Кабельные линии постоянного напряжения

В последние годы появилась реальная возможность использовать для передачи энергии на большие расстояния постоянное напряжение в связи с разработкой надежных преобразователей постоянного высокого напряжения. Передача энергии постоянным напряжением имеет ряд технических преимуществ перед системами переменного тока:

1. Уровень передаваемой мощности в сетях постоянного напряжения значительно выше, так как потери энергии происходят только за счет электрического сопротивления проводника. При передаче энергии переменным напряжением возникают потери из-за наличия переменного электромагнитного поля. В кабелях, как известно, это потери в диэлектрике, экранах, оболочках и т. п.

2. Применение систем постоянного тока дает возможность передавать энергию на достаточно большие расстояния. При использовании переменного тока расстояние между источником и потребителем ограничивается наличием емкостных токов. Емкостный ток в кабеле равен:

,

где С – емкость кабеля, Ф/км; ω – частота, 1/с; U – фазное напряжение, В; L – длина кабельной линии, км.

Таким образом, при длине кабельной линии 30–40 км емкостный ток будет практически равен допустимому току нагрузки и передача энергии по кабелям будет по существу невозможной.

Проблемы передачи большого количества электроэнергии на дальние расстояния могут возникать в связи с неравномерной плотностью населения в различных районах страны, удаленностью дешевых энергоресурсов от потребителя и др.

В последнее время возрастает роль АЭС в энергоснабжении промышленности и населения. Как правило, АЭС размещаются на достаточном удалении от потребителей, вблизи рек, заливов, что позволяет получить необходимое количество воды для охлаждения реактора. Наилучшее место размещения АЭС – естественный или искусственный остров, находящийся в нескольких километрах от берега. В этом случае для присоединения АЭС к системе энергоснабжения потребуются кабельные линии постоянного тока мощностью до 1 ГВА.

3. Передача энергии постоянным током позволяет связывать энергосистемы, работающие на разных частотах. Это преимущество используется для реализации так называемого межсистемного эффекта. Например, объединение систем Франции (частота 50 Гц) и Великобритании (частота 60 Гц) осуществляется с помощью кабельной линии постоянного тока через пролив Ла-Манш. В результате удается снизить мощность генераторов в объединенных системах за счет несовпадения во времени их максимальной нагрузки. Кроме того, совместная работа систем позволит уменьшить резерв мощности, необходимой для покрытия возможной ошибки прогнозов потребления нагрузки.

Еще пример, электропередача постоянного тока Норвегия – Дания реализует следующий эффект: энергоснабжение Норвегии осуществляется гидроэлектростанциями, Дании – тепловыми электростанциями. В периоды дождей Норвегия отдает избыток энергии в Данию, где в это время уменьшается расход топлива на тепловых электростанциях. В период малых расходов воды в реках Норвегии дефицит энергии здесь покрывается за счет электроэнергии Дании.

Однако электропередача постоянного тока имеет и недостатки. Основной из них – большая стоимость преобразовательных подстанций.

Тем не менее, расчеты показывают, что более высокая стоимость преобразовательных подстанций компенсируется снижением стоимости линий электропередачи постоянного тока в том случае, если их длина превышает 500 км для воздушных линий и 30–50 км для кабельных линий.