряные.

Ветряные электростанции часто располагаются в море, где погодные условия лучше. Передача постоянного тока предлагается как подходящий, а в некоторых случаях и единственный вариант эффективной и надежной транспортировки произведенной электроэнергии к местам потребления энергии.

Подробнее про использование постоянного тока для передачи электроэнергии на большие расстояния смотрите здесь: Передача постоянного тока в электроэнергетике

Электрические распределительные сети сегодня

1. Повышенное потребление энергии

По сравнению с концом прошлого века потребление электроэнергии значительно возросло. Электрификация домашних хозяйств и коммерческих предприятий приводит к неуклонному увеличению потребления электроэнергии.

В ближайшие несколько лет ожидается взрывной рост, особенно с переходом на электромобили. Резкое увеличение зарядных станций для электромобилей создаст серьезные проблемы для существующей инфраструктуры.

Растущее потребление энергии в ИТ-секторе, с увеличением количества центров обработки данных, также потребляет большое количество энергии.

2. Увеличение затрат на энергию

Цена на электроэнергию для частных домохозяйств в течение многих лет имеет тенденцию к росту в большинстве стран. В Германии, например, цена на электроэнергию выросла более чем вдвое за 20 лет. И тенденция по-прежнему на подъеме.

В этом контексте самостоятельное производство и использование электроэнергии является интересной альтернативой. Из-за низкой окупаемости сети собственное хранение энергии становится все более важной темой для домовладельцев, позволяющей еще больше сократить счета за электроэнергию и обрести независимость за счет оптимизации энергопотребления.

3. Возобновляемые источники энергии и энергетический переход

Возобновляемая энергия поступает нерегулярно. Когда солнце или ветер производят энергию, это не значит, что эта энергия будет где-то одновременно потребляться.

Промежуточная амортизация увеличения производства электроэнергии является серьезной проблемой. Вот почему, когда производство энергии близко к нулю, обычные электростанции необходимы, чтобы продолжать обслуживать всех потребителей.

Энергетический переход в настоящее время не может быть реализован без традиционных технологий в крупных сетях. Это системная проблема, связанная с производством «старой» и «новой» энергии, а также с контролем весьма неравномерного объема производства и потребления энергии.

4. Увеличение пропускной способности электрических сетей

Огромный объем производства энергии за счет возобновляемых источников энергии, а также быстрый рост потребления энергии создают огромные проблемы для существующих линий электропередач.

Расширение сетей для удовлетворения новых требований связано с большими затратами. Высокие пики производства и потребления энергии в разное время должны постоянно балансироваться и в целом регулироваться. А энергетический переход 2050 года требует еще большего фотоэлектрического покрытия. Часто полная мощность фотоэлектрической системы даже не может быть использована из-за плохого подключения к сети.

Производство электроэнергии с использованием фотоэлектрических панелей

Мир меняется – Война токов 2.0

Для централизованного электроснабжения с централизованной выработкой электроэнергии переменный ток имеет определенные преимущества. Однако производство электроэнергии во всем мире становится все более децентрализованным за счет возобновляемых источников энергии, таких как небольшие фотоэлектрические системы, установленные на крышах многих домов, и растущее число крупных фотоэлектрических электростанций.

С региональными сетями постоянного тока и их более коротким радиусом действия большие сети переменного тока могут быть значительно разгружены.

Рука об руку с электроэнергетическими компаниями возможна взаимная поддержка благодаря облегчению сети и повышению энергоэффективности. Пики производства больше не нужно балансировать, они могут потребляться или храниться непосредственно в сети постоянного тока.

Экономятся высокие затраты на расширение сетей переменного тока. Кроме того, весь потенциал фотоэлектрических систем можно использовать непосредственно в микросети постоянного тока.

Как дом завтрашнего дня будет работать на постоянном токе:

Видение многих небольших децентрализованных сетей постоянного тока все еще находится в зачаточном состоянии. Благодаря высокой энергоэффективности эта технология становится все более популярной.

Фактически солнечная энергия, вырабатываемая в постоянном токе, больше не будет нуждаться в преобразовании. Она будет поступать напрямую к потребителям постоянного тока, таким как тепловые насосы, аккумуляторы или электромобили.

Тепловой насос в доме

Электричество постоянного тока собственного производства теперь можно будет использовать с гораздо меньшими потерями (без потерь при преобразовании переменного тока в постоянный). В качестве связи между производителями и потребителями электроэнергии будет использоваться специальный кабель питания постоянного тока (звено постоянного тока).

В зависимости от потребителя мощность постоянного тока либо напрямую направляется к потребителям постоянного тока через DC-DC преобразователи, а к потребителям переменного тока через инверторы, преобразующие постоянный ток в переменный.

В ближайшем будущем во всем мире речь пойдет о частичном или полном переводе жилых районов, коммерческих предприятий или других крупных зданий на постоянный ток. Системы освещения, электронные зарядные станции или топливные элементы могут напрямую использовать постоянный ток.

Многие потребители электроэнергии, такие как тепловые насосы или инфракрасные обогреватели могут питаться непосредственно от сети постоянного тока.

Коммерческая компания может управлять электродвигателями своих машин напрямую от собственной солнечной системы через частотные преобразователи. Многое возможно, многое лежит в ящике идей, многое меняется.

Уже создан новый мощный стандарт USB Power Delivery 4.0, который может выдавать 100 Вт. Благодаря этой технологии можно получать одновременно питание и данные.

Сейчас можно построить умный дом из взаимосвязанных устройств, которые общаются друг с другом без менее надежного и безопасного Wi-Fi, и проводка станет основой Интернета вещей.

Электропроводку не нужно будет прокладывать внутри стен, ее можно было приклеить к стене, как скотч, и просто закрасить. И все, что к ней будет подключаться, окажется дешевле и надежнее, потому что в этом случае не будет необходимости в трансформаторах и выпрямителях для каждого подключенного стройства, превращающих переменный ток в низковольтный постоянный.

На кухне и в ванной должны быть провода большего размера, чтобы нести нагрузки, необходимые для работы холодильника, стиральной машины или кондиционера. Но даже они могут быть более эффективными при работе на постоянном токе благодаря частотно-регулируемым приводам.

Использование частотно-регулируемых приводов растет, поскольку регулирование скорости двигателя в соответствии с потребностями может не только экономить энергию, но и оптимизировать работу. Например, возможность точной настройки скорости двигателя кондиционера может сделать температуру и условия в помещении более комфортными.

Домашняя электропроводка будущего будет работать на постоянном токе

Ученые утверждают, что использование постоянного тока может сократить потребление электроэнергии на 20 процентов. Добавьте первоначальную экономию на более дешевых светодиодных лампах и экономия станет намного больше.

Ничто из этого не ново для людей, которые живут в жилых автофургонах или на яхтах. Они уже много лет живут в мире постоянного тока — в своей собственной микросети. Однако достижения в области производства светодиодов и снижение цен на солнечную энергию делают этот образ жизни таким же комфортным, как жизнь в доме, подключенном к обычной электрической сети.

Дом будущего с нулевым потреблением энергии будет работать на постоянном токе, и мы все, возможно, будем ездить на Эдисонах вместо Теслы.

А что вы думаете по этому поводу? Поделитесь в комментариях!

• Особенности варисторных ограничителей импульсных перенапряжений
• Основные причины срабатывания дифавтомата в электрическом щите
• Услуги электрика, как вызвать мастера

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » Электричество в доме

Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика

Поделитесь этой статьей с друзьями:

Передача электроэнергии — распространенные способы и альтернативные варианты

Электричество не относится к накопительным ресурсам. На сегодняшний день нет эффективных технологий, позволяющих аккумулировать энергию, выработанную генераторами, поэтому передача электроэнергии потребителям относится к актуальным задачам. В стоимость ресурса входят затраты на его производство, потери при транспортировке и расходы на монтаж и обслуживание ЛЭП. При этом от схемы передачи напрямую зависит эффективность системы электроснабжения.

Высокое напряжение, как способ уменьшения потерь

Несмотря на то, что во внутренних сетях большинства потребителей, как правило, 220/380 В, электроэнергия передается к ним по высоковольтным магистралям и понижается на трансформаторных подстанциях. Для такой схемы работы есть весомые основания, дело в том, что наибольшая доля потерь приходится на нагрев проводов.

Мощность потерь описывает следующая формула: Q = I 2 * R_л ,

где I – сила тока, проходящего через магистраль, R_Л – ее сопротивление.

Исходя из приведенной формулы можно заключить, что снизить затраты можно путем уменьшения сопротивления в ЛЭП или понизив силу тока. В первом случае потребуется увеличивать сечения провода, это недопустимо, поскольку приведет к существенному удорожанию электропередающих магистралей. Выбрав второй вариант, понадобится увеличить напряжение, то есть, внедрение высоковольтных ЛЭП приводит к снижению потерь мощности.

Классификация линий электропередач

В энергетике принято разделять ЛЭП на виды в зависимости от следующих показателей:

1. Конструктивные особенности линий, осуществляющих передачу электроэнергии. В зависимости от исполнения они могут быть двух видов:

• Воздушными. Передача электричества осуществляется с использованием проводов, которые подвешиваются на опоры.
• Кабельными. Такой способ монтажа подразумевает укладку кабельных линий непосредственно в грунт или в специально предназначенные для этой цели инженерные системы.

1. Вольтаж. В зависимости от величины напряжения ЛЭП принято классифицировать на следующие виды:

• Низковольтные, к таковым относятся все ВЛ с напряжением не более 1-го кВ.
• Средние – от 1-го до 35-ти кВ.
• Высоковольтные – 110,0-220,0 кВ.
• Сверхвысоковольтные – 330,0-750,0 кВ.
• Ультравысоковольтные — более 750-ти кВ.

1. Разделение по типу тока при передаче электричества, он может быть переменным и постоянным. Первый вариант более распространен, поскольку электростанции, как правило, оборудованы генераторами переменного тока. Но для уменьшения нагрузочных потерь энергии, особенно на большой дальности передачи, более эффективен второй вариант. Как организованы схемы передачи электричества в обоих случаях, а также преимущества каждого из них, будет рассказано ниже.
2. Классификация в зависимости от назначения. Для этой цели приняты следующие категории:

• Линии от 500,0 кВ для сверхдальних расстояний. Такие ВЛ связывают между собой отдельные энергетические системы.
• ЛЭП магистрального назначения (220,0-330,0 кВ). При помощи таких линий осуществляется передача электричества, вырабатываемого на мощных ГЭС, тепловых и атомных электростанциях, а также их объединения в единую энергосистему.
• ЛЭП 35-150 кВ относятся к распределительным. Они служат для снабжения электроэнергией крупных промышленных площадок, подключения районных распределительных пунктов и т.д.
• ЛЭП с напряжением до 20,0 кВ, служат для подключения групп потребителей к электрической сети.

Способы передачи электроэнергии

Осуществить передачу электроэнергии можно двумя способами:

• Методом прямой передачи.
• Преобразуя электричество в другой вид энергии.

В первом случае электроэнергия передается по проводникам, в качестве которых выступает провод или токопроводящая среда. В воздушных и кабельных ЛЭП применяется именно этот метод передачи. Преобразование электричества в другой вид энергии открывает перспективы беспроводного снабжения потребителей. Это позволит отказаться от линий электропередач и, соответственно, от расходов, связанных с их монтажом и обслуживанием. Ниже представлены перспективные беспроводные технологии, над совершенствованием которых ведутся работы.

К сожалению, на текущий момент возможности транспортировки электричества беспроводным способом сильно ограничены, поэтому об эффективной альтернативе методу прямой передачи говорить пока рано. Исследовательские работы в этом направлении позволяют надеяться, что в ближайшее время решение будет найдено.

Схема передачи электроэнергии от электростанции до потребителя

Ниже на рисунке представлены типовые схемы, из которых первые две относятся к разомкнутому виду, остальные — к замкнутому. Разница между ними заключается в том, что разомкнутые конфигурации не являются резервированными, то есть, не имеют резервных линий, которые можно задействовать при критическом увеличении электрической нагрузки.

Обозначения:

1. Радиальная схема, на одном конце линии находится электростанция производящая энергию, на втором — потребитель или распределительное устройство.
2. Магистральный вариант радиальной схемы, отличие от предыдущего варианта заключается в наличии отводов между начальным и конечным пунктами передачи.
3. Магистральная схема с питанием на обоих концах ЛЭП.
4. Кольцевой тип конфигурации.
5. Магистраль с резервной линией (двойная магистраль).
6. Сложнозамкнутый вариант конфигурации. Подобные схемы применяются при подключении ответственных потребителей.

Теперь рассмотрим более подробно радиальную схему для передачи вырабатываемой электроэнергии по ЛЕП переменного и постоянного тока.

Обозначения:

1. Генератор, где вырабатывается я электроэнергия с синусоидальной характеристикой.
2. Подстанция с повышающим трехфазным трансформатором.
3. Подстанция с трансформатором, понижающим напряжение трехфазного переменного тока.
4. Отвод для передачи электироэнергии распределительному устройству.
5. Выпрямитель, то есть устройство преобразующее трехфазный переменный ток в постоянный.
6. Инверторный блок, его задача сформировать из постоянного напряжение синусоидальное.

Как видно из схемы (А), с источника энергии электричество подается на повышающий трансформатор, затем при помощи воздушных линий электропередач производится транспортировка электроэнергии на значительные расстояния. В конечной точке линия подключается к понижающему трансформатору и от него идет к распределителю.

Метод передачи электроэнергии в виде постоянного тока ( В на рис.6) от предыдущей схемы отличается наличием двух преобразовательных блоков (5 и 6).

Закрывая тему раздела, для наглядности приведем упрощенный вариант схемы городской сети.

Обозначения:

1. Электростанция, где электроэнергия производится.
2. Подстанция, повышающая напряжение, чтобы обеспечить высокую эффективность передачи электроэнергии на значительные расстояния.
3. ЛЭП с высоким напряжением (35,0-750,0 кВ).
4. Подстанция с понижающими функциями (на выходе 6,0-10,0 кВ).
5. Пункт распределения электроэнергии.
6. Питающие кабельные линии.
7. Центральная подстанция на промышленном объекте, служит для понижения напряжения до 0,40 кВ.
8. Радиальные или магистральные кабельные линии.
9. Вводный щит в цеховом помещении.
10. Районная распределительная подстанция.
11. Кабельная радиальная или магистральная линия.
12. Подстанция, понижающая напряжение до 0,40 кВ.
13. Вводный щит жилого дома, для подключения внутренней электрической сети.

Передача электроэнергии на дальние расстояния

Основная проблема, связанная с такой задачей – рост потерь с увеличением протяженности ЛЭП. Как уже упоминалось выше, для снижения энергозатрат на передачу электричества уменьшают силу тока путем увеличения напряжения. К сожалению, такой вариант решения порождает новые проблемы, одна из которых коронные разряды.

С точки зрения экономической целесообразности потери в ВЛ не должны превышать 10%. Ниже представлена таблица, в которой приводится максимальная протяженность линий, отвечающих условиям рентабельности.

Таблица 1. Максимальная протяженность ЛЭП с учетом рентабельности (не более 10% потерь)

Напряжение ВЛ (кВ)	Протяженность (км)
0,40	1,0
10,0	25,0
35,0	100,0
110,0	300,0
220,0	700,0
500,0	2300,0
1150,0*	4500,0*

* — на текущий момент ультравысоковольтная ВЛ переведена на работу с напряжением в половину от номинального (500,0 кВ).

Постоянный ток в качестве альтернативы

В качестве альтернативы электропередачи переменного тока на большое расстояние можно рассматривать ВЛ с постоянным напряжением. Такие ЛЭП обладают следующими преимуществами:

• Протяженность ВЛ не влияет на мощность, при этом ее максимальное значение существенно выше, чем у ЛЭП с переменным напряжением. То есть при увеличении потребления электроэнергии (до определенного предела) можно обойтись без модернизации.
• Статическую устойчивость можно не принимать во внимание.
• Нет необходимости синхронизировать по частоте связанные энергосистемы.
• Можно организовать передачу электроэнергии по двухпроводной или однопроводной линии, что существенно упрощает конструкцию.
• Меньшее влияние электромагнитных волн на средства связи.
• Практически отсутствует генерация реактивной мощности.

Несмотря на перечисленные способности ЛЭП постоянного тока, такие линии не получили широкого распространения. В первую очередь это связано с высокой стоимостью оборудования, необходимого для преобразования синусоидального напряжения в постоянное. Генераторы постоянного тока практически не применяются, за исключением электростанций на солнечных батареях.

С инверсией (процесс полностью противоположный выпрямлению) также не все просто, необходимо допиться качественных синусоидальных характеристик, что существенно увеличивает стоимость оборудования. Помимо этого следует учитывать проблемы с организацией отбора мощности и низкую рентабельность при протяженности ВЛ менее 1000-1500 км.

Кратко о свехпроводимости.

Сопротивление проводов можно существенно снизить, охладив их до сверхнизких температур. Это позволило бы вывести эффективность передачи электроэнергии на качественно новый уровень и увеличить протяженность линий для использования электроэнергии на большом удалении от места ее производства. К сожалению, доступные на сегодняшний день технологии не могут позволить использования сверхпроводимости для этих целей ввиду экономической нецелесообразности.

Список использованной литературы

• Герасименко А.А. Федин И.Т. «Передача и распределение электрической энергии» 2008
• Веникова В.А. «Электрические системы. Режимы работы электрических систем и сетей» 1998
• Дубинский, Г. Н. «Наладка устройств электроснабжения напряжением выше 1000В» 2014
• А. Куско, М. Томпсон «Сети электроснабжения. Методы и средства обеспечения качества энергии» 2012

Передача постоянного тока в электроэнергетике

Развитие новых технологий и материалов (которые обладают все лучшими механическими и электрическими свойствами и более экологичны), технико-экономическое и социальное развитие стран (особенно Индии и Китая) и растущий спрос на электроэнергию, необходимость передачи энергии из более отдаленных и менее доступных населенных пунктов в мегаполисы в глобальном масштабе создают новые возможности для передачи постоянного тока.

Наибольшее распространение высоковольтных линий электропередачи постоянного тока (high-voltage direct current, HVDC) происходит в Китае, в котором процесс строительства энергосистемы сверхвысокого напряжения следует стратегии «сочетания переменного и постоянного тока».

Несколько новых проектов линий HVDC были реализованы за последние годы, а другие находятся в стадии строительства или только проектируются. В ближайшее время планируется построить несколько новых линий постоянного тока напряжением ±1100 кВ.

Линия электропередачи UHVDC ± 1100 кВ Синьцзян Чанцзи-Аньхой Гуцюань в Китае (UHVDC — линия электропередачи постоянного тока сверхвысокого напряжения)

Для передачи электроэнергии на большие расстояния (свыше 500 км по воздушным линиям и более 50 км по подводным кабелям) более выгодна передача электроэнергии на постоянном токе.

В зависимости от напряжения и конструктивных характеристик потери энергии при передаче постоянного тока оцениваются в 3,5% на 1000 км, что значительно меньше по сравнению с передачей переменного тока.

Для линий электропередач постоянного тока требуется меньше проводников, потому что нет необходимости в трехфазной системе.

Системы постоянного тока могут использовать более тонкие провода, потому что в них отсутствует скин-эффект.

Эти факторы значительно снижают стоимость передачи электроэнергии.

Принцип прямой передачи заключается в преобразовании переменного тока в постоянный, передаче прямой энергии на большие расстояния и обратном преобразовании в переменный ток. Преобразование энергии осуществляется на преобразовательных станциях.

Перед передачей по воздушной или кабельной линии ток проходит через выпрямитель, а после передачи через инвертор на стороне потребителя, который преобразует постоянный ток в переменный.

В настоящее время и выпрямитель, и инвертор чаще всего представляют собой одну и ту же полупроводниковую преобразовательную систему, которая может работать в обоих режимах в зависимости от направления передаваемой энергии.

Устройство преобразовательных подстанций

Трансформатор преобразователя используется для увеличения напряжения до входного значения преобразователя.

12-импульсный преобразователь должен питаться от двух трехфазных вводов с разницей фаз 30 или 150°. Это снижает содержание низкогармонических составляющих напряжения, особенно 5-й и 7-й гармоник.

Преобразовательный трансформатор также выполняет функцию гальванической развязки систем постоянного и переменного тока, а также реактивного сопротивления в цепи переменного тока для ограничения токов короткого замыкания.

Трансформаторы должны быть специально разработаны для нужд HVDC с учетом повышенных нагрузок на изоляцию постоянным напряжением и прохождения высших гармонических составляющих тока.

Преобразовательная подстанция HVDC

Сегодня можно выделить два основных типа преобразователей — старые LCC (преобразователи с линейной коммутацией) и современные VSC (преобразователи с источником напряжения) — в зависимости от типа используемых компонентов.

Однако обычно 12-импульсный преобразователь обычно состоит из двух 6-импульсных мостовых преобразователей, соединенных последовательно.

LCC представляют собой полупроводниковые преобразователи, использующие в основном тиристоры. Такие элементы можно просто перевести в проводящее состояние, но для перехода в непроводящее состояние им требуется переполюсовка в сети переменного тока, к которой они подключены.

Эта технология также называется CSC (current source convertors), потому что преобразователи действуют как источники тока. Ток всегда течет по линии в одном направлении, а для изменения потока мощности используется изменение полярности напряжения в обоих оконечных трансформаторах. Эта технология занимает много места и поэтому подходит для наземных применений для передачи больших потоков мощности.

В технологии VSC используются транзисторы (IGBT). Эти полупроводниковые компоненты можно включать и выключать. Таким образом, преобразователи не зависят от коммутации с подключенной сетью переменного тока, и элементы могут переключаться с во много раз большей частотой, но это приводит к более высоким потерям.

Возможность управляемого отключения полупроводников дает возможность контролировать потребление реактивной энергии, а инвертор также способен подавать реактивную мощность в сеть переменного тока. Эта технология также известна под коммерческими названиями HVDC Light® от ABB и HVDC Plus® от Siemens.

Подстанции, использующие эту технологию, обеспечивают экономию до половины размера по сравнению со старой технологией LCC. Благодаря своей менее требовательной природе он подходит для строительства в открытом море.

Примеры линий HVDC

Вид с воздуха на преобразовательную подстанцию ​​UHVDC ±1100 кВ

Номинальная пропускная способность проекта передачи постоянного тока UHVDC Changji-Guquan ± 1100 кВ составляет 12 миллионов киловатт. Этот проект также является первым в мире случаем, когда напряжение постоянного тока было увеличено до ± 1100 кВ, а общая длина линии составляет 3324 километра.

Развитие передач HVDC может привести к взаимосвязи нескольких энергосистем. Результатом будет балансировка диаграммы нагрузки (она выражает ход потребления, соответствующего производства электроэнергии за определенный контролируемый период, всегда должен обеспечиваться баланс между производством и потреблением электроэнергии).

Если бы, например, можно было реализовать международную электроэнергетическую систему, протянувшуюся от Японии до Великобритании, диаграммы потребления отдельных районов почти выровнялись бы из-за сдвига во времени. Однако политические изменения и различия в оборудовании западно- и восточноевропейских сетей пока не позволяют этого сделать.

В настоящее время линии постоянного тока HVDC постепенно соединяют восточноевропейские страны с электрическими сетями Европейского сообщества.

Одна из линий электропередачи постоянного тока

В дальнейшем планируется построить несколько линий высокого напряжения постоянного тока для подачи электроэнергии в Европу от ветряных электростанций в Северном и Балтийском морях и от гидроэлектростанций в странах Северной Европы.

Также планируется межконтинентальное соединение Европа-Африка с множеством ветряных электростанций в странах Северной Европы и солнечными тепловыми электростанциями в Африке.

Недостатком этих межконтинентальных соединений является определенная зависимость стран от электроэнергии с другого континента, что влечет за собой проблему надежности передачи в случае возможных политических конфликтов или террористических атак. Пока работа над этими планами остановлена.

Дальнейшее развитие передач HVDC приводит к постоянному увеличению напряжения передачи и передаваемой мощности, к реализации передачи на большие расстояния. В не очень ближайшем будущем всемирное объединение электрических систем со значительным вкладом в передачу линий HVDC, безусловно, будет успешным.

• Элементы и коммуникационные технологии для построения Умного города
• 10 известных людей, которые когда-то работали электриками
• История освещения Эрмитажа в 1886 — 1888 годах

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные факты

Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика

Поделитесь этой статьей с друзьями: