XV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2023

Введение

Одной из важнейших задач в энергетике является снижение потерь при передаче электрического тока на большие расстояния. Для чего следует выбрать наиболее подходящий вариант сети электропередачи, постоянного или переменного тока. В данной статье мы постараемся обозреть плюсы и минусы обоих вариантов.

Основная часть

Рассмотрим высоковольтные линии (ВЛ) переменного тока.

Главным плюсов ВЛ переменного тока является простота и дешевизна трансформирования электроэнергии, что позволяет снизить потери при передаче на дистанции. Также к плюсам переменного тока можно отнести его распространенность и наличие готовой инфраструктуры для него.

К недостаткам линий электропередач (ЛЭП) переменного тока, в первую очередь, стоит отнести большие потери напряжения на дистанции, в сравнении с линиями постоянного тока. Сравнение потерь напряжения можно увидеть на графике рис 1.

Теперь рассмотрим преимущества высоковольтных линий электропередач постоянного тока (HVDC). Основным преимуществом высоковольтных ЛЭП постоянного тока является возможность передавать большие объёмы электроэнергии на большие расстояния с меньшими потерями, чем у ЛЭП переменного тока. В зависимости от напряжения линии и способа преобразования тока потери могут быть снижены до 3 % на 1000 км. В системах HVDC это достигается, за счет отсутствия потерь на реактивную мощность в кабелях большого сечения, имеющих довольно высокую емкость. Передача энергии по ВЛпостоянного тока позволяет эффективно использовать источники электроэнергии, удалённые от энергоузлов нагрузки. В системах HVDC, возможно использование более тонких проводников, за счет того, что проводники в такой системе не подвержен поверхностному эффекту. Также системы постоянного тока не требуют синхронизации между собой, при соединении нескольких независимых систем в одну, в отличие от переменного тока. Таким образом, в ряде случаев, HVDC сети имеют преимущество, перед более привычными нам сетями переменного тока.

Например:

Передача электроэнергии по кабелю, имеющему большое сечение, например подводному ( 250-км линия Baltic Cable ).

Передача электроэнергии от энергоизбыточных регионов в энергодифицитные, находящиеся на значительном удалении (ЛЭП-1150 Экибастуз-Центр, которая планировалась в СССР и была частично введена в эксплуатацию ).

При необходимости увеличения пропускной способности уже существующей энергосистемы, при невозможности или дороговизне установки дополнительных ЛЭП переменного токаю.

Передача и стабилизация электроэнергии между несинхронизированными энергосистемами переменного тока.

Присоединение удаленных электростанций к энергосетям.

Если требуется уменьшить стоимость линий, за счет уменьшения количества проводов и уменьшения их размера.

При передаче электроэнергии между сетями переменного тока, использующих разные стандарты напряжений и частоты.

При синхронизации с сетями переменного тока, производимого возобновляемыми источниками энергии («Силовой шелковый путь», недавно запущенной в эксплуатацию в Китае ).

Говоря о ВЛ постоянного тока, следует указать и на их недостатки. Основным недостатком ЛЭП HVDC является необходимость преобразования постоянного тока в переменный и обратно. Используемые для этого устройства требуют дорогостоящих запасных частей, так как, фактически, являются уникальными для каждой линии. Преобразователи тока дороги, и имеют ограниченную перегрузочную способность. На малых расстояниях потери в преобразователях могут быть больше, чем в аналогичной по мощности ЛЭП переменного тока. Так же затруднено создание мультитерминальных ЛЭП постоянного тока.

Таким образом существует понятие критической длины линии. Это длина, при которой суммарная стоимость решений на постоянном и переменном токе одинакова. При длине линии больше критической экономически выгоднее строить ЛЭП HVDC. По данным Всероссийского электротехнического института (ВЭИ), критическая длина воздушной линии, в зависимости от передаваемой мощности и конкретных географических условий, составляет 600-800 км, кабельной — 30-50 км. Графики критической длинны представленный на рис. 2 и рис. 3.

Рис. 2 график критической длинный для кабельной линии

Рис. 3 график критической длинны для воздушной линии

Заключение

Исходя из всего вышесказанного, можем придти к выводу, что для эффективной передачи электроэнергии, следует выбирать тип линии электропередач, исходя в первую очередь из протяженности линии. Для линий большой длинны следует выбирать линии постоянного тока. Тогда как при малых и средних дистанция передачи, более выгодными окажутся линии переменного тока. Дополнительно «вставки» постоянного тока можно применять для соединения в одну энергосеть двух не связанных сетей, без их синхронизации. Или связывания двух сетей переменного тока, с разными параметрами напряжения и часты.

Список литературы

ABB HVDC (www.abb.com/hvdcот 13 августа 2009 наWayback Machine website)

ABB Asea Brown Boveri (23 октября 2008)

The Corsican tapping: from design to commissioning tests of the third terminal of the Sardinia-Corsica-Italy HVDC Billon, V.C.; Taisne, J.P.; Arcidiacono, V.; Mazzoldi, F.; Power Delivery, IEEE Transactions on Volume 4, Issue 1, Jan. 1989

«О состоянии и перспективах развития ВЛ постоянного тока в России» Владимирский Л. Л.

« Плюс и минус: Чем удобна передача постоянного тока» Батырь А.

«СРАВНЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ПРИМЕРЕ ЛЭП ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОГО ТОКА» Шклярский Я.Э. , Соловьев С.В.