Высоковольтные кабельные линии постоянного тока

метки: Постоянный, Электропередача, Напряжение, Линия, Переменный, Кабель, Изоляция, Мощность

Особенности кабельных линий на переменном и постоянном токе

Как известно, в настоящее время для выработки электрической энергии, ее передачи на расстояние, распределения и потребления используется переменный ток. Это объясняется, прежде всего, способностью переменного тока к трансформации, т.е. изменению напряжения с помощью достаточно простых аппаратов—трансформаторов, а также и тем, что электродвигатели переменного тока по своей конструкции значительно проще и, следовательно, надежнее электродвигателей постоянного тока. Благодаря этому переменный ток используется везде и всюду, за исключением некоторых промышленных производств и электрического транспорта. И тем не менее, в последние десятилетия электроэнергетики разных стран все чаще применяют постоянный ток для решения ряда задач, в том числе связанных с передачей электрической энергии на расстояние.

Известно, что кабельные линии переменного тока имеют весьма ограниченную длину — не более 15—20 км. Это объясняется двумя основными причинами:

• большой зарядной мощностью, возникающей вследствие значительной емкости кабеля;
• высокой стоимостью кабеля.

Зарядная мощность приводит к дополнительному нагреву жил кабеля, вынуждая снижать полезную передаваемую мощность и ограничивать длину кабеля. В особенности это относится к высоковольтным кабельным линиям (110—500 кВ).

Поэтому кабельные линии переменного тока не могут быть использованы для передачи электроэнергии на достаточно большие расстояния.

В кабельной линии постоянного тока зарядная мощность отсутствует и не создает дополнительного нагрева кабеля. Поэтому кабельные линии постоянного тока могут сооружаться достаточно длинными (100—200 км, возможно и больше) и использоваться для решения задач, которые невозможно решить иными путями, например для пересечения больших водных пространств (морских проливов), ввода больших мощностей в центры крупных городов и др.

Кабели постоянного тока представляют интерес при передачи энергии на большие расстояния. В кабелях переменного тока при этом допустимая нагрузка значительно снижается из-за дополнительных потерь от емкостного тока и потерь в металлических частях конструкции кабеля. (где U — фазное напряжение, В; С — емкость кабелей, Ом;

• угловая частота, ;
• l- длина линии, м).

  У кабелей на U=220 и 500 кВ, соответственно и при длине линии в 30-40 км близок к максимально допустимому току кабеля.

Для подземных линий кабель постоянного тока составляется конкурентоспособным с кабелями переменного тока при его использовании на расстояние не менее 60 км. Он позволяет осуществлять регулировку мощности и обеспечивает ее постоянство (не позволяет ей резко увеличиваться) при коротком замыкании. При постоянном токе допустимая длина кабельной линии определяется, в основном, потерями в токопроводящей жиле.

Реферат воздушно кабельные линии

... на линиях напряжением 110—220 кВ также у металлических конструкций кабельных колодцев и подпиточных пунктов 1.6. Измерение токораспределения по одножильным кабелям К Неравномерность распределения токов на кабелях должна ... мощности и габаритов. Последнее определяется тем, что параметры таких установок зависят от тока утечки и изоляции КЛ, в то время как при использовании повышенного переменного ...

У реальных изоляционных материалов энергетическая проводимость

минимальна при постоянном токе. Омическое сопротивление изоляции для одножильного кабеля

МОм·км зависит только от геометрических размеров кабеля.

Электрическая прочность изоляции кабеля при постоянном напряжении из-за значительно меньшей интенсивности частичных разрядов существенно выше, чем при переменном. Например, распределение напряжения между слоями пропитанной бумаги и прочным составом при постоянном токе происходит не по емкостям (что имеет место при переменном напряжении), а по сопротивлениям. Поэтому при постоянном токе наиболее напряженной частью изоляции является пропитанная бумага, а не пленка масла, как на переменном напряжении, так как проводимость пропитанной бумаги в несколько раз меньше проводимости пропитывающего состава. Таким образом при постоянном токе на наиболее прочную часть изоляции — пропитанную бумагу приходятся и больше напряженности, в результате чего электрическая прочность изоляции при постоянном токе выше, чем при переменном. В соответствии с этим, например, провода с поливинилхлоридной изоляцией марок ПВ1, ППВ, АППВ используются в цепях переменного тока напряжением до 450 В, а в цепях постоянного тока — до 1000 В; кабели с пропитанной бумажной изоляцией на напряжение 35 кВ выдерживают испытания переменным напряжением 115 кВ, в постоянным — 320 кВ. В таблице 1 [1] приведены физические свойства и электрическая прочность некоторых кабельных бумаг. Для бумаги КВАУ-080 среднее пробивное напряжение на постоянном напряжении превышает аналогичное напряжение на переменном токе примерно в 2-4 раза.

Таблица 1 — Физические свойства и прочность кабельных бумаг

Марка бумаги	Объемная масса,	Воздухо- проницаемость, мл/мин	Напряжение
			Переменное, , кВ	Постоянное, , кВ	Импульсное, , кВ
КВМУ-080	1,13	2,1	86,6	211,0	270,2
КВМУ-120	1,11	3,6	97,5	224,7	243,0
КВМС-080	0,64	13,9	64,5	110,2	185,5
КВМС-120	0,65	23,3	69,5	165,8	167,4
КВМС-170	0,76	23,1	70,9	190,8	173,4

В статье дан обзор проекта прокладки маслонаполненного кабеля постоянного тока мощностью 1000 МВт на острове Хоккайдо (Япония).

При исследовании электрической прочности изоляции наблюдалась ее уменьшение со временем, примерно на 35% за секунд (как и при переменном напряжении).

Это объяснялось накоплением объемных зарядов и искажением под их влиянием распределения электрического поля. Влияние объемных зарядов увеличивалось с ростом температуры. Был сделан вывод о том, что старение изоляции под действием постоянного напряжения происходило значительно менее интенсивно, чем при переменном напряжении и что наиболее тяжелым режимом для изоляции является наложение импульсов, возникающих при перенапряжениях, на постоянное напряжение. Толщина изоляции была выбрана по импульсному уровню (1250 кВ) и составляла 21мм. При этом рабочая напряженность постоянного электрического поля кабеля СИП-2А, предназначенного для работы в сетях переменного напряжения, составляет около 0,7 МВ/м.

Наряду с маслонаполненными кабелями известны высоковольтные кабели постоянного тока с полиэтиленовой изоляцией. Применение полиэтилена обеспечивает простоту конструкции, монтажа и эксплуатации. По толщине изоляции кабель постоянного тока с полиэтиленовой изоляцией на 250кВ соответствует 154кВ кабелю переменного тока. Причем, усиление неоднородности распределения объемных зарядов у сшитого полиэтилена научились компенсировать введением минеральных наполнителей.

Исследования показали, что кабели с изоляцией из экструдированного полиэтилена можно использовать для напряжений до 400 кВ при средней рабочей напряженности 20-25 МВ/м и электрической прочности 120 МВ/м; толщина изоляции — около 12 мм.

Для кабельных линий постоянного тока могут быть использованы различные типы кабелей: кабели с бумажно-масляной изоляцией, кабели с маслом под давлением, кабели с газом под давлением. Как показывает опыт, для этой цели наиболее целесообразно применять кабели с бумажной изоляцией и вязкой пропиткой. Электрическая прочность такого кабеля много выше, чем кабеля переменного тока при той же толщине изоляции. Поэтому эти кабели и получили наибольшее применение при сооружении кабельных линий постоянного тока. В настоящее время создан кабель на напряжение 400 кВ и ток 1,25 кА. Наружный диаметр его равен 128 мм.

Поскольку кабельные линии на постоянном токе применяются в основном для пересечения водных преград, то одной из важных задач снижения стоимости и повышения надежности линии является возможно большее увеличение строительной длины кабеля с целью сокращения числа соединительных муфт, которые всегда являются источником повышенной опасности для кабеля. Для этой цели используются специальные судна-кабелеукладчики с горизонтальной катушкой большого диаметра, величина которого определяется шириной судна. На эту катушку непрерывно подается кабель с завода, расположенного в том же городе, где швартуется судно. Наибольшая длина кабельной линии, сооруженной с помощью такого судна, составляет 200 км с одной соединительной муфтой посредине.

Первые кабельные линии укладывались непосредственно на дно моря, однако они часто повреждались рыболовными тралами или якорями судов. Сейчас кабель укладывается в траншею глубиной до 1,5 м, которая прокладывается с помощью подводных роботов.

Таблица 2. Допустимые токовые нагрузки силовых кабелей с медными жилами

Номинальное сечение жилы, мм2	Допустимые токовые нагрузки кабелей, А
	Одножильных	Многожильных
	на постоянном токе	на переменном токе	на переменном токе
1,5	29	22	21
2,5	37	30	27
4	50	39	36
6	63	50	46
10	86	68	63
16	113	89	84
25	153	121	112
35	187	147	137
50	227	179	167
70	286	226	211
95	354	280	261
120	413	326	302
150	473	373	346
185	547	431	397
240	655	512	472

Электрические процессы в симметричных цепях

Под действием переменного поля происходит перераспределение электромагнитной энергии по сечению жилы; при этом имеют место следующие явления: поверхностный эффект, эффект близости и воздействие на параметры цепи окружающих металлических масс (соседних токопроводящих жил, экрана, оболочки, брони).

Эти явления вызывают изменения электромагнитного поля и параметров цепей. Активное сопротивление R и емкость С возрастают, а индуктивность L уменьшается. Наиболее существенно возрастает сопротивление цепи: R = Rо + Rп.э + Rбл + Rм, где Ro — сопротивление постоянному току; R.э — сопротивление за счет поверхностного эффекта; Rбл — сопротивление за счет эффекта близости; RM — сопротивление, обусловленное потерями в окружающих металлических массах.

Поверхностный эффект обусловлен действием электромагнитной волны, распространяющейся по токопроводящей жиле.

Силовые линии внутреннего магнитного поля Н (рис. 1), пересекая толщу жилы, наводят в ней вихревые токи /в.т. направленные по закону Ленца, т. е. против вращения рукоятки при поступательном движении буравчика. Вихревые токи /вт в центре жилы имеют направление, обратное движению основного тока, протекающего по ней, а на периферии их направления совпадают.

В результате взаимодействия вихревых токов с основным происходит такое перераспределение тока по сечению жилы, при котором плотность его возрастает к поверхности жилы. Это явление носит название поверхностного эффекта. Последний возрастает с увеличением частоты тока, магнитной проницаемости, проводимости и диаметра жилы. При достаточно высокой частоте ток протекает лишь по поверхности жилы, что вызывает увеличение ее активного сопротивления.

Рис. 1 Явление поверхностного эффекта

Эффект близости возникает по причине взаимодействия внешних полей. Как, видно из рис. 2, внешнее магнитное поле Н проводника а, пересекая толщу проводника б, наводит в ней вихревые токи. На поверхности проводника б, обращенной к проводнику а, вихревые токи совпадают по направлению с протекающим по ней основным токам (I + Iв.т), а на противоположной поверхности жилы б они направлены навстречу основному току (I — Iв.т)- Аналогичное перераспределение токов происходит в проводнике а.

Рис.2 Эффект близости проводников

При взаимодействии вихревых токов с основным плотность результирующего тока на обращенных друг к другу поверхностях токопроводящих проводников а и б увеличивается, а на отдельных — уменьшается. Это явление («сближение» токов в проводниках а и б) носит название эффекта близости.

Из-за этого неравномерного распределения плотности тока увеличивается активное сопротивление цепи переменному току.

Эффект близости также прямо пропорционален частоте, магнитной проводимости, проводимости и диаметр проводника и, кроме того, зависит расстояния между проводниками С приближением проводников к другу действие эффекта близости возрастает пропорционально квадрату расстояния.

Если по двум соседним жилам токи проходят в одном направлении, то перераспределение их плотности из-за взаимодействия внешних электромагнитных полей приводит к увеличению плотности токов на взаимно отдаленных, поверхностях проводников а и б. На рис. 3 показано распределение плотности токов в проводниках симметричной цепи, когда токи в них направлены противоположно (а) и когда они совпадают по направлению (б).

Рис. 3 Распределение плотности токов пары

Окружающие металлические массы за счет отражения от них электромагнитного поля также воздействуют на параметры цепи. Магнитное поле Н, создаваемое током, протекающим по жилам цепи, наводит вихревые токи Iв.т в соседних цепях кабеля, в окружающем экране, металлической оболочке, броне и т. д. Вихревые токи нагревают металлические элементы кабеля и создают дополнительные тепловые потери энергии, что выражается как бы в «отсасывании» некоторой доли передаваемой энергии. При этом наиболее воздействуют близко расположенные к рассматриваемой цепи металлические элементы кабеля. Кроме того, вихревые токи создают поле обратного действия, которое воздействует на проводники цепи и также изменяет их параметры,

Процессы в изоляции. Поляризация

Поляризацией

Переменная поляризация обусловливает возникновение и действие токов смещения (емкостных токов) Iсм и вызывает затраты энергии на переориентацию диполей (потери в изоляционном материале — диэлектрике).

Чем выше частота колебаний, тем сильнее токи смещения и больше потери. При постоянном токе эти явления отсутствуют.

Явления в изоляции, как отмечалось выше, полностью характеризуются двумя параметрами: емкостью С, определяющей способность поляризации и величину токов смещения, и проводимостью изоляции G, определяющей величину потерь в изоляционном материале.

Рис. 4. Процесс поляризации: а) хаотическое расположение диполей; б) поляризация под действием электрического поля

Высоковольтная линия постоянного тока

Высоковольтная линия постоянного тока (ВЛПТ) используется для передачи больших электрических мощностей. По сравнению с системами переменного тока, при передаче электроэнергии на большие расстояния устройства системы ВЛПТ менее дороги и имеют более низкие электрические потери. Даже при использовании на небольших расстояниях, где стоимость преобразовательного оборудования ВЛПТ системы сравнима со стоимостью системы переменного тока, линия постоянного тока имеет больше преимуществ.

Современный способ передачи ВЛПТ использует технологию, разработанную в 30-х годах XX века шведской компанией ASEA. Одни из первых систем ВЛПТ были построены в Советском Союзе в 1951 году между Москвой и городом Кашира, и островом Готланд и Швецией в 1954 году, с мощностью системы 10-20 МВт.

Самая длинная ВЛПТ линия в мире в настоящее время Сянцзяба-Шанхай 2071 км мощностю 6400 МВт при 800 кВ, соединяющая плотину Сянцзяба и город Шанхай, в Китай. В 2012 году, самая длинная ВЛПТ линия будет соединять районы Амазонас и Сан-Паулу, длиной более 2500 км

Рис.5. ВЛПТ системы в Западной Европе. Красным отмечены существующие линии, зеленым — строящиеся, синим — предложенные. Многие из них передают электроэнергию от возобновляемых источников, таких как вода и ветер.

Высоковольтная передача

Высокое напряжение используется для уменьшения потерь электроэнергии в сопротивлении проводов. Мощность пропорциональна току в цепи, а потери на нагрев проводов пропорциональны квадрату тока. Однако, мощность также пропорциональна напряжению, таким образом заданный уровень мощности может быть обеспечен более высоким напряжением при более низких токах. При этом, чем выше напряжение, тем ниже мощность потерь. Мощность потерь может быть уменьшена путем уменьшения сопротивления линии, что обычно достигается увеличением диаметра проводника; однако провода большего сечения имеют больший вес и стоимость. Высокое напряжение нельзя прямо использовать для освещения и электроснабжения оборудования, и значит напряжение должно быть уменьшено до величины, совместимой с конечным потребителем. Трансформатор, который может работать только на переменном напряжении, является эффективным способом изменения напряжения. Соревнование между сторонником постоянного тока Томасом Эдисоном и переменного тока Николой Тесла и Джорджа Вестингауза, известное как «Война токов», привела к победе сторонников переменного тока. Практическое применение постоянного тока стало возможным только с развитием мощных электронных устройств, таких как ртутные (англ.)русск. вентили и более поздние полупроводниковые устройства, такие как тиристоры, биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT), мощные полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET) и запираемые тиристоры (GTO).

История ВЛПТ

Первая передача электроэнергии на большое расстояние, использующая постоянный ток, была продемонстрирована в 1882 на линии Мисбах-Мюнхен, однако мощность передачи составила 2,5 кВт. Один из способов передачи электроэнергии на постоянном токе высокого напряжения был разработан швейцарским инженером Рене Тюри (Rene Thury) и осуществлен в 1889 в Италии компанией Acquedotto de Ferrari-Galliera . Это устройство использовало последовательно соединенные двигатели-генераторы для увеличения напряжения. Каждая группа была изолирована от земли и приводилась в движение основным двигателем. Линия работала на постоянном токе, с напряжением до 5000 В на каждой машине, некоторые машины имели двойные коммутаторы, для уменьшения напряжения на каждом коммутаторе. Эта система передавала мощность 630 кВт на постоянном напряжении 14 кВ на расстояние 120 км. Система Moutiers-Lyon передавала 8600 кВт гидроэлектрической мощности на расстояние 124 мили, включая 6 миль подземного кабеля. Устройство использовало восемь последовательно соединенных генераторов с двойными коммутаторами для создания полного напряжения 150 кВ между полюсами, и находилось в работе приблизительно с 1906 до 1936. К 1913 действовало пятнадцать систем Тюри. Другие системы Тюри, работающие на постоянном напряжении 100 кВ, использовались до 1930-х, но вращающиеся машины требовали высокого технического обслуживания и имели большие потери энергии. В первой половине 20-го столетия были опробованы другие электромеханические устройства, но они не получили широкого распространения.

Один из способов преобразования высокого постоянного напряжения до низкого напряжения сети состоял в том, что сначала должны были заряжаться последовательно соединенные батареи, затем, соединив батареи параллельно, накопленным зарядом питать нагрузку. Хотя в начале XX века было, по крайней мере, два случая промышленного применения, способ не был перспективен вследствие ограниченной емкости батарей, трудностей в переключении между последовательным и параллельным соединениями, и неэффективностью цикла заряда/разряда батареи.

Ртутные вентили использовались в передаче энергии в период 1920—1940. Начиная с 1932, Дженерал Электрик использовала ртутные вентили на линии передачи постоянного тока напряжением 12 кВ, которая также использовалась, чтобы преобразовывать напряжение генераторов с частотой 40 Гц в напряжение нагрузки с частотой 60 Гц, в Mechanicville, Нью-Йорк. В 1941 была разработана 115-километровая подземная кабельная линия, мощностью 60 МВт, напряжением +/-200 кВ, для города Берлина, использовавшая ртутные вентили (Проект Эльба), но вследствие краха немецкого правительства в 1945 проект не был завершен. Использование кабеля объяснялось тем, что во время военного времени подземный кабель будет менее заметной целью бомбардировок. Оборудование перешло Советскому Союзу и было введено в эксплуатацию.

Применение ртутных вентилей в 1954 положило начало современной эре передачи ВЛПТ. ВЛПТ-связь была создана компанией ASEA между материковой Швецией и островом Готланд. Ртутные вентили были распространены в устройствах, разработанных до 1975, но в более поздних устройствах ВЛПТ используют только твердотелые приборы. С 1975 до 2000 преобразователи с естественной коммутацией (LCC) были тиристорного исполнения. Согласно экспертам, таким как Vijay Sood, следующие 25 лет могут получить более широкое распространение преобразователи с принудительной коммутацией (CCC), которые в значительной степени вытеснили использование LCC. Со времени использования полупроводниковых приборов, были проложены сотни подводных кабелей ВЛПТ, которые работали с более высокой надежностью.

Одной из крупнейших в мире должна была стать строившаяся в 80-х годах ЛЭП на постоянном токе «Экибастуз — Центр». Ее мощность 6 ГВт, а напряжение между проводником и землей — 750 кВ (соответственно, 1 500 кВ между проводниками) и длина линии 2400 км значительно превосходили все известные на тот период ППТ. Распад СССР помешал доведению строительства до конца, но основное оборудование ППТ было создано и испытано на стендах. Это силовое оборудование (трансформаторы, вентили) на напряжение ±750 кВ, 12-фазный преобразовательный блок мощностью 1,5 ГВт, линейный реактор 4 Гн, 1000 А, фильтры высших гармоник на напряжение 500 кВ и синхронные компенсаторы мощностью 320 МВА.

Преимущества ВЛПТ по сравнению с передачей на переменном токе

Преимущество ВЛПТ — способность передавать большее количество энергии на длинные дистанции с меньшими капитальными затратами и меньшими потерями, чем на переменном токе. В зависимости от уровня напряжения и схемы, потери будут составлять приблизительно 3 % на 1000 км. Передача на постоянном токе высокого напряжения позволяет эффективно использовать источники энергии, удаленные от энергоузлов нагрузки.

Во многих случаях ВЛПТ передача более эффективна, чем передача на переменном токе. Например:

• Подводные кабели, где высокая емкость приводит к дополнительным потерям. (например, 250 км линия Baltic Cable между Швецией и Германией)
• Передача энергии в энергосистеме от пункта к пункту без промежуточных ‘отводов’, например, в удаленные районы
• Увеличение пропускной способности существующей энергосистемы в ситуациях, где установка дополнительных линий является трудной или дорогой
• Передача энергии и стабилизация между несинхронизированными системами распределения переменного тока
• Присоединение удаленной электрической станции к энергосистеме, например, линия Nelson River Bipole
• Уменьшение стоимости линии за счет уменьшения количества проводников. Кроме того, могут использоваться более тонкие проводники, так как ВЛПТ не подвержен поверхностному эффекту.
• Упрощается передача энергии между странами, которые используют переменный ток различных напряжений и/или частот
• Синхронизация переменного напряжения, произведенного возобновляемыми источниками энергии

Длинные подводные кабели имеют высокую емкость. В то время как этот факт имеет минимальную роль для передачи электроэнергии на постоянном токе, переменный ток приводит к зарядке и разрядке емкости кабеля, вызывая дополнительные потери мощности. Кроме того, мощность переменного тока расходуется на диэлектрические потери.

ВЛПТ может передавать большую мощность по проводнику, так как для данной номинальной мощности постоянное напряжение в линии постоянного тока ниже, чем амплитудное напряжение в линии переменного тока. Мощность переменного тока определяет действующее напряжение, но действующее составляет только приблизительно 71 % амплитудного напряжения, которое определяет фактическую толщину изоляции и расстояние между проводниками. Поскольку линия постоянного тока работает на амплитудном напряжении, это позволяет по существующей линии электропередачи с проводниками и изоляцией того же размера передавать на 41 % больше мощности, чем на переменном токе, что снижает затраты.

Поскольку ВЛПТ допускает передачу энергии между несинхронизированными распределительными системами переменного тока, это позволяет увеличить устойчивость системы, препятствуя каскадному распространению аварии с одной части энергосистемы на другую. Изменения в нагрузке, приводящие с десинхронизации отдельных частей электрической сети переменного тока, не будут затрагивать линию постоянного тока, и переток мощности через линию постоянного тока будет стабилизировать электрическую сеть переменного тока. Величину и направление перетока мощности через линию постоянного тока можно непосредственно регулировать и изменять для поддержания необходимого состояния электрических сетей переменного тока с обоих концов линии постоянного тока.

Недостатки

Недостатки ВЛПТ в преобразовании, переключении и управлении. Работающая схема ВЛПТ требует хранения многих запасных частей, которые могут быть использованы исключительно в одном устройстве, поскольку устройства ВЛПТ менее стандартизированы, чем устройства переменного тока и используемая технология быстро изменяется.

Необходимые преобразователи дороги и имеют ограниченную перегрузочную способность. На меньших расстояниях потери в самих преобразователях могут быть больше чем в линии электропередачи переменного тока.

За исключением двух все прежние ртутные выпрямители во всем мире были демонтированы или заменены тиристорными преобразователями. Схема ВЛПТ между Северным и Южным островами Новой Зеландии все еще использует выпрямители на ртутных вентилях, как и система ВЛПТ линии Vancouver Island в Канаде.

В отличие от систем переменного тока, реализация мультитерминальных систем сложна, так как требует расширение существующих схем до мультитерминальных. Управление перетоком мощности в мультитерминальной системе постоянного тока требует наличие хорошей коммуникации между всеми терминалами. Выключатели цепи постоянного тока высокого напряжения более сложны в изготовлении, так как требуют наличия какого-либо механизма встроенного в выключатель для обнуления тока, иначе будет образовываться дуга, и износ контакта был бы слишком большим, чтобы позволить надежное переключение. Мультитерминальные линии редки. Одна из них работает в системе Hydro Quebec — New England от Radisson к Sandy Pond. ^[13] Другая система — линия соединяющая Сардинию и материковую Италию, которая была изменена в 1989, чтобы обеспечивать мощностью остров Корсика. ^[14]

Типы схем

Монополярная. В монополярной схеме, один из выводов выпрямителя заземляют. Другой вывод, с электрическим потенциалом выше или ниже заземленного, связан с линией электропередачи. Заземленный вывод может или не может быть связан с соответствующим выводом преобразовательной станции посредством второго проводника.

При отсутствии второго металлического проводника, токи протекают в земле между заземленными электродами двух электростанций. Поэтому это однопроводная схема с земным возвратом. Проблемы, которые создает ток, протекающий в земле, включают:

• Электрохимическая коррозия длинных проложенных в грунте металлических объектов, таких как трубопроводы
• При использовании воды в качестве второго проводника, ток, протекающий в морской воде может произвести хлор или как-либо иначе затронуть водный состав.
• Несбалансированный ток может привести к возникновению магнитного поля, которое может повлиять на магнитные навигационные компасы судов, проходящих над подводным кабелем.

Эти воздействия могут быть устранены установкой металлического обратного проводника между двумя концами монополярной линии электропередачи. Так как один из выводов преобразователей заземлен, нет необходимости в установке изоляции обратного провода на полное напряжение передачи, что делает обратный провод менее дорогостоящим, чем проводник высокого напряжения. Решение об использовании металлического обратного провода основывается на экономических, технических и экологических факторах.

Современные монополярные системы воздушной сети передают примерно 1500 МВт. При использовании подземного или подводного кабеля, обычное значение составляет 600 МВт.

Большинство монополярных систем разработаны для будущего расширения до биполярной схемы. Опоры линии электропередачи могут быть разработаны так, чтобы нести два проводника, даже если первоначально используется только один провод в монополярной системе. Второй проводник или неиспользуется, или используется параллельно с другим (как в случае Baltic-Cable).

Биполярная.

Биполярные устройства могут передавать до 3200 МВт на напряжении +/-600 кВ. Подводная кабельная линия, первоначально сооруженная как монополярная, может быть модернизирована дополнительными кабелями и работать в биполярном режиме.

Вставка постоянного тока

Вставка постоянного тока является станцией, в которой и инверторы и выпрямители находятся в одном месте, обычно в одном и том же здании. Линия постоянного тока выполняется настолько короткой насколько возможно. Вставки постоянного тока используются для: соединения магистральных линий различной частоты (как в Японии) соединения двух электрических сетей той же самой номинальной частоты, но разных нефиксированных фазовых сдвигов (как до 1995/96 в коммуне Этценрихт ).

различных частот и числе фаз

Величина постоянного напряжения в промежуточной схеме вставки постоянного тока может быть выбрано свободно из-за малой длины линии. Обычно постоянное напряжение выбирают настолько низким насколько возможно, чтобы построить меньший зал для преобразователей и избежать последовательных соединений вентилей. По этой причине во вставке постоянного тока используют сильноточные вентили.

Системы с линиями электропередачи

Самая общая конфигурация линии ВЛПТ это две преобразовательные станции инвертор/выпрямитель, связанные воздушной линией. Такая же конфигурация обычно используется в соединении несинхронизированных энергосистем, в передаче энергии на большие расстояния, и в случае использования подводных кабелей. Мультитерминальная ВЛПТ линия, соединяющая более двух пунктов, редка. Конфигурация мультитерминальной системы может быть последовательной, параллельной, или гибридной (последовательно-параллельной).

Параллельная конфигурация чаще используется для передачи энергии от больших электростанций, а последовательная — от менее мощных электростанций. Например, система Quebec-New England мощностью 2000 МВт, открытая в 1992, в настоящее время является крупнейшей мультитерминальной ВЛПТ системой в мире.

Трехполярная.

Преобразование существующей линии переменного тока в трехполярную систему позволяет передавать до 80 % больше мощности при том же самом фазном напряжении с использованием той же самой линии передачи, опор и проводников. Некоторые линии переменного тока не могут быть нагружены до их теплового предела из-за проблем устойчивости системы, надежности и реактивной мощности, которые не существуют в ВЛПТ линии.

Трехполярная система работает без обратного провода. Так как авария одного полюса преобразователя или проводника приводит только к малой потере производительности, а обратный ток, протекающий в земле, не возникает, надежность этой схемы высока, без времени, требуемого на переключение.

На 2005 не было преобразований существующих линий переменного тока в трехполярную систему, хотя линия электропередачи в Индии была преобразована в биполярную ВЛПТ.

Коронный разряд

Коронный разряд — это характерная форма самостоятельного газового разряда, возникающего в резко неоднородных полях. Это явление может вызвать значительные потери мощности, создавать слышимые и радиочастотные помехи, производить ядовитые смеси, такие как оксиды азота и озон, создавать видимое свечение.

Линии электропередачи и переменного и постоянного тока могут создавать коронные разряды, в первом случае в форме колеблющихся частиц, в последнем — постоянного потока. Коронный разряд вызывает потери мощности, которые могут составлять примерно половину от всех потерь на единицу длины линии переменного тока высокого напряжения, несущего то же самое количество мощности. В монополярной передаче выбор полярности проводника определяется степенью создания коронных разрядов, влияния на окружающую среду. Отрицательные коронные разряды производят значительно больше озона чем коронные разряды положительной величины, воздействуя на здоровье. Использование напряжения положительной величины уменьшает объем создаваемого озона монополярной линии ВЛПТ.

Список использованных источников

[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/elektroperedachi-postoyannogo-toka/

1. Рожкова Л. Д., Козулин В. С. Электрооборудование станций и подстанций: Учебник для техникумов. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1987. — 648 с.: ил. ББК 31.277.1 Р63

2. Электромонтажные работы. В 11 кн. Кн. 8. Ч. 1. Воздушные линии электропередачи: Учеб. пособие для ПТУ / Магидин Ф. А.; Под ред. А. Н. Трифонова. — М.: Высшая школа, 1991. — 208 с.

3. Ивакин В.Н., Сысоева Н.Г., Худяков В.В. Электропередачи и вставки постоянного тока и статические тиристорные компенсаторы. — М.: Энергоатомиздат, 1993.

4. Балыбердин Л.Л. и др. Увеличение мощности электропередачи 330/400 кВ с вставкой постоянного тока между энергосистемами России и Финляндии // Электрические станции. — 2004. — № 10.

5. http://www.baurum.ru/_library/?cat=bases-electrical-engineers&id=3852