Przewody elektryczne prądu stałego
Zalety linii przesyłowych prądu stałego są następujące:
1. Granica mocy przesyłanej wzdłuż linii nie zależy od jej długości i jest znacznie większa niż w przypadku linii elektroenergetycznych prądu przemiennego;
2. Wyeliminowano koncepcję granicy stabilności statycznej charakterystycznej dla napowietrznych linii przesyłowych prądu przemiennego;
3. Instalacje elektryczne połączone napowietrznymi liniami przesyłowymi z prądem stałym mogą pracować asynchronicznie lub z różnymi częstotliwościami;
4. Potrzebne są tylko dwa przewody zamiast trzech, a nawet jeden, jeśli jako drugi wykorzystasz uziemienie.
na ryc. 1. przedstawiono bipolarny obwód przesyłu prądu stałego ("Dwa bieguny - masa").
Na tym rysunku UD i UZ, podstacje przekształtnikowe (prostownik i falownik); L — dławik lub filtr zmniejszający wpływ wysokich harmonicznych, tętnień napięcia i prądów awaryjnych; rl to rezystancja linii; G, T — generatory i transformatory.
Wytwarzanie i zużycie energii elektrycznej odbywa się na prądzie przemiennym.
Figa. 1. Obwód transmisji prądu stałego w trybie awaryjnym
Główne elementy linii stałej:
1.Sterowane prostowniki wysokiego napięcia, z których montowany jest obwód podstacji przekształtnikowej.
2. Sterowane falowniki wysokiego napięcia, z których montowany jest również obwód podstacji przekształtnikowej.
Schemat podstacji falownika zasadniczo nie różni się od schematu podstacji prostownikowej, ponieważ prostowniki są odwracalne. Jedyną różnicą jest to, że w podstacji falownikowej muszą być zainstalowane urządzenia kompensujące, kondensatory lub kompensatory synchroniczne, aby zapewnić falownikom moc bierną, która stanowi około 50 ... 60% przesyłanej mocy czynnej.
Punkty środkowe dwóch stacji przekształtnikowych w transmisji bipolarnej są uziemione, a bieguny izolowane.
Napięcie na biegunie UP jest równe napięciu bieguna do ziemi. Na przykład w systemie przesyłowym Wołgograd-Donbas napięcie bieguna do ziemi wynosi +400 kV, a napięcie drugiego bieguna wynosi 400 kV. Napięcie Ud między biegunami 800 kV. Transmisję można podzielić na dwa niezależne półobwody. W trybie normalnym, przy równych punktach w półobwodach, prąd płynący przez ziemię jest bliski zeru. Oba półobwody transmisyjne mogą pracować autonomicznie iw przypadku awarii jednego bieguna połowa mocy może być przekazana drugim biegunem z powrotem do ziemi.
W przypadku zwarcia jednobiegunowego lub jednobiegunowego, drugie półobwody mogą pracować na obwodzie jednobiegunowym.
Ryż. 2. Schemat transmisji prądu stałego w trybie awaryjnym
W transmisji jednobiegunowej jeden biegun jest uziemiony, a jeden przewód jest izolowany od ziemi. Drugi przewód jest albo uziemiony po obu stronach przekładni, albo go brakuje.Taki uziemiony drugi przewód stosuje się w przypadkach, gdy wykorzystanie prądu w ziemi jest niedopuszczalne (na przykład przy wjeździe do dużych miast). Z reguły jednobiegunowy obwód transmisyjny może składać się z jednego przewodu i masy, a dwubiegunowy może składać się z dwóch przewodów. Doświadczenie w długotrwałym przesyłaniu prądu stałego przez ziemię do 1200 A.
Obwody unipolarne służą do przesyłania małych mocy do 100…200 MW na krótkie odległości. Zaleca się przesyłanie dużych mocy na duże odległości za pomocą obwodów bipolarnych.
Podstacje przekształtnikowe, ze względu na skomplikowane i drogie wyposażenie, znacznie podnoszą koszty przesyłu prądu stałego.Jednocześnie sama linia prądu stałego jest tańsza od prądu przemiennego, ze względu na mniejszą liczbę przewodów, izolatorów, kształtek i lżejszych wsporników.
Zdolność przenoszenia energii linii stacjonarnej jest określona wartością i różnicą napięć na końcach linii, jest ograniczona rezystancjami czynnymi linii i urządzeń końcowych oraz mocą stacji przekształtnikowych.
Nośność linii prądu stałego jest znacznie wyższa niż linii prądu przemiennego.
Łączna moc bipolarnego przesyłu linii Wołgograd-Donbas o napięciu Ud = 800 kV wynosi 720 MW. Największa na świecie linia Ekibastuz — Centrum została oddana do eksploatacji z napięciem UP = ± 750 kV, napięciem międzysłupowym Ud = 1500 kV i długością 2500 km. Moc może zostać zwiększona do 6000 MW.
Głównym obszarem zastosowania linii prądu stałego jest przesył dużej mocy na duże odległości. Jednak szczególne właściwości tych linek pozwalają z powodzeniem stosować je również w innych przypadkach.Na przykład linie prądu stałego sprawdzają się, gdy konieczne jest przeprawa przez cieśniny morskie, a także połączenie systemów asynchronicznych lub pracujących na różnych częstotliwościach (tzw. połączenia DC).
Wraz z liniami prądu stałego wysokiego i ultra wysokiego napięcia w sprawach wojskowych wykorzystywane są również linie prądu stałego niskiego i średniego napięcia.
Typowe są następujące napięcia: niskie napięcie — 6, 12, 24, 36,48, 60 woltów, średnie napięcie — 110, 220, 400 woltów.
Dla wszystkich napięć linie prądu stałego mają następujące zalety:
1. Nie wymagają obliczeń stateczności.
2. Napięcie w takich liniach jest bardziej równomierne, ponieważ w stanie ustalonym nie generują one mocy biernej.
3. Konstrukcje linii prądu stałego są prostsze niż linii prądu przemiennego: mniej ciągów izolatorów, mniejsze zużycie metalu.
4. Kierunek przepływu mocy można odwrócić (linie odwracalne).
Niedogodności:
1. Konieczność budowy skomplikowanych stacji końcowych z dużą liczbą przekształtników napięcia i urządzeń pomocniczych. Wiadomo, że prostowniki i falowniki znacznie zniekształcają przebieg napięcia po stronie prądu przemiennego. Dlatego konieczne jest zainstalowanie potężnych urządzeń wygładzających, co znacznie zmniejsza niezawodność.
2. Dobór mocy z linii DC jest nadal trudny.
3. W liniach prądu stałego wymagane jest, aby przed włączeniem biegunowość i napięcie na obu końcach były w przybliżeniu takie same.
Można zatem stwierdzić, że ze względu na wysokie koszty k0 (rys.3), budowa linii elektroenergetycznych prądu stałego (krzywa 2) staje się ekonomicznie wykonalna dopiero na dużych odległościach równych około 1000 ... 1200 km (punkt m).
Ryż. 3. Zależność kosztów kapitałowych k od długości linii l dla prądu przemiennego — 1 i dla prądu stałego — 2
I. I. Meshteryakov