Меню

Минусы передачи постоянного тока

Чем отличаются и где используются постоянный и переменный ток

В современном мире каждый человек с детства сталкивается с электричеством. Первые упоминания об этом природном явлении относятся к временам философов Аристотеля и Фалеса, которые были заинтригованы удивительными и загадочными свойствами электрического тока. Но лишь в 17 веке великие ученые умы начали череду открытий, касающихся электрической энергии, продолжающихся по сей день.

Открытие электрического тока и создание Майклом Фарадеем в 1831 г. первого в мире генератора кардинально изменило жизнь человека. Мы привыкли, что нашу жизнь облегчают приборы, работающие с использованием электрической энергии, но до сих пор у большинства людей нет понимания этого важного явления. Для начала, чтобы понять основные принципы электричества, необходимо изучить два основных определения: электрический ток и напряжение.

Чем отличаются и где используются постоянный и переменный ток

Что такое электрический ток и напряжение

Электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц (носителей электрического заряда). Носителями электрического тока являются электроны (в металлах и газах), катионы и анионы (в электролитах), дырки при электронно-дырочной проводимости. Данное явление проявляется созданием магнитного поля, изменением химического состава или нагреванием проводников. Основными характеристиками тока являются:

  • сила тока, определяемая по закону Ома и измеряемая в Амперах (А), в формулах обозначается буквой I;
  • мощность, согласно закону Джоуля-Ленца, измеряемая в ваттах (Вт), обозначается буквой P;
  • частота, измеряемая в герцах (Гц).

Электрический ток, как носитель энергии используют для получения механической энергии с помощью электродвигателей, для получения тепловой энергии в отопительных приборах, электросварке и нагревателях, возбуждения электромагнитных волн различной частоты, создания магнитного поля в электромагнитах и для получения световой энергии в осветительных приборах и различного рода лампах.

Напряжение – это работа, совершаемая электрическим полем для перемещения заряда в 1 кулон (Кл) из одной точки проводника в другую. Исходя из данного определения, все-таки сложно осознать, что же такое напряжение.

Чтобы заряженные частицы перемещались от одного полюса к другому, необходимо создать между этими полюсами разность потенциалов (именно она и именуется напряжением). Единицей измерения напряжения является вольт (В).

Чем отличаются и где используются постоянный и переменный ток

Для окончательного понимания определения электрического тока и напряжения, можно привести интересную аналогию: представьте, что электрический заряд — это вода, тогда давление воды в столбе – это и есть напряжение, а скорость потока воды в трубе – это сила электрического тока. Чем выше напряжение, тем больше сила электрического тока.

Что такое переменный ток

Если менять полярность потенциалов, то направление протекания электрического тока меняется. Именно такой ток и называется переменным. Количество изменений направления за определенный промежуток времени называется частотой и измеряется, как уже было сказано выше, в герцах (Гц). Например, в стандартной электрической сети в нашей стране частота равна 50 Гц, то есть направление движения тока за секунду меняется 50 раз.

Что такое постоянный ток

Когда упорядоченное движение заряженных частиц имеет всегда только одно направление, то такой ток именуется постоянным. Постоянный ток возникает в сети постоянного напряжения, когда полярность зарядов с одной и другой стороны постоянна во времени. Его очень часто используют в различных электронных устройствах и технике, когда не требуется передача энергии на большое расстояние.

Источники электрического тока

Источником электрического тока обычно называется прибор или устройство, с помощью которого в цепи можно создать электрический ток. Такие устройства могут создавать как переменный ток, так и постоянный. По способу создания электрического тока они подразделяются на механические, световые, тепловые и химические.

Механические источники электрического тока преобразуют механическую энергию в электрическую. Таким оборудованием являются различного рода генераторы, которые за счет вращения электромагнита вокруг катушки асинхронных двигателей вырабатывают переменный электрический ток.

Световые источники преобразуют энергию фотонов (энергию света) в электрическую энергию. В них используется свойство полупроводников при воздействии на них светового потока выдавать напряжение. К такому оборудованию можно отнести солнечные батареи.

Тепловые – преобразуют энергию тепла в электричество за счет разности температур двух пар контактирующих полупроводников – термопар. Величина тока в таких устройствах напрямую связана с разностью температур: чем больше разница – тем больше сила тока. Такие источники применяются, например, в геотермальных электростанциях.

Химический источник тока производит электричество в результате химических реакций. Например, к таким устройствам можно отнести различного рода гальванические батареи и аккумуляторы. Источники тока на основе гальванических элементов обычно применяются в автономных устройствах, автомобилях, технике и являются источниками постоянного тока.

Преобразование переменного тока в постоянный

Электрические устройства в мире используют постоянный и переменный ток. Поэтому возникает потребность в том, чтобы преобразовывать один ток в другой или наоборот.

Чем отличаются и где используются постоянный и переменный ток

Из переменного тока можно получить постоянный ток с помощью диодного моста или, как его еще называют, «выпрямителя». Основной частью выпрямителя является полупроводниковый диод, который проводит электрический ток только в одном направлении. После этого диода ток не изменяет своего направления, но появляются пульсации, которые устраняют при помощи конденсаторов и других фильтров. Выпрямители бывают в механическом, электровакуумном или полупроводниковом исполнении.

В зависимости от качества изготовления такого устройства, пульсации тока на выходе будут иметь разное значение, как правило, чем дороже и качественнее сделан прибор – тем меньше пульсаций и чище ток. Примером таких устройств являются блоки питания различных приборов и зарядные устройства, выпрямители электросиловых установок в различных видах транспорта, сварочные аппараты постоянного тока и другие.

Для того, чтобы преобразовать постоянный ток в переменный используются инверторы. Такие приборы генерируют переменное напряжение с синусоидой. Существует несколько видов таких аппаратов: инверторы с электродвигателями, релейные и электронные. Все они отличаются друг от друга по качеству выдаваемого переменного тока, стоимости и размерам. В качестве примера такого устройства можно привести блоки бесперебойного питания, инверторы в автомобилях или, например, в солнечных электростанциях.

Где используется и в чём преимущества переменного и постоянного тока

Для выполнения различных задач может потребоваться использование как переменного тока, так и постоянного. У каждого вида тока есть свои недостатки и достоинства.

Переменный ток чаще всего используется тогда, когда присутствует необходимость передачи тока на большие расстояния. Такой ток передавать целесообразнее с точки зрения возможных потерь и стоимости оборудования. Именно поэтому в большинстве электроприборов и механизмов используется только этот вид тока.

Жилые дома и предприятия, инфраструктурные и транспортные объекты находятся на расстоянии от электростанций, поэтому все электрические сети — переменного тока. Такие сети питают все бытовые приборы, аппаратуру на производствах, локомотивы поездов. Приборов, работающих на переменном токе невероятное количество и намного проще описать те устройства, в которых используется постоянный ток.

Постоянный ток используется в автономных системах, таких, например, как бортовые системы автомобилей, летательных аппаратов, морских судов или электропоездов. Он широко используется в питании микросхем различной электроники, в средствах связи и прочей технике, где требуется минимизировать количество помех и пульсаций или исключить их полностью. В ряде случае, такой ток используется в электросварочных работах с помощью инверторов. Существуют даже железнодорожные локомотивы, которые работают от систем постоянного тока. В медицине такой ток используется для введения лекарств в организм с помощью электрофореза, а в научных целях для разделения различных веществ (электрофорез белков и прочее).

Обозначения на электроприборах и схемах

Часто возникает потребность в том, чтобы определить на каком токе работает устройство. Ведь подключение устройства, работающего на постоянном токе в электрическую сеть переменного тока, неминуемо приведет к неприятным последствиям: повреждению прибора, возгоранию, электрическому удару. Для этого в мире существуют общепринятые условные обозначения для таких систем и даже цветовая маркировка проводов.

Читайте также:  Мультиметр измерить напряжение переменного тока

Чем отличаются и где используются постоянный и переменный ток

Условно, на электроприборах, работающих на постоянном токе указывается одна черта, две сплошных черты или сплошная черта вместе с пунктирной, расположенные друг под другом. Также такой ток маркируется обозначением латинскими буквами DC. Электрическая изоляция проводов в системах постоянного тока для положительного провода окрашена в красный цвет, отрицательного в синий или черный цвет.

На электрических аппаратах и машинах переменный ток обозначается английской аббревиатурой AC или волнистой линией. На схемах и в описании устройств его также обозначают двумя линиями: сплошной и волнистой, расположенных друг под другом. Проводники в большинстве случаев обозначаются следующим образом: фаза – коричневым или черным цветом, ноль – синим, а заземление желто-зеленым.

Почему переменный ток используется чаще

Выше мы уже говорили о том, почему переменный ток в настоящее время используется чаще, чем постоянный. И все же, давайте рассмотрим этот вопрос подробнее.

Споры о том, какой же ток в использовании лучше идет со времен открытий в области электричества. Существует даже такое понятие, как «война токов» — противоборство Томаса Эдисона и Николы Теслы за использование одного из видов тока. Борьба между последователями этих великих ученых просуществовала вплоть до 2007 года, когда город Нью-Йорк перевели на переменный ток с постоянного.

Чем отличаются и где используются постоянный и переменный ток

Самая главная причина, по которой переменный ток используется чаще – это возможность передавать его на большие расстояния с минимальными потерями . Чем больше расстояние между источником тока и конечным потребителем, тем больше сопротивление проводов и тепловые потери на их нагрев.

Для того, чтобы получить максимальную мощность необходимо увеличивать либо толщину проводов (и уменьшать тем самым сопротивление), либо увеличивать напряжение.

В системах переменного тока можно увеличивать напряжение при минимальной толщине проводов тем самым сокращая стоимость электрических линий. Для систем с постоянным током доступных и эффективных способов увеличивать напряжение не существует и поэтому для таких сетей необходимо либо увеличивать толщину проводников, либо строить большое количество мелких электростанций. Оба этих способа являются дорогостоящими и существенно увеличивают стоимость электроэнергии в сравнении с сетями переменного тока.

При помощи электротрансформаторов напряжение переменного тока эффективно (с КПД до 99%) можно изменять в любую сторону от минимальных до максимальных значений, что тоже является одним из важных преимуществ сетей переменного тока. Применение трехфазной системы переменного тока еще больше увеличивает эффективность, а механизмы, например, двигатели, которые работают в электросетях переменного тока намного меньше, дешевле и проще в обслуживании, чем двигатели постоянного тока.

Исходя из всего вышесказанного можно сделать вывод о том, что использование переменного тока выгодно в больших сетях и при передаче электрической энергии на большие расстояния, а для точной и эффективной работы электронных приборов и для автономных устройств целесообразно использовать постоянный ток.

Чем отличаются и где используются постоянный и переменный ток

Как устроен генератор переменного тока — назначение и принцип действия

Что такое активная и реактивная мощность переменного электрического тока?

Чем отличаются и где используются постоянный и переменный ток

Что такое частотный преобразователь, основные виды и какой принцип работы

Чем отличаются и где используются постоянный и переменный ток

Что такое конденсатор, виды конденсаторов и их применение

Чем отличаются и где используются постоянный и переменный ток

Как условно обозначаются элементы на электрических схемах?

Чем отличаются и где используются постоянный и переменный ток

Что такое варистор, основные технические параметры, для чего используется

Источник



Постоянный и переменный ток

Технический прогресс с появлением электричества начал развиваться семимильными шагами. Новый вид энергии и практическое применение продуктов, получаемых в результате её преобразования, изменили класс жизни человека.

Движение частиц при постоянном и переменном токах

Что такое электрический ток

Перемещения свободных носителей электрических зарядов в вакууме или веществе в фиксированном направлении назвали электрическим током. Свободными носителями в металлах являются электроны, в жидкостях или газах – ионы. Название «ток» имеет два толкования. Первое – обозначает само продвижение электрического заряда в проводнике, второе – оценку числа электронов, проходящих по проводнику за 1 с. Его силу можно определить по Закону Ома. Для этого используется формула:

где U – напряжение, В; R – сопротивление, Ом.

Ток постоянный и переменный

Электроны в проводниках движутся от плюса к минусу. Движение равномерное, всё время с постоянной величиной. Если задаться вопросом, какие токи носят определение постоянных, сначала нужно хорошо представлять, куда течёт ток.

Внимание! Направлением тока считают то направление, куда движутся положительно заряженные частицы: от плюса к минусу. Хотя дорога свободных электронов лежит от минуса к плюсу.

Направление постоянного тока

Значит, постоянный ток – это направленное перемещение заряженных частиц, несущих в себе положительный заряд, которые не меняют свои величину и направление с течением времени. Все остальные токи – переменные. В этом их разница.

Alternative Current – AC, так обозначается переменный ток на приборах. Direct Current – DC, это понятное обозначение постоянного тока.

Постоянный и переменный ток

Различия токов

Незнание отличий приводит к неправильному подключению потребителей напряжения к источникам питания. Это вызывает повреждение приборов или, того хуже, опасные для жизни ситуации.

Чтобы чётко разобраться, какой ток называется переменным, какой постоянным, нужно сопоставить параметры.

При сравнении характеристик этих двух видов электричества выделяют отличия:

  1. Физические – у переменного тока сила и направление состоят во временной зависимости. В бытовой сети частота пульсации – 50 Гц. Полярность изменяется по синусоиде 50 раз за секунду. Носители зарядов постоянного тока направленности не меняют.
  2. Конструктивные – на выводах или контактах у DC присутствуют « + » и «– », а у АС на электродах – «ноль» и «фаза». В случае трёхфазной сети 4 контакта: один «ноль» и три «фаза».
  3. Принцип вырабатывания – постоянный ток получают в результате электролитических и химических реакций окисления, работы генераторов постоянного тока и солнечных батарей. Переменный ток вырабатывается трёхфазными генераторами.
  4. В преобразовании – оба вида получают путём превращения одного в другой посредством полупроводниковых выпрямителей и инверторов.

Для информации. В мире действует два головных стандарта частоты и напряжения в потребительской сети переменного тока. Европейский стандарт – 50 герц, 220-240 вольт, и американский – 60 герц, 100-127 вольт.

Преимущества переменного тока

Аккумуляторные батареи практичны как источник постоянного электричества. Однако бесконечно снабжать токоприёмники энергией без подзарядки они не могут. Поэтому создание изменяющегося во времени тока и его доставка потребителю – главные задачи энергосистемы страны. К преимуществам этого вида относятся:

  • лёгкость преобразования из одной величины напряжения в другую;
  • допустимость передачи на дальние расстояния по ЛЭП к распределительным сетям;
  • возможность реализовывать трёхфазные схемы энергоснабжения;
  • ориентированность на потребителей производственных предприятий, рассчитанных на питание переменным током.

Снизить или повысить величину напряжения переменного тока проще. Для этого стоит только пропустить его через трансформатор. Большой КПД этого преобразователя – 99%, потеря мощности – лишь 1%. Трансформатор, имея отдельные обмотки по напряжению, ещё разделяет высокое напряжение от низкого, что допускает возможность разделить установки до 1000 В и свыше 1000 В.

Атомные и гидроэлектростанции расположены в местах, отдалённых от центральных районов расположения потребителей. Поэтому напряжение добытой электроэнергии повышают до сотен кВт, чтобы снизить потери при транспортировке, и передают по ЛЭП в нужное место, где снова понижают.

Гидроэлектростанция – ГЭС

Применяя трёхфазное переменное напряжение, повышают производительность структуры энергосистемы. Передача одинаковой мощности трёхфазной сети требует меньшего количества проводников, в отличие от однофазной линии.

Важно! Если сравнить два трансформатора одинаковой мощности, то габариты однофазного трансформатора больше, чем трёхфазного. Изготовление асинхронных двигателей обходится дешевле, чем двигателей постоянного тока. В них отсутствуют коллектор и щётки, по мощности при одинаковых размерах асинхронные двигатели обгоняют постоянные в 2-3 раза.

Недостатки постоянного тока

Кроме того, что источники этого вида тока имеют непростую конструкцию, они сложнее в эксплуатации. При КПД, равном 94%, предельная мощность этих машин не выше 20 МВт. Присущи и другие минусы:

  • для повышения или понижения напряжения применяют сложные схемы;
  • двигатели, рассчитанные на потребление такого электричества, также конструктивно сложны и недешевы;
  • развязка низкого и высокого напряжения требует сложных решений.
Читайте также:  Генератор для резонанса токов

Полностью отказаться от таких источников и потребителей не получается, так как они востребованы и имеют свои преимущества.

Недостатки переменного тока

При передаче энергии изменяющего направление тока на большие расстояния возникают затруднения. Создание Единой Энергетической Системы выявило ряд недостатков:

  • пропускная способность кабельных линий низкая из-за ёмкости между проводниками и землёй;
  • при объединении и кольцевании ветвей системы, расположенных друг от друга на больших расстояниях, невозможно выполнить синхронизацию станций;
  • пороговый предел устойчивости, необходимый для согласования, заканчивается на длинах линий свыше 500 км, при этом требуется повышение напряжения до 450 кВ, что приводит к удорожанию оконечного оборудования.

К сведению. При повышенном напряжении у воздушных линий возникает коронный разряд. Это процесс ионизации у проводников с малым радиусом. Чтобы в этом случае не происходило стекание электричества, приходится увеличивать диаметр проводов, это ведёт к удорожанию линии.

Преимущества постоянного тока

Какие качества делают незаменимым постоянный ток? К плюсам относятся:

  • в цепях нет реактивной мощности, которая приводит к потерям;
  • параллельно работающие генераторы нет необходимости синхронизировать;
  • повышенная дальность передачи энергии в больших объёмах;
  • безопасность для человека при соприкосновении с токоведущими жилами.

К достоинствам добавляется то, что такое электричество, как постоянный ток, течёт по всему сечению проводника, поэтому потери мощности минимальны.

Плотность расположения зарядов по сечению проводника

История появления и «войны токов»

Никола Тесла и Томас Эдисон не дожили до того момента, когда представитель компании Consolidated Edison поставил точку в борьбе двух технологий. Переменный электрический ток одержал победу. В 2007 году ведущий инженер компании отсоединил кабель, символизирующий питание Нью-Йорка постоянным током.

Сербский учёный Никола Тесла ещё в 1882 году придумал, как применить эффект вращающегося электромагнитного поля. В то время Эдисон уже ввёл в строй 2 электростанции, вырабатывающие постоянный ток, и организовал производство кабелей, устройств освещения и динамо-машин. Тесла одно время работал в компании Эдисона и ремонтировал машины постоянного тока. Эдисон обещал Николе заплатить за проекты по модернизации двигателей, но выплатить вознаграждение за проведённую работу отказался. Тесла продал патенты своих изобретений Джорджу Вестингаузу, президенту компании Westinghouse Electric Corporation за 1 млн. долларов. Первая электростанция на 500 В изменяющего свою полярность электричества запущена в 1886 г. Война токов продолжалась более века.

Источники постоянного электрического тока

Для его получения используют специальный генератор, работа которого основана на законе электромагнитной индукции – ЭДС. Если вращать металлическую рамку, в зоне действия электромагнитного поля возникнет ЭДС, и по рамке потечёт электричество.

Генератор постоянного тока

Внимание! Увеличение ЭДС получают повышением силы поля или скорости вращения рамки. Снижения пульсации полученного движения электричества добиваются добавлением числа рамок.

Немеханические производители электричества постоянной природы:

  • солнечные батареи;
  • гальванические элементы;
  • термохимические элементы.

Аккумуляторы энергии из этой группы ограниченного срока действия и требуют периодической подзарядки.

Источники постоянного тока

Применение

Использование в электронике для питания схем – это не конечные варианты применения DC. Постоянный ток нашёл употребление в следующих случаях:

  • в электролизе – получение в промышленных масштабах металлов из солей и растворов;
  • гальванопластике и гальванизации – покрытие металлами электропроводящих поверхностей;
  • в сварочных работах – работа с нержавеющей сталью;
  • на транспорте – двигатели трамваев, электровозов, троллейбусов, ледоколов, подводных лодок;
  • в медицине – ввод лекарственных препаратов в организм при электрофорезе.

Для информации. В СССР начинали электрификацию железной дороги постоянным током на участках Баку – Сурамский перевал и Сабучини. До Великой Отечественной войны напряжение составляло 1,5 кВ, потом было переведено на 3 кВ. В общей сложности половина ж/д линий работало от этого вида тока.

Переменный ток

Вынужденные гармонические электромагнитные колебания – это синусоидальный ток. Колебания происходят с частотой 50 Гц в секунду. Напряжение и ток за период в среднем равны нулю.

Чем постоянный ток отличается от переменного, и каков его путь от источника до потребителя?

Ток постоянный не совершает колебаний, в этом постоянный и переменный ток различаются. Подача Direct Current – DC к потребителям также происходит по проводам и кабелям. Действуют до сих пор ЛЭП Волгоград – Донбасс.

Преобразование

К бытовым приборам, требующим снабжение схем электричеством типа DC, его подают через блоки питания. Это схемы, включающие в себя понижающий трансформатор и выпрямляющий блок. При подключении блока питания к устройству следят за совпадением их параметров по напряжению и мощности. Параметры указаны на корпусе прибора.

Блок питания от сети 50 Гц

В настоящий момент оба вида электричества отлично уживаются в современном мире. Схемы смешанного питания потребителей только дополняют друг друга.

Видео

Источник

Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

  • Вычислительная техника
    • Микроконтроллеры микропроцессоры
    • ПЛИС
    • Мини-ПК
  • Силовая электроника
  • Датчики
  • Интерфейсы
  • Теория
    • Программирование
    • ТАУ и ЦОС
  • Перспективные технологии
    • 3D печать
    • Робототехника
    • Искусственный интеллект
    • Криптовалюты

Чтение RSS

Сравнение способов передачи энергии с помощью постоянного и переменного тока

Какие существуют виды передачи энергии по проводам

Электрическая энергия может передаваться как с помощью систем постоянного тока, так и с помощью систем переменного тока. Но есть некоторые преимущества и недостатки обеих систем.

Сравнение способов передачи энергии с помощью постоянного и переменного тока

Поэтому в данном материале мы обсудим технические преимущества и недостатки как систем переменного тока, так и систем постоянного тока.

Передача энергии постоянного тока

Некоторое время назад передача электроэнергии осуществлялась постоянным током из-за следующих преимуществ.

  1. При передаче постоянного тока используются два провода, а для передачи переменного тока, как правило, требуются три проводника.
  2. В передаче постоянного тока нет индуктивности и скачков (волны высокого напряжения в течение очень короткого времени).
  3. Из-за отсутствия индуктивности происходит очень низкое падение напряжения в линиях передачи постоянного тока по сравнению с переменным током (если нагрузка и конечное передаваемое напряжение передачи).
  4. Система постоянного тока имеет меньший потенциал напряжения в системе переменного тока для такого же уровня напряжения. Поэтому линия постоянного тока требует меньшей изоляции.
  5. Для DC-систем требуется проводник небольшой площади поперечного сечения.
  6. В системе постоянного тока нет помех относительно систем связи.
  7. В высоковольтных линиях постоянного тока DC отсутствуют диэлектрические потери.
  8. В системе передачи постоянного тока нет проблем с синхронизацией и стабильностью.
  9. В системе постоянного тока диапазон регулирования скорости больше, чем в системе переменного тока.
  10. В системе питания постоянного тока потери в оболочке подземных кабелей низки.
  11. Система постоянного тока больше подходит для высокомощной передачи за счет высокого значения тока.

Но есть и недостатки систем постоянного тока.

  1. Из-за коммутационных проблем электрическая энергия не может производиться при высоком постоянном напряжении.
  2. Для передачи высокого напряжения мы не можем изменять уровень напряжения постоянного тока (поскольку трансформатор не может работать на постоянном токе).
  3. Существует предел DC-переключателей и автоматических выключателей (к тому же они дорогостоящие).
  4. Мотор-генераторный агрегат используется для снижения уровня напряжения постоянного тока, а КПД мотор-генератора ниже, чем трансформатора.
  5. Уровень напряжения постоянного тока не может быть легко изменен. Таким образом, мы не можем получить желаемое напряжение для электрических и электронных приборов (например, 5 вольт, 9 вольт 15 вольт, 20 и 22 вольта и т. д.) непосредственно из системы передачи.

Передача энергии переменного тока

Из-за перечисленных выше недостатков систем постоянного тока на сегодняшний день распространена передача энергии посредством переменного тока, которая имеет приведенные ниже преимущества.

  1. Позволяет передавать энергию дальше, если затраты на оборудование подстанций схожи.
  2. Уровень напряжения переменного тока может быть легко увеличен или уменьшен благодаря повышающим напряжение и понижающим трансформаторам.
  3. Автоматические выключатели переменного тока дешевле, чем автоматические выключатели постоянного тока.
  4. Ремонт и обслуживание подстанций переменного тока легче и дешевле, чем подстанций постоянного тока.
Читайте также:  Не выставляется сила тока орион

Впрочем, есть и недостатки таких систем.

  1. В линии переменного тока размер проводника больше, чем в линии постоянного тока.
  2. Потери в системе переменного тока больше.
  3. В линиях переменного тока имеется емкость, поэтому наблюдается постоянная потеря мощности при отсутствии нагрузки на линии или при разрыве линии.
  4. Требуется дополнительная изоляция в системе переменного тока.
  5. Наблюдается влияние систем связи.

Вследствие «войны токов» победила в конечном счете сторона, продвигавшая идеи передачи энергии за счет переменного тока. Впрочем, некоторые недостатки систем постоянного тока устраняет современная электроника. Так, в настоящее время можно повысить или понизить уровень напряжения постоянного тока с помощью чоперов и бустеров. Также в некоторой степени устранены проблемы коммутации, и для этой цели мы можем использовать выпрямительные блоки. Сегодня системы постоянного тока также находят использование, но в основном в локальных областях для передачи энергии от альтернативных источников (солнечных и ветряных электростанций).

Источник

Плюс и минус

Сегодня во всём мире растёт интерес к линиям электропередачи на постоянном токе (ЛЭП ПТ), которые в ряде случаев обладают заметными техническими и экономическими преимуществами по отношению к линиям электропередачи переменного тока той же мощности.

Переход на постоянный ток выгоден по многим причинам. Затраты на строительство самих линий снижаются — замена трёх фаз на два полюса позволяет резко сократить стоимость проводов или кабелей. В случае воздушных линий опоры конструктивно проще и легче, а трасса линии — уже. Также заметно снижается расход строительных и конструкционных материалов. Однако преобразовательные подстанции ЛЭП ПТ сложнее и дороже подстанций ЛЭП переменного тока, поскольку содержат много дополнительного оборудования. Это мощные преобразовательные установки со своими системами регулирования, защиты, сигнализации, охлаждения и т. д. Также на подстанциях должны быть синхронные компенсаторы или мощные батареи конденсаторов для компенсации реактивной мощности, потребляемой самими преобразователями. Там же монтируются фильтры высших гармоник, сглаживающие реакторы и другое оборудование.

Точка невозврата

Существует понятие критической длины линии. Это длина, при которой суммарная стоимость решений на постоянном и переменном токе (подстанции плюс линия) одинакова. При длине линии больше критической экономически выгоднее строить ЛЭП ПТ. 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.

В некоторых случаях постоянный ток оказывается безальтернативным вариантом. Например, если нужно соединить две системы переменного тока, работающие асинхронно или имеющие разные частоты (50 и 60 Гц). В таких случаях используют вставки постоянного тока.

Также отметим, что мощность и длина линии переменного тока ограничиваются эффектами статической и динамической неустойчивости, а мощность и длина ЛЭП ПТ — только параметрами преобразовательного оборудования. Более того, постоянный ток облегчает работу системного оператора: передаваемую по ЛЭП ПТ мощность можно регулировать очень быстро и практически от нуля до максимума.

ЛЭП ПТ также снижают вероятность серьёзных системных аварий и облегчают послеаварийное восстановление сетей. Если при повреждении провода одной фазы линия переменного тока отключается целиком, то при повреждении провода одного из полюсов ЛЭП ПТ по проводу другого полюса можно передавать половинную мощность. Земля заменяет повреждённый провод. Подобный режим, допустимый лишь ограниченное время, обычно позволяет сохранить энергоснабжение потребителей первой категории.

Поле для внедрения

В современных крупных городах, где возможности строительства новых воздушных линий ограничены, используются «глубокие вводы» на кабелях постоянного тока. Подводные кабельные линии, работающие на постоянном токе, могут иметь длину до 500 км. Подобные решения на переменном токе невозможны в принципе из-за повышенной реактивной составляющей кабельной линии.

Конечно же, перспективы применения ЛЭП ПТ зависят от общей конфигурации энергосистемы. В 1960-х годах в СССР сложилась такая ситуация, что основные энергетические ресурсы страны размещались за Уралом, а центры электрической нагрузки — в Европейской части страны. Нужно было перебрасывать большие мощности на огромные расстояния. На тот момент уже были отработаны методы разработки и технологии строительства классических ЛЭП ПТ с высоковольтными ртутными и тиристорными преобразователями напряжения.

В середине 1960 гг. в СССР была разработана государственная программа, конечной целью которой было создание сверхмощной (6 ГВт) линии электропередачи постоянного тока Экибастуз — Центр напряжением 1500 кВ (±750 кВ относительно земли). В проекте линии длиной 2400 км (она должна была стать крупнейшей в мире) предполагалось на начальной стадии для преобразования напряжения использовать высоковольтные ртутные вентили.

В 1966 г. Совет Министров СССР выпустил постановление о проведении НИОКР в области создания сверхдлинных ЛЭП постоянного тока. Головным предприятием по разработке комплексного электротехнического оборудования для ЛЭП ПТ напряжением 1500 кВ был назначен Всесоюзный электротехнический институт. В то время ВЭИ занимал лидирующие позиции в стране и мире в области мощных ртутных вентилей и электронных вакуумных устройств.

Однако уже в 1970 г. в связи с быстрым развитием полупроводниковой преобразовательной техники было принято решение прекратить разработку новых мощных ртутных вентилей и в дальнейшем ориентироваться на тиристорные силовые приборы.

Наращивая напряжение

С 1970 по 1980 гг. в стране разрабатывались комплексы электрооборудования для ультравысоковольтных ЛЭП переменного тока напряжением 1150 кВ и постоянного тока 1500 кВ (±750 кВ). Практическая реализация проектов была запущена 30 апреля 1981 г. совместным Постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР № 412. Это постановление предписывало Министерству энергетики и электрификации СССР построить и ввести в действие в 1981-1990 гг. ЛЭП переменного тока напряжением 1150 кВ Экибастуз — Кокчетав — Кустанай — Челябинск (1272 км), Сургут — Урал (500 км), Итат — Новокузнецк (272 км), Новокузнецк — Западно-Сибирская — Экибастуз (950 км), а также уже упомянутую ЛЭП ПТ Экибастуз — Центр. Её назначение — передача энергии от Экибастузских ГРЭС в энергосистему Центра для покрытия дефицита мощности в этом районе. Кроме того, ставилась задача построить линии электропередачи переменного тока напряжением 500 кВ (с подстанциями) общей протяжённостью около 2 тыс. км, необходимые для распределения электрической энергии от подстанций с напряжениями 1150 и 1500 кВ.

Проект ЛЭП ПТ Экибастуз — Центр разрабатывали три организации: «Энергосетьпроект» (ведущий проектировщик), ВЭИ (разработчик электротехнического оборудования) и Научно-исследовательский институт постоянного тока (разработчик технических требований к оборудованию).

Согласно проекту, выпрямительная подстанция располагалась в Экибастузе, инверторная — в Тамбове. Для ЛЭП Экибастуз — Центр были разработаны, изготовлены, испытаны и частично поставлены на первую очередь преобразовательных подстанций (одна ветвь мощностью 1500 МВт) уникальные высоковольтные тиристорные вентили, однофазные двухобмоточные преобразовательные трансформаторы мощностью 320 МВА на классы напряжения ±400 и ±750 кВ, линейные реакторы на класс напряжения ±750 кВ, серия унифицированных разрядников, аппаратура систем управления, регулирования, защиты и автоматики ЛЭП и другое электрооборудование.

Ввод линии постоянного тока в эксплуатацию, перенесённый на 1992-1995 гг., не состоялся из-за распада СССР. К 1991 г. была построена воздушная ЛЭП длиной почти 1000 км, на преобразовательных подстанциях начался было монтаж электрооборудования, но вскоре все работы были прекращены. Электрооборудование было разобрано, ЛЭП — демонтирована и сдана в металлолом.

О грандиозном советском проекте сегодня напоминают лишь оставшиеся кое-где отдельные конструкции. Например, в районе Вольска (Саратовская область) гигантские 124-метровые опоры, установленные для пересечения Волги, несут провода 500-киловольтной ЛЭП переменного тока Балаковская АЭС — Курдюм — Фролово.

По данным специалистов ВЭИ, электрооборудование для линий постоянного тока напряжением 1500 кВ, созданное в СССР, опередило зарубежные разработки примерно на 20 лет. Первая ЛЭП подобного класса (±800 кВ) была запущена в эксплуатацию в Китае только в 2010 г.

Источник