Считается, что ушли в прошлое времена, когда решался вопрос, каким быть электросетям в мире – сетям постоянного или переменного тока (так называемая «война токов или напряжений», имевшая место на рубеже 19-20 веков). В настоящее время большинство сетей – это сети переменного напряжения с частотой 50 / 60 Гц. Тем не менее, последние события в энергетике показывают, что старая дискуссия может вернуться. Основное преимущество HVDC – это возможность передать большее количество энергии на большое расстояние с меньшими капитальными затратами и меньшими потерями, чем в HVAC линиях [1]. В зависимости от уровня напряжения и конструкционных особенностей потери составляют около 3% на 1км [1]. HVDC позволяют более эффективно использовать энергетические источники удаленные от нагрузочных центров. Основные примеры, где использование HVDC более эффективно, чем HVAC: Преимущества и недостатки HVDC по другому источнику [2]: A. Преимущества HVDC B. Недостатки HVDC Дальние дистанции технически недостижимы для линий HVAC без промежуточных станций компенсации реактивной мощности. Частота и промежуточные реактивные компоненты вызывают проблемы стабильности AC линии. С другой стороны HVDC линия электропередачи не имеет проблемы стабильности из-за отсутствия частоты, и следовательно, нет ограничения на длину линии. Цена на единицу длины для HVDC линии ниже, чем для HVAC при той же мощности и надёжности. Однако, цена терминального оборудования (оборудования конечных станций) HVDC линии значительно выше чем HVAC. Наибольшее ценовое преимущество HVDC линии достигается на расстояниях свыше 500-800 км. HVDC линии меньше воздействует на человека и на природу в целом, это делает HVDC более «дружелюбной» по отношению к окружающей среде [2]. Преимущества HVDC [9]: Высоковольтные DC и сверхвысоковольтные DC системы – это совершенные технологии, превосходно подходящие для целей интеграции различных источников энергии таких, как солнце и ветер в локальные электрические сети. Это особенно важно для крупномасштабных оффшорных проектов ветроэлектростанций, или крупномасштабных СЭС. HVDC имеют многочисленные преимущества над традиционной HVAC ЛЭП. Одно из главных преимуществ HVDC – малые потери при передаче энергии, в отличие от больших потерь в HVAC линиях. Основное практическое правило выглядит следующим образом: на каждые 1000 км DC линии потери составляют менее 3% (на примере линии 5000 МВт, 800 кВ). Обычно потери DC линии на 30-40% меньше, чем потери для линий AC, при тех же уровнях напряжения. Поэтому для ЛЭП большой длины DC (ЛПТ) являются единственным приемлемым решением, как с технической, так экономической точки зрения. Подтверждение можно можно почерпнуть из опытных данных, представленных ниже и полученных на HVAC и HVDC Transmission system for the Nelson River Bipole [1, 2]. Из графиков сравнения затрат на строительство стандартной ЛЭП и ЛПТ, видно что начиная с расстояния 450 миль ЛПТ более выгодны, и с дальнейшим ростом расстояния выгода растёт. На рисунке ниже показана наземная ЛЭП: площадь занимаемая HVDC оптимальна и составляет около одной трети площади HVAC. HVDC это два проводника, а HVAC это три проводника плюс нейтраль, в результате установочная цена на милю для HVDC ниже. HVDC лучше HVAC для оффшорных (вне береговых) подводных проектов. Для подводных систем электропередачи, потери в AC линии из-за её ёмкости очень велики, что делает HVDC экономически выгоднее на более коротких дистанциях, чем на земле. Благодаря преимуществам (см. выше) одна и таже ЛЭП может передать в 3 раза больше энергии при переходе с технологии HVAC к HVDC [19]: Преимущества HVDC [12]: Особенность системы ABB HVDC Light – возможность стабилизировать напряжение линий переменного тока, а так же возможность использования для связи с изолированными удаленными источниками генерации в местах, где строительство новых воздушных линий сверхвысокого напряжения слишком затратно. Это важно для ветряных электростанций, так как они значительно удалены и разница в скорости ветра может привести к значительным колебаниям напряжения. Так же система HVDC выгодна для подземных подводных кабелей. Вот примеры реализованных проектов: Замечание: HVDC имеют много особенностей, которые продолжают изучаться и часто не могут быть отнесены только к преимуществам или только недостаткам, например, коронный разряд не только приводит к потерям и радиошумам, но и вырабатывает озон. Таким образом, преимущества HVDC для подводных и подземных применений обусловлены отсутствием токов Фуко, а преимущества на дальних дистанциях – малой занимаемой площадью из-за меньшего расстояния между проводами и отсутствия скин-эффекта (нет необходимости разбивать проводники на несколько меньших, работает весь объем провода, независимо от сечения) и проблем коэффициента мощности. Недостатки HVDC связаны со использованием сложных преобразователей (конверторов), необходимостью их контроля и обслуживания [1]. С начала развития линий постоянного тока с 1880-х годов и до середины 20 века во многих странах было предпринято несколько попыток построения ЛПТ систем (Италия, Швейцария, Германия и др.). Только затем началось существенное развитие DC систем. После Великой Отечественной Войны в СССР были введены в строй ЛПТ ЛЭП 30 МВт ЛПТ Кашира–Москва (1951 г), 750 МВт Волгоград–Донбасс (1964 г) и др. С тех пор число ЛПТ ЛЭП в мире увеличилось и продолжает расти. Достигнуты большие мощности и расстояния ЛПТ ЛЭП, например – UHVDC Xiangjiaba-Shanghai 2,071 км 7200 МВт ±800 кВ (от ГЭС Xiangjiaba до Шанхая) [1,11]. Количество реализованных и проектируемых ЛПТ ЛЭП за период 2000 г - 2013 г превысило количество всех построенных в 20 веке ЛПТ ЛЭП. В общем, рост ЛПТ систем касается только сферы большой энергетики, так как традиционно в бытовом применении (и для большинства промышленных нагрузок) во всём мире используется переменное напряжение 50 или 60 Гц. Ниже приведена карта HVDC линий Европы (многие из которых обслуживают объекты возобновляемой энергетики такие, как ветро- и гидро- электростанции), а также проектируемые HVDC Китая [4,5]. В связи с прохождением пика потребления углеводородов в результате роста цен на газ и нефть резко возрастает роль возобновляемых источников энергии, а также всех смежных с ними отраслях, том числе строительстве ЛПТ. Линии переменного тока AC эффективны в системах с машинной генерацией напряжения синусоидальной формы, например: ДЭС, ТЭС, АЭС и т.п.. А для таких возобновляемых источников энергии, таких как ВЭС и СЭС более эффективны в работе ЛПТ. Это связано с тем что: Выходит, что эффективность ЛЭП переменного тока как бы «привязана» к нефти, газу др. НВИЭ. Исключением являются ГЭС (ВИЭ), но ГЭС не могут работать круглосуточно и поэтому также нуждаются в объединении сетей (в ГЭС с накопительным водохранилищем работа на номинальную мощность производится периодически т.к. вода аккумулируется в периоды пониженных нагрузок). ГЭС работающие на водотоке не годны для выработки больших мощностей – см. ниже. Рассмотрим распространенную ситуацию с централизованной электростанцией в регионе, когда электростанция – это одиночный центр, питающий весь окружающий регион. В этом случае никакие объединения электросетей не требуются или требуются только для аварийного режима. Речь может идти об объединении единиц ЭС – ЭС на ВИЭ (ВЭС СЭС и др.), сильно рассредоточенными по большой территории, поэтому вопрос объединения десятков, сотен, и более единиц ЭС в единую сеть крайне важен. А в случае объединения ЛПТ выигрывает по сравнению с ЛЭП переменного тока по простоте и эффективности. Причины необходимости объединения ЭС на ВИЭ и выгодности HVDC для этих целей: Пример 1 [13] Система BorWin1 – одна из крупнейших HVDC систем Германии. Используется для энергетического соединения оффшорного ветропарка BARD Offshore 1 (400 МВт) и других оффшорных ветроферм, расположенных в Германии рядом с Боркумом с Европейской энергетической сетью. Характеристики: мощность 400 МВт, биполярная линия, напряжение 150 кВ. ЛЭП HVDC BorWin1, идущая от оффшорной платформы BorWin Alpha к подстанции Diele, содержит участки 75 км подземного и 125 км подводного кабеля. Запущена в строй в 2009 г. Пример 2 Система Atlantic Wind Connection (AWC), HVDC магистральная линия длиной 350 миль от Sayreville NJ до Virginia Beach передаёт от 6000 до 7000 MВт мощности от парковой ветроэлектростанции в общую сеть (в процессе строительства). А если кто то спросит: «что случится если ветер перестанет дуть?», то мы всегда можем ответить, что ветер всегда дует где-нибудь, мы только должны перебросить энергию туда где она необходима. И сделать это можно с помощью линий HVDC [9]. Несмотря на то, что линии и оборудование постоянного тока продолжают использоваться и развиваться (см выше), большинство высоковольтных и низковольтных сетей, а также потребителей в мире являются сетями и потребителями переменного тока 50/60 Гц. Независимо от того как преимущественно будет идти развитие силовой энергетики в современной электротехнике остаётся и будет оставаться одной из основных задач – задача генерации переменного напряжения, так как эти устройства применяются и в ЛЭП переменного тока и ЛПТ системах. Общепринятым стандартом здесь является синусоидальное переменное напряжение 50 / 60 Гц, хотя возможны и другие формы сигнала напряжения и стандарты частот. Спектр решаемых при этом задач очень широк – от обычной генерации напряжения 380 В / 50 Гц с помощью дизельной электростанции в удалённом посёлке, до преобразования высокого постоянного напряжение в высокое переменное синусоидальное напряжение в высоковольтных ЛПТ (линиях электропередач постоянного тока) систем магистральных ЛЭП. К области техники для генерации переменного напряжения также относятся инверторы, преобразователи частоты, устройства плавного пуска электродвигателей, частотно-регулируемые (управляемые) преобразователи (приводы) моторов (ЧУП, Variable Frequency Drive, VFD), устройства защиты от противотока, ДГУ, ИБП, инверторные, бензиновые и др. генераторные установки, некоторые типы стабилизаторов, активные корректоры КНИ, активные корректоры коэффициента мощности, специальные преобразователи (ЖД, подводные лодки и др.), электрогенераторы, умформеры и др. Данный список можно дополнить специализированными инверторами электрогенераторов на ВИЭ (СЭС, ВЭС и др.) и др. В энергетике широко распространено применение инверторов для объединения HVDC и HVAC систем. Так же особенностью оборудования, генерирующего переменное напряжение является то, что это оборудование может быть обязательно и необходимо, но при этом сама генерация переменного напряжения не является главной целью. Например, имеются две высоковольтные линии (системы) постоянного тока 500 кВ и 300 кВ, и требуется их объединить. Объединение достигается с помощью преобразователя с внутренним преобразованием DC-AC-DC, так как без генерации промежуточного переменного (или импульсного) напряжения преобразование DC-DC невозможно. [30]. Инженеры Россииhttp://rus-eng.org/eng/Dolivo-Dobrovol%27skij%20Mixail%20Osipovich.htmhttp://energomuseum.ru/history/nachalo/ www.xn--80aacyeau1asblh.xn--p1ai В качестве примеров таких случаев можно привести следующие: Компания ABB ввела в эксплуатацию высоковольтную линию постоянного тока пропускной способностью 500 МВт, которая объединила электрические сети Ирландии и Великобритании. Эта ЛЭП обеспечивает передачу электроэнергии между двумя государствами, а также повышает надёжность и безопасность электроснабжения. Энергообъединение Восток-Запад состоит из кабеля высокого напряжения длиной 262 км, из которых 186 км проходит по дну моря. В результате передачи электроэнергии на переменном токе возникает зарядный ток ёмкости кабеля, вызывающий дополнительные потери мощности, тогда как этот факт играет минимальную роль при передаче электроэнергии на постоянном токе. Кроме того, мощность переменного тока расходуется на диэлектрические потери. Высоковольтные линии постоянного тока могут передавать большую мощность по проводнику, т.к. при заданной номинальной мощности постоянное напряжение в линии постоянного тока ниже, чем амплитудное напряжение в линии переменного тока. Поскольку величина напряжения определяет толщину изоляции и расстояние между проводниками, то расходы на высоковольтные передачи постоянного тока меньше по сравнению с аналогичными передачами переменного тока. Линии постоянного тока не порождают электромагнитное поле сверхнизких частот (СНЧ), как это характерно для линий переменного тока. Хотя в прошлом высказывались некоторые опасения относительно вреда для здоровья, оказываемого такими полями, в том числе подозрения на рост уровня лейкемии, современное научное сообщество не рассматривает источники СНЧ, и связанные с ними поля, как вредные для здоровья. Применение оборудования высоковольтных линий постоянного тока не исключает возникновение электрических полей, потому что всё равно существует градиент напряжения между проводником и землей. Но подобные электрические поля не оказывают влияние на здоровье. Поскольку высоковольтная передача постоянного тока допускает передачу энергии между не синхронизированными системами переменного тока, то это позволяет увеличить устойчивость системы. Этот факт препятствует каскадному распространению аварии из одной части энергосистемы в другую, при этом электроэнергия продолжает поступать в систему и из нее в случае незначительных аварий. Наличие указанных свойств послужило толчком к более широкому применению технологии высоковольтных передач постоянного тока. Перетоки мощности через линию передачи постоянного тока регулируются за счет использования систем управления или преобразовательных подстанций. Перетоки мощности не зависят от режима работы подключенных энергетических систем. Таким образом, в отличие от линий переменного тока, связывающих две энергосистемы, межсистемные связи линий постоянного тока могут иметь сколь угодно низкую пропускную способность, исключая проблему слабых связей, и сами линии могут проектироваться с учетом оптимальных перетоков мощности. Помимо этого, исключены проблемы синхронизации различных систем оперативного управления в разных энергетических системах. Высокоскоростные системы аварийного управления на высоковольтных линиях постоянного тока еще больше увеличивают устойчивость и надежность всей энергосистемы. Более того, регулирование перетоков мощности может быть использовано для устранения колебаний в энергосистемах или на высоковольтных линиях переменного тока, работающих параллельно. Вышеупомянутые преимущества способствуют применению вставок постоянного тока для разбиения больших энергосистем на несколько несинхронизированых частей. Например, быстро растущая энергосистема Индии построена в виде нескольких региональных систем, соединенных друг с другом высоковольтными линиями постоянного тока, компенсационными преобразователями с центральным управлением всеми элементами высоковольтной линии постоянного тока. В Китае высоковольтные линии постоянного тока (800 кВ) так же станут основным средством для передачи больших мощностей на протяжённые расстояния от крупных ГЭС и термальных ЭС. Источник: Electrical Engineering Portal digitalsubstation.com
Низковольтное и высоковольтное энергоснабжение — это два принципиально разных способа передачи электрического монстра. Но, как ложка хороша к обеду, также и напряжение желательно использовать по назначению. Начнём с того, что такое низковольтное напряжение. И наконец, я расскажу ответ на самый волнительный вопрос: какую дорогу и как проходит электрический монстр прежде чем попасть к нам домой? Но обо всем по порядку.
Итак, низковольтное напряжение — это то, что трещит в наших с вами розетках. Низковольтное напряжение очень полезно, так как даёт максимальную мощность при минимальных затратах на проводники. Чтобы передавать электричество напряжением 220 В и силой тока 16 А, достаточно двужильного провода сечением 1,5 – 2,5мм. Это общепринятый стандарт, под который делают все электроприборы на территории Европы и Азии. В Америке и Канаде стандарт напряжения — 110 В, там свои электроприборы, имеющие специальные вилки. Разница в напряжении в данном случае не так важна, ведь оба стандарта являются низковольтными. И оба достаточно опасны для человека, но удар электрическим током от розетки едва ли способен покалечить взрослого человека. Если только мы не говорим про продолжительный контакт с проводами, в этом случае последствия наверняка будут серьезнее. Так вот, если подвести черту под все, о чем мы только что говорили, получится, что такой ток не нуждается в дорогостоящем электропроводе, также он не требует специальных электроприборов и по сути своей практически безопасен. Он отлично подходит для жилых помещений, офисов и производств. Не стоит забывать, что для низковольтного напряжения значения обычно находятся между 12 В и 380 В, так что даже некоторые производства могут работать от низковольтной сети.
Высоковольтные линии электропередач — это специальные трассы для передачи электричества огромной мощности на длительные расстояния. Напряжение таких сетей колоссально и может варьироваться от 1 кВ до 1150 кВ. Но у такого способа есть плюсы. Он предполагает меньшее количество потерь, нежели низковольтное, при передаче электричества на большое расстояние. Эти потери могут быть связаны с огромным количеством факторов. Первый из них — это сопротивление, постоянная величина для каждого материала, которая измеряется в Омах. Все помнят законы Ома? Сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению. Исходя из этого, понятно, что много мощности теряется для преодоления сопротивления в проводнике. Также колоссальные потери происходят при создании электромагнитного поля вокруг проводника и его нагрев. К сожалению, это те потери, с которыми сложно бороться, но есть решение — многократно увеличить мощность передаваемого тока. Тогда в процентном соотношении потери в том же самом проводнике, будут в несколько раз меньше. Вот для этого и нужно высокое напряжение.
В завершении немного о том, как электрический монстр с электростанции попадает к нам домой. Представим, что мы берем электричество на теплоэлектростанции. Я вас могу шокировать, но пока электричество попадет в ваш дом с напряжением 220 В и 50 Гц, ему нужно пройти семь технологических этапов. Итак, первым этапом при движении электричества будет тепловая электростанция. С нее подается ток определенного напряжения — как правило, оно равно 12 кВ. С теплоэлектростанции электричество попадет на подстанцию с повышающими трансформаторами, которые повышают напряжение с 12кВ до 400 кВ. Таким образом мы преодолеваем максимальное количество потерь и получаем магистральную линию электропередач. Кстати, напряжение таких линий электропередач может быть колоссальным и достигать 1150 кВ киловольт или 1,15 МВ (мегавольта). Далее, как вы уже догадываетесь, магистральная линия электропередач заканчивается подстанцией, на которой стоит понижающий трансформатор, который возвращает напряжение 12 кВ. Зачем? Дело в том, что очень сложно до каждого поселка или деревни построить мощную ветку электроснабжения, а вот 12-киловаттную — пожалуйста. Движемся дальше, пункт шестой: снова понижающий трансформатор, после которого мы получаем электричество с уже знакомым напряжением в 220 В. Вот такой нелегкий путь, но он выходит намного дешевле при передаче тока на большие расстояния.
В следующей статье, мы расскажем про трансформаторы и их принцип действия.
fixup.ru Линия электропередачи (ЛЭП) — один из компонентов электрической сети, система энергетического оборудования, предназначенная для передачи электроэнергии посредством электрического тока. Также электрическая линия в составе такой системы, выходящая за пределы электростанции или подстанции.[1] Различают воздушные и кабельные линии электропередачи. По ЛЭП также передают информацию при помощи высокочастотных сигналов (по оценкам[каким?], в СНГ используется порядка 60 тысяч ВЧ-каналов по ЛЭП) и ВОЛС. Воздушная линия электропередачи (ВЛ) — устройство, предназначенное для передачи или распределения электрической энергии по проводам, находящимся на открытом воздухе и прикреплённым с помощью траверс (кронштейнов), изоляторов и арматуры к опорам или другим сооружениям (мостам, путепроводам). Конструкция ВЛ, её проектирование и строительство регулируются Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) и Строительными нормами и правилами (СНиП). В основном, ВЛ служат для передачи переменного тока и лишь в отдельных случаях (например, для связи энергосистем, питания контактной сети и другие) используются линии постоянного тока. Линии постоянного тока имеют меньшие потери на емкостную и индуктивную составляющие. Так, в Ростовской области была построена экспериментальная линия постоянного тока на 500 кВ. Однако широкого распространения такие линии не получили. Эти группы существенно различаются, в основном — требованиями в части расчётных условий и конструкций. В сетях СНГ общего назначения переменного тока 50 Гц, согласно ГОСТ 721-77, должны использоваться следующие номинальные междуфазные напряжения: 380 В; (6)[2], 10, 20, 35, 110, 220, 330, 500, 750 и 1150 кВ. Могут также существовать сети, построенные по устаревшим стандартам с номинальными межфазными напряжениями: 220 В, 3 и 150 кВ. Самой высоковольтной ЛЭП в мире является линия Экибастуз-Кокчетав, номинальное напряжение — 1150 кВ. Однако, в настоящее время линия эксплуатируется под вдвое меньшим напряжением — 500 кВ. Номинальное напряжение для линий постоянного тока не регламентировано, чаще всего используются напряжения: 150, 400 (Выборгская ПС — Финляндия) и 800 кВ. В специальных сетях могут использоваться и другие классы напряжений, в основном это касается тяговых сетей железных дорог (27,5 кВ, 50 Гц переменного тока и 3,3 кВ постоянного тока), метрополитена (825 В постоянного тока), трамваев и троллейбусов (600 В постоянного тока). Кабельная линия электропередачи (КЛ) — линия для передачи электроэнергии или отдельных её импульсов, состоящая из одного или нескольких параллельных кабелей с соединительными, стопорными и концевыми муфтами (заделками) и крепёжными деталями, а для маслонаполненных линий, кроме того, с подпитывающими аппаратами и системой сигнализации давления масла. По классификации кабельные линии аналогичны воздушным линиям. Основная статья: Пожары в электроустановках При пожарах в кабельных помещениях в начальный период происходит медленное развитие горения и только спустя некоторое время скорость распространения горения существенно увеличивается. Практика свидетельствует, что при реальных пожарах в кабельных туннелях наблюдаются температуры до 600 °C и выше. Это объясняется тем, что в реальных условиях горят кабели, которые длительное время находятся под токовой нагрузкой и изоляция которых прoгревается изнутри до температуры 80 °C и выше. Может возникнуть одновременное воспламенение кабелей в нескольких местах и на значительной длине. Связано это с тем, что кабель находится под нагрузкой и eгo изоляция нагревается до температуры, близкой к температуре самовоспламенения[3]. Кабель состоит из множества конструктивных элементов, для изготовления которых используют широкий спектр горючих материалов, в число которых входят материалы, имеющие низкую температуру воспламенения, материалы склонные к тлению. Также в конструкцию кабеля и кабельных конструкций входят металлические элементы. В случае пожара или токовой перегрузки происходит прогрев этих элементов до температуры порядка 500—600 ˚C, которая превышает температуру воспламенения (250–350 ˚C) многих полимерных материалов, входящих в конструкцию кабеля, в связи с чем возможно их повторное воспламенение от прогретых металлических элементов после прекращения подачи огнетушащего вещества. В связи с этим необходимо выбирать нормативные показатели подачи огнетушащих веществ, чтобы обеспечивать ликвидацию пламенного горения, а также исключить возможность повторного воспламенения[4]. Длительное время в кабельных помещениях применялись установки пенного тушения. Однако опыт эксплуатации выявил ряд недостатков: Исследования показали, что распыленная вода обладает большей огнетушащей способностью по сравнению с воздушно-механической пеной, так как она хорошо смачивает и охлаждает горящие кабели и строительные конструкции[5]. Линейная скорость распространения пламени для кабельных сооружений (горение кабелей) составляет 1,1 м/мин[6]. Изоляция кабельных линий делится на два основных типа: Здесь не указана изоляция газообразными веществами и некоторые виды жидкостной и твёрдой изоляции из-за их относительно редкого применения в момент написания статьи. Технология высокотемпературной сверхпроводимости (HTS), разработанная «Sumitomo Electric», применяется в демонстрационной системе силовой сети, запущенной в эксплуатацию в июле 2006 в США (Лонг-Айленд). При напряжении 138 кВ передаётся мощность в 574 МВА на длину 600 метров. Потери электроэнергии в проводах зависят от силы тока, поэтому при передаче её на дальние расстояния, напряжение многократно повышают (во столько же раз уменьшая силу тока) с помощью трансформатора, что при передаче той же мощности позволяет значительно снизить потери. Однако с ростом напряжения начинают происходить различные разрядные явления. В воздушных линиях сверхвысокого напряжения присутствуют потери активной мощности на корону (коронный разряд). Коронный разряд возникает, когда напряжённость электрического поля E у поверхности провода превысит пороговую величину Eкр, которую можно вычислить по эмпирической формуле Пика: МВ/м, где r - радиус провода в метрах, β - отношение плотности воздуха к нормальной.[7] Напряженность электрического поля прямо пропорциональна напряжению на проводе и обратно пропорциональна его радиусу, поэтому бороться с потерями на корону можно, увеличивая радиус проводов, а также (в меньшей степени) - применяя расщепление фаз, т.е. используя в каждой фазе несколько проводов, удерживаемых специальными распорками на расстоянии 40-50 см. Потери на корону приблизительно пропорциональны произведению U(U-Uкр). Потери на корону резко возрастают с ростом напряжения, среднегодовые потери на ЛЭП напряжением 500 кВ составляют около 12 кВт/км, при напряжении 750 кВ - 37 кВт/км, при 1150 кВ - 80 кВт/км. Потери также резко возрастают при осадках, особенно изморози, и могут достигать 1200 кВт/км[8]. Важной величиной, влияющей на экономичность ЛЭП переменного тока, является величина, характеризующая соотношение между активной и реактивной мощностями в линии — cos φ. Активная мощность — часть полной мощности, прошедшей по проводам и переданной в нагрузку; Реактивная мощность — это мощность, которая генерируется линией, её зарядной мощностью (ёмкостью между линией и землёй), а также самим генератором, и потребляется реактивной нагрузкой(индуктивной нагрузкой). Потери активной мощности в линии зависят и от передаваемой реактивной мощности. Чем больше переток реактивной мощности - тем больше потери активной. При длине ЛЭП переменного тока более нескольких тысяч километров наблюдается ещё один вид потерь — радиоизлучение. Так как такая длина уже сравнима с длиной электромагнитной волны частотой 50 Гц, провод работает как антенна. veter.academic.ru Линии электропередачи Линия электропередачи (ЛЭП) — один из компонентов электрической сети, система энергетического оборудования, предназначенная для передачи электроэнергии. Согласно МПТЭЭП (Межотраслевые правила технической эксплуатации электроустановок потребителей) Линия электропередачи — Электрическая линия, выходящая за пределы электростанции или подстанции и предназначенная для передачи электрической энергии. Различают воздушные и кабельные линии электропередачи. По ЛЭП также передают информацию при помощи высокочастотных сигналов, по оценкам в России используется порядка 60 тыс. ВЧ-каналов по ЛЭП. Используются они для диспетчерского управления, передачи телеметрических данных, сигналов релейной защиты и противоаварийной автоматики. Воздушная линия электропередачи (ВЛ) — устройство, предназначенное для передачи или распределения электрической энергии по проводам, находящимся на открытом воздухе и прикреплённым с помощью траверс (кронштейнов), изоляторов и арматуры к опорам или другим сооружениям (мостам, путепроводам). Конструкция ВЛ, ее проектирование и строительство регулируются Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) и Строительными нормами и правилами (СНИП). В основном, ВЛ служат для передачи переменного тока и лишь в отдельных случаях (напр., для связи энергосистем, питания контактной сети и др.) используют линии постоянного тока. Для ВЛ переменного тока принята следующая шкала классов напряжений: переменное — 0.4, 6, 10, (20), 35, 110, 150, 220, 330, 400 (Выборгская ПС - Финляндия), 500 , 750 и 1150 кВ ; постоянное - 400 кВ. Это группы существенно различаются в основном требованиями в части расчётных условий и конструкций. Кабельная линия электропередачи (КЛ) —называется линия для передачи электроэнергии или отдельных импульсов ее, состоящая из одного или нескольких параллельных кабелей с соединительными, стопорными и концевыми муфтами (заделками) и крепежными деталями, а для маслонаполненных линий, кроме того, с подпитывающими аппаратами и системой сигнализации давления масла. По классификации кабельные линии аналогичны воздушным линиям Изоляция кабельных линий делится на два основных типа: Здесь не указана изоляция газообразными веществами и некоторые виды жидкостной и твёрдой изоляции из-за их относительно редкого применения в момент написания статьи. Потери электроэнергии в проводах зависят от силы тока, поэтому при передаче ее на дальние расстояния, напряжение многократно повышают (во столько же раз уменьшая силу тока) с помощью трансформатора, что при передаче той же мощности позволяет значительно снизить потери. Однако с ростом напряжения начинают происходить различного рода разрядные явления. Другой важной величиной, влияющей на экономичность ЛЭП, является cos(f) — величина, характеризующая отношение активной и реактивной мощности. В воздушных линиях сверхвысокого напряжения присутствуют потери активной мощности на корону (коронный разряд). Эти потери зависят во многом от погодных условий (в сухую погоду потери меньше, соответственно в дождь, изморось, снег эти потери возрастают) и расщепления провода в фазах линии. Потери на корону для линий различных напряжений имеют свои значения (для линии ВЛ 500кВ среднегодовые потери на корону составляют около ΔР=9,0 -11,0 кВт/км). Так как коронный разряд зависит от напряжённости на поверхности провода, то для уменьшения этой напряжённости в воздушных линиях свервысокого напряжения применяют расщепление фаз. То есть в место одного провода применяют от трёх и более проводов в фазе. Распологаются эти провода на равном расстоянии друг от друга. Получается эквивалентный радиус расщеплённой фазы, этим уменьшается напряжённость на отдельном проводе, что в свою очередь уменьшает потери на корону. Wikimedia Foundation. 2010. dic.academic.ru Задумывались ли вы, зачем для передачи электроэнергии на большое расстояние нужно такое высокое напряжение, заставляющее строить высокие башни-опоры и гигантские изоляторы? Почему бы не передавать электричество низкого напряжения по сверхпрочным проводам, протянутым между скромными сооружениями или даже под землей? Тому есть причина. Для заданной мощности электроэнергии, потребляемой конечными потребителями (нагрузка сети), сила тока в линиях электропередачи с ростом напряжения понижается. Уменьшение силы тока сокращает потери электроснабжения в линии электропередачи. Обратившись к формуле из школьного курса физики, вы поймете почему: Р = EI, где Р — мощность в ваттах, Е — напряжение в вольтах, а / — сила тока в амперах. Из нее следует, что на данном уровне мощности сила тока обратно пропорциональна напряжению: I = Р/Е. Потери электроснабжения (т. е. потери мощности) в линии электропередачи пропорциональны квадрату силы тока. Эти потери — мощности, которые не доходят до конечных потребителей; они уходят на нагрев проводов. Это соотношение описывается следующей формулой: Р = I2R, где Р — мощность в ваттах, I — сила тока в амперах, a R — сопротивление провода в омах. Конструкторы не могут изменить сопротивление провода или мощность нагрузки сети, но они могут довести до максимума напряжение, минимизируя таким образом «лишний» ток, который вынуждена нести линия передачи для обеспечения потребности сети. Предположим, напряжение, подаваемое в сеть, повышается десятикратно, а потребительские нагрузки в сети постоянны. Рост напряжения уменьшает силу тока в десять раз, и в результате потери мощности сокращаются в(1/10)2, т. е. в сто раз! Разумеется, использовать повышающий трансформатор в одном месте проще и дешевле, чем протягивать на многие километры провода, тяжесть которых (без трансформатора) оказывалась бы в сто раз больше. Вид высоковольтной линии переменного тока под напряжением, скажем, 500 000 вольт страшноват? Возможно. Но угрозу здоровью, исходящую от линий электропередачи (реальный уровень этой угрозы — вопрос спорный), на самом деле несут магнитные поля, генерируемые этими линиями. Сила этих колеблющихся полей прямо пропорциональна силе тока, а не напряжению. Если бы такая линия, проходящая по вашему пригороду, имела напряжение в 500 вольт, а не в 500 000, магнитные поля, окружающие ее, были бы гораздо интенсивнее и потенциальная угроза здоровью, соответственно, выше. www.enersy.ru Технический прогресс конструкций воздушных линий переменного тока на всех этапах их развития заключался в увеличении параметров по напряжению, передаваемой мощности и дальности передачи электроэнергии. Достигнутые соотношения между этими параметрами видны из таблицы 2.1. Основным фактором, определяющим пропускную способность и дальность передачи воздушной линии, является величина ее линейного напряжения. Эта же величина определяет основные конструктивные решения воздушных линий как сооружений, поскольку с ростом напряжения увеличиваются габариты опор и усложняется их конструкция. Как видно из приведенной таблицы, линии, которые могут выполнять функции межсистемных связей (по мощности и дальности передачи), должны иметь напряжение не ниже 220 кВ. В ОЭС Украины межсистемные ВЛ имеют напряжения 330, 500 (400) и 750 кВ. В ЕЭС России такие линии имеют напряжения 220, 330, 500 и 750 кВ. Наивысшее в мире напряжение воздушных линий переменного тока использовано на линии 1150 кВ на связи Сибирь – Казахстан – Урал. С учетом высокой ответственности межсистемных линий они в конструктивном отношении выполняются, как правило, на одноцепных опорах с горизонтальным расположением проводов. На высоковольтной линии напряжением выше 220 кВ предпочтение получили портальные опоры П-образного типа (свободностоящие и с тросовыми оттяжками). Портальная конструкция опоры позволила лучше всего обеспечить большие воздушные промежутки между проводами, грозозащитными тросами и телом опоры, требующиеся при напряжениях выше 220 кВ. Таблица 2.1 Параметры высоковольтных линий переменного тока Напряжение, кВ Передаваемая мощность, МВт Дальность передачи, км 110 25 – 50 50 – 150 220 100 – 200 150 – 250 330 300 – 400 200 – 300 500 700 – 900 600 – 1200 750 1800 – 2200 800 – 1500 1150 4000 – 6000 1200 – 2000 Рисунок 2.1 демонстрирует внушительные габариты конструкции опор, необходимые, например, для ВЛ 750 кВ. Опоры изготавливают из металла (сталь). Для конструкции промежуточных опор также широко используют железобетонные центрофугированные стойки конического типа длиной до 26 м, которые устанавливают в сверленные котлованы (без фундаментов). Двухстоечные железобетонные П-образные промежуточные опоры являются самыми массовыми конструкциями на линиях 330 кВ в Украине и в других странах на воздушных линиях напряжением ниже 380 кВ (рис. 2.2). Применение железобетонных анкерных и угловых опор оказалось неэффективным из-за больших затрат земельных площадей, необходимых для размещения многочисленных тросовых оттяжек, а также из-за низкого уровня внешней эстетичности конструкций. Протяженность воздушных линий напряжением 330 кВ и выше в ОЭС Украины на конец 2000 года составила: 330 кВ – 12790 км, 500 (400)кВ – 948 км, 750 кВ – 4335 км. В конструкции фаз воздушных линий напряжением выше 220 кВ используется принцип расщепления фазы на несколько проводов, расположенных на расстоянии 400–700 мм друг от друга. Это позволяет уменьшить напряженность электрического поля на поверхности проводов до величины, при которой ограничивается развитие коронного разряда (короны) на проводах. В результате уменьшаются потери электроэнергии от короны и снижается уровень радиопомех. Количество проводов в расщепленной фазе линий сверхвысокого напряжения обычно составляет 2 для ВЛ 330 кВ, 3 для ВЛ 500 кВ, 4 или 5 для ВЛ 750 кВ. На более высоких напряжениях фаза линии может составлять 8 проводов и более. Выдающаяся роль в организации разработки конструкций и строительстве линий сверхвысокого напряжения на территории бывшего СССР принадлежит советскому ученому С.С. Рокотяну (1908–1977). На основе этих линий во второй половине ХХ века были созданы крупнейшие энергообразования – Единая энергосистема России и Объединенная энергосистема Украины. energetika.in.uaВ чём преимущества высоковольтных передач постоянного тока? Какое напряжение в высоковольтных линиях
Высоковольтные линии постоянного и переменного тока
В 1919 г. инженер Михаил Осипович Доливо-Добровольский написал работу «О пределах применимости трехфазного переменного тока для передачи электроэнергии на расстояние». Проведя исследования, он доказал, что при электропередачах большой мощности и на очень дальнее расстояние произойдет обратный переход от переменного тока к постоянному. [30]
В настоящее время идут процессы, которые могут потеснить монополию переменного тока
Вид BARD Offshore 1 с платформы HVDC конвертора
Вид BARD Offshore 1 (cправа платформа HVDC конвертора)
В чём преимущества высоковольтных ЛЭП постоянного тока
Высоковольтная линия постоянного тока пропускной способностью 500 МВт – Энергообъединение Восток-Запад
Низковольтная и высоковольтная передача - как до нас доходит электричесвто
Линия электропередачи - это... Что такое Линия электропередачи?
Линии электропередачи Линии электропередачи (Шарья) Воздушные линии электропередачи
Линия электропередачи 500 кВ 
Состав ВЛ
Документы, регулирующие ВЛ
Классификация ВЛ
По роду тока
По назначению
По напряжению
По режиму работы нейтралей в электроустановках
По режиму работы в зависимости от механического состояния
Основные элементы ВЛ
Кабельные линии электропередачи
Кабельные линии делят по условиям прохождения
К кабельным сооружениям относятся
Пожарная безопасность кабельных сооружений
По типу изоляции
Высокотемпературные сверхпроводники
HTS кабель
Потери в ЛЭП
Потери в ЛЭП переменного тока
См. также
Литература
Ссылки
Примечания
ЛЭП - это... Что такое ЛЭП?
Воздушные линии электропередачи
Состав ВЛ
Документы, регулирующие ВЛ
Классификация ВЛ
По роду тока
По назначению
По напряжению
По режиму работы нейтралей в электроустановках
По режиму работы в зависимости от механического состояния
Основные элементы ВЛ
Кабельные линии электропередачи
Кабельные линии делят по условиям прохождения
к кабельным сооружениям относятся
По типу изоляции
Потери в ЛЭП
См. также
Литература
Ссылки
Зачем нужно высокое напряжение? | Энергия
2.2. Воздушные линии электропередачи переменного тока
2.2. Воздушные линии электропередачи переменного тока
Рис. 2.2. Промежуточная железобетонная опора ВЛ 330 кВ (размеры указаны в метрах)
Рис. 2.1. Портальные металлические опоры воздушных линий напряжением 750 кВ: а – промежуточная свободностоящая опора; б – промежуточная опора с оттяжками (размеры указаны в метрах)
интернет-магазин светодиодного освещения
Пн - Вс с 10:30 до 20:00
Санкт-Петербург, просп. Энгельса, 138, корп. 1, тк ''Стройдвор''
Поделиться с друзьями: