Електрически проводници с постоянен ток

Предимствата на преносните линии с постоянен ток са следните:

1. Границата на предаваната мощност по линията не зависи от нейната дължина и е много по -голяма от тази на променливотоковите електропроводи;

2. Премахва се концепцията за граница на статична стабилност, характерна за въздушните AC преносни линии;

3. Електрическите системи, свързани въздушни преносни линии с постоянен ток могат да работят асинхронно или с различни честоти;

4. Изискват се само два проводника вместо три, или дори един, ако използвате земята като втори.

На фиг. 1. представен биполярна DC предавателна верига(«Два полюса — земя»).

На тази фигура UD и UZ, преобразуващи (токоизправител и инвеститор) подстанции; L — реактор или филтър за намаляване на влиянието на високи хармоници, пулсации на напрежението и аварийни токове; rl е съпротивлението на линията; G, T — генератори и трансформатори.

Генерирането и потреблението на електроенергия се извършва на променлив ток.

Фиг. 1. Предавателна верига с постоянен ток в авариен режим

Основните елементи на постоянната линия:

1. Контролирани токоизправители с високо напрежение, от които е сглобена веригата на преобразувателната подстанция.

2. Контролирани инвертори с високо напрежение, от които също се сглобява веригата на преобразувателната подстанция.

Схемата на инверторната подстанция не се различава коренно от схемата на подстанцията на токоизправителя, тъй като токоизправителите са обратими. Единствената разлика е, че компенсаторните устройства, кондензаторите или синхронните компенсатори трябва да бъдат инсталирани на инверторната подстанция, за да осигурят на инверторите реактивна мощност, която е около 50 … 60% от предаваната активна мощност.

Средните точки на двете конверторни станции в биполярното предаване са заземени и полюсите са изолирани.

Полюсното напрежение UP е равно на напрежението между полюса и земята. Например при предаването на енергия Волгоград-Донбас напрежението на полюса спрямо земята е +400 kV, а напрежението на втория полюс е 400 kV. Напрежение Ud между полюсите 800 kV. Трансмисията може да бъде разделена на две независими полувериги. В нормален режим, с равни точки в полусхемите, токът през земята е близо до нула. И двете трансмисионни полусхеми могат да работят автономно и в случай на авария на един полюс, половината от мощността може да бъде предадена през другия полюс с връщане през земята.

В случай на авария с един полюс или една полукръга, втората полуверига може да работи по еднополюсна схема.

Ориз. 2. Схема на предаване на постоянен ток в авариен режим

При еднополюсно предаване един от полюсите е заземен и има един проводник, изолиран от земята. Вторият проводник е или заземен от двете страни на предаването, или липсва. Такъв заземен втори проводник се използва в случаите, когато използването на ток в земята е неприемливо (например при влизане в големи градове). По правило една еднополюсна предавателна верига може да се състои от един проводник и земя, а биполярна може да се състои от два проводника. Опитът на дългосрочно предаване на постоянен ток през земята до 1200 А.

Униполярни схеми се използват за предаване на малки мощности до 100 … 200 MW на къси разстояния. Препоръчително е да се предават големи мощности на дълги разстояния с помощта на биполярни схеми.

Конверторните подстанции, поради сложното и скъпо оборудване, значително увеличават разходите за DC предаване.В същото време, самата DC линия е по -евтина от AC, поради по -малко проводници, изолатори, фитинги и по -леки опори.

Капацитетът на пренос на енергия на постоянната линия се определя от стойността и разликата в напрежението в краищата на линията, тя е ограничена от активните съпротивления на линиите и крайните устройства, както и от мощността на преобразувателните подстанции.

Носещата мощност на постоянната линия е много по -висока от тази на променливотоковата линия.

Общата мощност на биполярното предаване на линията Волгоград-Донбас с напрежение Ud = 800 kV е 720 MW. Най -голямата в света линия Екибастуз — Център беше пусната в експлоатация с UP = ± 750 kV, напрежение между полюсите Ud = 1500 kV и дължина 2500 км. Капацитетът на мощността може да бъде увеличен до 6000 MW.

Основната област на приложение на линиите с постоянен ток е предаването на голяма мощност на дълги разстояния. Специалните свойства на тези линии обаче позволяват да се използват успешно и в други случаи. Например линиите с постоянен ток са ефективни, когато е необходимо да се преминават морски проливи, както и да се свързват асинхронни системи или системи, работещи на различни честоти (т.нар. DC връзки).

Наред с линиите за постоянен ток с високо и свръхвисоко напрежение, линиите с постоянен ток с ниско и средно напрежение се използват и във военните дела.

Разпространени са следните напрежения: ниско напрежение — 6, 12, 24, 36.48, 60 волта, средно напрежение — 110, 220, 400 волта.

За всички напрежения DC линиите имат следните предимства:

1. Те ​​не изискват изчисление за стабилност.

2. Напрежението в такива линии е по -равномерно, тъй като в стационарно състояние те не генерират реактивна мощност.

3. Конструкциите на линии с постоянен ток са по -прости от променливите: по -малко струни изолатори, по -малък разход на метал.

4. Посоката на потока на мощността може да се променя (реверсивни линии).

Недостатъци:

1. Необходимостта от изграждане на сложни терминални подстанции с голям брой преобразуватели на напрежение и спомагателно оборудване. Известно е, че токоизправителите и инверторите значително изкривяват формата на вълната на напрежението от променливотоковата страна. Поради това е необходимо да се инсталират мощни изглаждащи устройства, което значително намалява надеждността.

2. Изборът на мощност от линията с постоянен ток все още е труден.

3. В линиите с постоянен ток се изисква преди включването полярността и напрежението в двата края да са приблизително еднакви.

По този начин е възможно да се заключи, че поради високите разходи за k0 (фиг. 3), изграждането на електропроводи с постоянен ток (крива 2) става икономически осъществимо само на големи разстояния, равни на около 1000 … 1200 km (точка м).

Ориз. 3. Зависимостта на капиталовите разходи k от дължината на линията l за променлив ток — 1 и за постоянен ток — 2

И. И. Мещеряков