Elektrické vodiče jednosmerného prúdu

Výhody jednosmerných prenosových vedení sú nasledovné:

1. Hranica prenášaného výkonu pozdĺž vedenia nezávisí od jeho dĺžky a je oveľa väčšia ako pri vedení striedavého prúdu;

2. Koncepcia limitu statickej stability charakteristického pre nadzemné prenosové vedenia striedavého prúdu je eliminovaná;

3. Elektrické systémy pripojené nadzemné prenosové vedenia s jednosmerným prúdom môžu pracovať asynchrónne alebo s rôznymi frekvenciami;

4. Vyžadujú sa iba dva vodiče namiesto troch, alebo dokonca jeden, ak použijete zem ako druhý.

Na obr. 1. prezentovaný bipolárny jednosmerný prenosový obvod ("Dva póly - zem").

Na tomto obrázku UD a UZ, konvertorové (usmerňovacie a invertorové) rozvodne; L – reaktor alebo filter na zníženie vplyvu vysokých harmonických, zvlnenia napätia a núdzových prúdov; rl je odpor vedenia; G, T — generátory a transformátory.

Výroba a spotreba elektrickej energie sa vykonáva na striedavý prúd.

Obr. 1. DC prenosový obvod v núdzovom režime

Hlavné prvky stálej línie:

1.Riadené vysokonapäťové usmerňovače, z ktorých je zostavený obvod rozvodne meniča.

2. Riadené striedače vysokého napätia, z ktorých je zostavený aj obvod meniacej stanice.

Schéma invertorovej rozvodne sa zásadne nelíši od schémy usmerňovacej rozvodne, keďže usmerňovače sú reverzibilné. Jediný rozdiel je v tom, že kompenzačné zariadenia, kondenzátory alebo synchrónne kompenzátory musia byť inštalované na striedačovej stanici, aby zabezpečili meničom jalový výkon, ktorý je asi 50 ... 60% prenášaného činného výkonu.

Stredové body dvoch konvertorových staníc v bipolárnom prenose sú uzemnené a póly sú izolované.

Pólové napätie UP sa rovná napätiu medzi pólmi a zemou. Napríklad pri prenose energie Volgograd-Donbass je napätie na póle k zemi +400 kV a napätie na druhom póle je 400 kV. Napätie Ud medzi pólmi 800 kV. Prevodovku je možné rozdeliť na dva nezávislé polovičné okruhy. V normálnom režime s rovnakými bodmi v polovičných obvodoch je prúd cez zem blízky nule. Obidva prenosové polovičné obvody môžu pracovať autonómne a v prípade poruchy jedného pólu je možné polovicu výkonu preniesť cez druhý pól so spätným chodom cez zem.

V prípade jednopólovej alebo jednopolobvodovej poruchy môže druhý polovičný obvod pracovať na jednopólovom obvode.

Ryža. 2. Schéma prenosu jednosmerného prúdu v núdzovom režime

Pri jednopólovom prenose je jeden pól uzemnený a jeden vodič je izolovaný od zeme. Druhý vodič je buď uzemnený na oboch stranách prevodovky, alebo chýba.Takýto uzemnený druhý vodič sa používa v prípadoch, keď je použitie prúdu v zemi neprijateľné (napríklad pri vstupe do veľkých miest). Unipolárny prenosový obvod môže spravidla pozostávať z jedného vodiča a uzemnenia a bipolárny môže pozostávať z dvoch vodičov. Skúsenosti s dlhodobým prenosom jednosmerného prúdu cez zem až do 1200 A.

Unipolárne obvody sa používajú na prenos malých výkonov do 100 … 200 MW na krátke vzdialenosti. Odporúča sa prenášať veľké výkony na veľké vzdialenosti pomocou bipolárnych obvodov.

Konvertorové rozvodne z dôvodu zložitého a drahého vybavenia výrazne zvyšujú náklady na jednosmerný prenos. Zároveň je samotné vedenie jednosmerného prúdu lacnejšie ako striedavé, kvôli menšiemu počtu vodičov, izolátorov, armatúr a ľahších podpier.

Schopnosť prenosu energie stáleho vedenia je určená hodnotou a rozdielom napätia na koncoch vedenia, je limitovaná aktívnymi odpormi vedení a koncových zariadení, ako aj výkonom prevádzacích staníc.

Únosnosť jednosmerného vedenia je oveľa vyššia ako u vedenia striedavého prúdu.

Celkový výkon bipolárneho prenosu vedenia Volgograd-Donbass s napätím Ud = 800 kV je 720 MW. Najväčšia trať sveta Ekibastuz — Center bola uvedená do prevádzky s UP = ± 750 kV, napätím medzi pólmi Ud = 1500 kV a dĺžkou 2500 km. Výkon je možné zvýšiť až na 6000 MW.

Hlavnou oblasťou použitia jednosmerných vedení je prenos veľkého výkonu na veľké vzdialenosti. Špeciálne vlastnosti týchto vlascov však umožňujú ich úspešné využitie aj v iných prípadoch.Napríklad vedenia jednosmerného prúdu sú účinné, keď je potrebné prekonať morské úžiny, ako aj spojiť asynchrónne systémy alebo systémy pracujúce na rôznych frekvenciách (tzv. DC spojenia).

Vedľa jednosmerných vedení vysokého a veľmi vysokého napätia sa vo vojenských záležitostiach používajú aj vedenia nízkeho a stredného napätia jednosmerného prúdu.

Bežné sú tieto napätia: nízke napätie — 6, 12, 24, 36,48, 60 voltov, stredné napätie — 110, 220, 400 voltov.

Pre všetky napätia majú DC vedenia nasledujúce výhody:

1. Nevyžadujú výpočet stability.

2. Napätie v takýchto vedeniach je rovnomernejšie, pretože v ustálenom stave nevytvárajú jalový výkon.

3. Konštrukcie jednosmerných vedení sú jednoduchšie ako striedavé: menej reťazcov izolátorov, menšia spotreba kovu.

4. Smer toku energie je možné obrátiť (reverzibilné vedenia).

Nevýhody:

1. Potreba vybudovať zložité koncové rozvodne s veľkým počtom meničov napätia a pomocných zariadení. Je známe, že usmerňovače a meniče výrazne skresľujú priebeh napätia na strane striedavého prúdu. Preto je potrebné inštalovať výkonné vyhladzovacie zariadenia, čo výrazne znižuje spoľahlivosť.

2. Výber výkonu z jednosmerného vedenia je stále zložitý.

3. Pri vedení jednosmerného prúdu sa vyžaduje, aby polarita a napätie na oboch koncoch boli pred zapnutím približne rovnaké.

Je teda možné dospieť k záveru, že vzhľadom na vysoké náklady na k0 (obr.3), výstavba elektrických vedení s jednosmerným prúdom (krivka 2) sa stáva ekonomicky uskutočniteľnou len na veľké vzdialenosti rovnajúce sa asi 1000 ... 1200 km (bod m).

Ryža. 3. Závislosť kapitálových nákladov k od dĺžky vedenia l pre striedavý prúd — 1 a pre jednosmerný prúd — 2

I. I. Mešteryakov