Stejnosměrné elektrické vodiče

Výhody stejnosměrných přenosových vedení jsou následující:

1. Limit přenášeného výkonu podél vedení nezávisí na jeho délce a je mnohem větší než u vedení střídavého proudu;

2. Koncepce meze statické stability charakteristické pro venkovní střídavá přenosová vedení je vyloučena;

3. Elektrické systémy propojené nadzemním vedením se stejnosměrným proudem mohou pracovat asynchronně nebo s různými frekvencemi;

4. Jsou vyžadovány pouze dva vodiče místo tří, nebo dokonce jeden, pokud použijete zem jako druhý.

Na Obr. 1. představený bipolární stejnosměrný přenosový obvod ("Dva póly - zem").

Na tomto obrázku UD a UZ, konvertorové (usměrňovač a střídač) rozvodny; L – tlumivka nebo filtr pro snížení vlivu vysokých harmonických, zvlnění napětí a nouzových proudů; rl je odpor vedení; G, T — generátory a transformátory.

Výroba a spotřeba elektřiny se provádí na střídavý proud.

Obr. 1. Stejnosměrný přenosový obvod v nouzovém režimu

Hlavní prvky trvalé linky:

1.Řízené vysokonapěťové usměrňovače, ze kterých je sestaven obvod měnírny.

2. Řízené vysokonapěťové střídače, ze kterých je také sestaven obvod měnírny.

Schéma střídačové rozvodny se zásadně neliší od schématu usměrňovací rozvodny, protože usměrňovače jsou reverzibilní. Jediný rozdíl je v tom, že na rozvodně střídače musí být instalována kompenzační zařízení, kondenzátory nebo synchronní kompenzátory, aby střídači získaly jalový výkon, který je asi 50 ... 60 % přenášeného činného výkonu.

Středy dvou měníren v bipolárním přenosu jsou uzemněny a póly jsou izolovány.

Pólové napětí UP se rovná napětí mezi pólem a zemí. Například při přenosu energie Volgograd-Donbass je napětí na sloupu k zemi +400 kV a napětí na druhém sloupu je 400 kV. Napětí Ud mezi póly 800 kV. Převod lze rozdělit na dva nezávislé polookruhy. V normálním režimu, se stejnými body v polovičních obvodech, je proud skrz zemi blízko nule. Oba přenosové polookruhy mohou pracovat autonomně a při poruše jednoho pólu lze polovinu výkonu přenést přes druhý pól s návratem přes zemi.

V případě jednopólové nebo jednopólové poruchy může druhý poloobvod pracovat na jednopólovém obvodu.

Rýže. 2. Schéma přenosu stejnosměrného proudu v nouzovém režimu

U jednopólového přenosu je jeden pól uzemněn a jeden vodič je izolován od země. Druhý vodič je buď uzemněn na obou stranách převodovky, nebo chybí.Takto uzemněný druhý vodič se používá v případech, kdy je použití proudu v zemi nepřijatelné (například při vjezdu do velkých měst). Unipolární přenosový obvod může být zpravidla tvořen jedním vodičem a zemí a bipolární může být tvořen dvěma vodiči. Zkušenosti s dlouhodobým přenosem stejnosměrného proudu zemí až do 1200 A.

Unipolární obvody se používají k přenosu malých výkonů do 100 … 200 MW na krátké vzdálenosti. Doporučuje se přenášet velké výkony na velké vzdálenosti pomocí bipolárních obvodů.

Konvertorové rozvodny vzhledem ke složitému a drahému vybavení výrazně prodražují stejnosměrný přenos.Samotné stejnosměrné vedení je přitom levnější než střídavé, kvůli menšímu počtu vodičů, izolátorů, armatur a lehčích podpěr.

Schopnost přenosu energie trvalého vedení je dána hodnotou a rozdílem napětí na koncích vedení, je omezena činnými odpory vedení a koncových zařízení a také výkonem měníren.

Únosnost stejnosměrného vedení je mnohem vyšší než u střídavého vedení.

Celkový výkon bipolárního přenosu vedení Volgograd-Donbass s napětím Ud = 800 kV je 720 MW. Největší světová linka Ekibastuz — Center byla uvedena do provozu s UP = ± 750 kV, napětím mezi sloupy Ud = 1500 kV a délkou 2500 km. Výkon lze zvýšit až na 6000 MW.

Hlavní oblastí použití stejnosměrných vedení je přenos velkého výkonu na velké vzdálenosti. Speciální vlastnosti těchto linek však umožňují jejich úspěšné použití i v jiných případech.Vedení stejnosměrného proudu je například účinné, když je potřeba překonat mořské úžiny, stejně jako propojit asynchronní systémy nebo systémy pracující na různých frekvencích (tzv. DC spojení).

Vedle vedení stejnosměrného proudu vysokého a velmi vysokého napětí se ve vojenských záležitostech používají také vedení stejnosměrného proudu nízkého a středního napětí.

Běžná jsou tato napětí: nízké napětí — 6, 12, 24, 36,48, 60 voltů, střední napětí — 110, 220, 400 voltů.

Pro všechna napětí mají DC vedení následující výhody:

1. Nevyžadují výpočet stability.

2. Napětí v takových vedeních je rovnoměrnější, protože v ustáleném stavu nevytvářejí jalový výkon.

3. Konstrukce vedení stejnosměrného proudu jsou jednodušší než vedení střídavého: méně řetězců izolátorů, menší spotřeba kovu.

4. Směr toku energie lze obrátit (reverzibilní vedení).

Nevýhody:

1. Potřeba vybudovat složité koncové rozvodny s velkým počtem měničů napětí a pomocných zařízení. Je známo, že usměrňovače a střídače výrazně zkreslují průběh napětí na straně střídavého proudu. Proto je nutné instalovat výkonná vyhlazovací zařízení, která výrazně snižují spolehlivost.

2. Výběr napájení ze stejnosměrného vedení je stále obtížný.

3. U vedení stejnosměrného proudu je požadováno, aby polarita a napětí na obou koncích byly před zapnutím přibližně stejné.

Je tedy možné usoudit, že vzhledem k vysokým nákladům na k0 (obr.3), výstavba elektrických vedení se stejnosměrným proudem (křivka 2) se stává ekonomicky proveditelná pouze na velké vzdálenosti rovnající se asi 1000 ... 1200 km (bod m).

Rýže. 3. Závislost kapitálových nákladů k na délce vedení l pro střídavý proud — 1 a pro stejnosměrný proud — 2

I. I. Meshterjakov