изменение технологий передачи электрической энергии

VII Всероссийская конференция «Научная инициатива иностранных студентов и
аспирантов российских вузов»
30% от общего объема. Также ярко окрашенный в фиолитовый цвет,
изотропен, и дает идиоморфную форму зерна. В качестве акцессорных
минералов присутствуют монацит, апатит.
Флюориты
карбонат
а
б
Рис.2 а) при 2х николях б) при одном николи
В данный момент автором изучаются особенности вещественных
составов и газово-жидкие включения для выяснения условий
образования карбонатитов комплекса Мушугай-Худук.
ИЗМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ПЕРЕДАЧИ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
Белоногова Валентина Андреевна
Научный руководитель: Уфа Руслан Александрович
Томский Политехнический Университет, г. Томск
Открытое в стенах лабораторий явление электричества, и как
следствие электрической энергии, быстро получило применение в
качестве товара потребления.
Так, изобретение электрической лампы дало импульс для создания
централизованной системы освещения, и как следствие создание
системы питания не постоянным, а переменным током. Таким образом,
произошла быстрая интеграция электричества в жизнь человека.
Электропередачи сверхвысоких напряжений играют важную роль в
современной энергетике, обеспечивая выдачу мощности от крупных
электростанций и являясь связующими звеньями в единой
энергосистеме страны.
В настоящее время в современной энергетике выделяют два типа
линий электропередачи – передача электроэнергии на постоянном токе
и передача на переменном токе.
78
VII Всероссийская конференция «Научная инициатива иностранных студентов и
аспирантов российских вузов»
Каждый тип линий передачи претерпели значительные изменения в
конструкции и в электрических характеристиках с момента создания
первой линии электропередачи, запущенной в 1882 году немецким
инженером Миллером и французским инженером Депре на линии
Мисбах-Мюнхен на расстояние 52 км. Она передавала энергию
постоянного тока в печь стекольного завода от вращаемого паровой
машины генератора постоянного тока.
Согласно теории электротехники, а за тем и опытным путём было
установлено, что при достижении соединительных проводов от
генераторов до потребителей более ста метров, мощность у
потребителей снижалась из-за наличия потерь в проводе. Потери в
проводах обуславливаются тепловым действием протекающего тока и
2
определяются по формуле: P= I ⋅ R ,где I- сила тока, R- сопротивление
провода. R = r0 ⋅ l ,где r0 - погонное сопротивление провода, l - длина
провода. Таким образом, потери прямо пропорциональны величине тока
и длине провода. Если длину провода уменьшить не представляется
возможным, то уменьшить величину тока можно за счет увеличения
величины напряжения.
Данные выводы были подтверждены экспериментально. В ходе
данных экспериментов был выявлен еще один недостаток
использования системы постоянного тока. При увеличении напряжения
питания и возможного снижения потерь в передаваемой линии на
стороне потребителей необходимо наличие передаточного устройства –
преобразовательного блока.
Первый преобразовательный блок был разработан швейцарским
инженером Рене Тюри, который использовал несложную схему работы:
двигатель переменного тока вращает генератор постоянного тока и
передает энергию через линию в двигатель постоянного тока, который в
свою очередь вращает генератор переменного тока. Однако и эта
предложенная схема имела значительные недостатки.
Таким образом, система передачи электрической энергии на
постоянном токе определяет определённые трудности при генерации
электрической энергии и значительные экономические затраты.
Одним из первых, кто предложил решение вышеописанной
проблемы был П.Н. Яблочков, он предложил «дробление электрической
энергии» посредством индуктивных катушек, представляющих собой
трансформатор с разомкнутым магнитопроводом.
79
VII Всероссийская конференция «Научная инициатива иностранных студентов и
аспирантов российских вузов»
Рис.1 Система распределения переменных токов с помощью
трансформатора с разомкнутым магнитопроводом. А – источник
переменного тока, В – индуктивная катушка, С – лампочка.
Поставил точку в данном вопросе М. О. Доливо-Добровольский.
Он изучал явления вращающегося магнитного поля, и является
создателем трехфазных электрических машин - синхронного
генератора, асинхронного двигателя и трансформатора. Данные
изобретения позволяют генерировать, трансформировать трехфазный
переменный ток и передавать его на большие расстояния.
Однако приверженцев системы передачи электрической энергии на
постоянном токе не покидала мысль по использованию линий
электропередач постоянного тока. Это стало возможным с появлением
мощных дуговых электроприборов - высоковольтных ртутных
вентилей. Первая линия передачи на постоянном токе с использованием
ртутных вентилей была запущена в 1971г. для передачи энергии от
гидрогенераторов Маниообы.
Рассмотрим основные элементы и используемые схемы передачи
электрической энергии на постоянном и переменном токе.
Типовая структурная схема систем передачи постоянного тока
представлена на рис. 2:
Рис. 2 Структурная схема передачи постоянного тока.
80
VII Всероссийская конференция «Научная инициатива иностранных студентов и
аспирантов российских вузов»
На рис. 2 представлены:
• система 1 и 2. Электроэнергетические системы. Включающие
в себя узлы генерации, преобразования и передачи
электрической энергии.
• Тр1 и 2. Повышающие трансформаторы, необходимые для
увеличения уровня напряжения передаваемой мощности.
Типовая структурная схема систем передачи постоянного тока
представлена на рис. 3:
Рис. 13. Структурная схема передачи постоянного тока.
На рис. 13 представлены:
1. преобразовательные блоки, выполненный на базе силовых
полупроводников устройств. Один блок представляет собой
выпрямитель, для преобразования энергии переменного тока
в постоянный, другой – инвертор предназначен для
преобразования энергии постоянного тока в переменный той
же или отличной частоты.
2. сглаживающий реактор предназначен для сглаживания
пульсаций выпрямленного тока за счет наличия
несинусоидального сигнала, также необходим в схемах на
базе преобразователей тока для ограничения выпрямленного
тока.
3. фильтр на стороне постоянного тока представляет собой
конденсаторную батарею, предназначенную для буфера
мощности в момент нарушения баланса передаваемой
мощности.
4. фильтр на стороне переменного тока предназначен для
гашения
высокочастотных
гармоник,
генерируемых
преобразовательными блоками в момент коммутации.
Согласно рассмотренным структурным схемам можно сделать
выводы, что система переменного тока не требует большого количества
81
VII Всероссийская конференция «Научная инициатива иностранных студентов и
аспирантов российских вузов»
силового оборудования в отличие от систем постоянного тока. Однако,
наличие развязки на постоянном токе положительно сказывается на
режимных вопросах управления объединенными энергосистемами.
Кроме того, передаваемая мощность в системах переменного тока –
полная мощность, состоит из активной (полезная) и реактивной
(паразитной) составляющей, тогда как в системах постоянного тока
передается только активная мощность.
Преимущества систем передачи электрической энергии на
постоянном токе в сравнении с системой переменного тока позволит
решить ряд технический проблем, касающихся режимных вопросов:
• передача электрической энергии на дальние расстояния;
• объединение больших энергосистем;
• увеличение управляемости передаваемой мощности и
надежности функционирования энергосистем;
• уменьшение влияния электрического поля;
• снижение электрических потерь и использование меньшего
количества проводников (только два провода);
• комбинированное использование генерации электрической
мощности нетрадиционных и возобновляемых источников
энергии.
• влияние на экономические и социальные сферы.
Также, возможность передачи на дальние расстояния позволит
государству наладить или создать новые торгово-экономические
отношения с соседними государствами.
На сегодняшний день в мире широко используется системы
передачи на переменном токе. Однако развитие силовой
полупроводниковой техники позволило по-новому взглянуть на
вопросы касающиеся управления, преобразования и передачи
электрической энергии. Преимущества передач постоянного тока над
системами переменного тока отражены в работе и аргументированы.
Значимым преимуществом системы постоянного тока можно
выделить обеспечение объединенной работы традиционной и
альтернативной энергетики, что дает возможность в недалеко будущем
оградить человечество от энергетического кризиса.
82