Вопрос 5. Линия электропередач (ЛЭП) постоянного тока, электрические сети постоянного тока

ЛЭП постоянного тока применяются для дальнего транспорта электрической энергии и связи электрических сетей с разными номинальными частотами или с различными подходами к регулированию при одной номинальной частоте (вставки линии постоянного тока или ну левой длины). В России ЛЭП постоянного тока почти не используется (Волгоград-Донбасс на 800 кВ, 376 км).

Для связи с другими странами применяют вставки из линий постоянного тока. За рубежом в разных странах существует несколько десятков ЛЭП постоянного тока, среди которых самой мощной является Итанпу-Сан Паулу (Бразилия) с номинальным напряжением 1200 кВ. длиной 783 км и пропускной способностью 6.3 млн кВт.

Воздушные и кабельные линии постоянного тока. Основное оборудование преобразовательных подстанций

Воздушная линия постоянного тока отличается от линии переменного тока главным образом конструкцией опор Эскизы возможных конструкций опор для различных типов линий постоянного тока приведены на рис 12 21 Для этих опор требуется меньший расход стали, и они проще по конструкции по сравнению с опорами линии переменного тока сопоставимого класса напряжения и пропускной способности На рис 12.22 приведены конструкции промежуточных опор линии 1150 кВ переменного тока и линии ±750 кВ постоянного тока, изображенные в одном масштабе Эти линии имеют примерно одинаковую пропускную способность (около 6000 МВт) Масса опоры линии переменного тока 19,8 т, опоры линии постоянного тока 9,4 т. Примерно такие же соотношения существуют и для других сопоставимых линий переменного и постоянного тока При этом для линии.

постоянного тока ширина полосы отчуждения на 25—30% меньше, чем для линии переменного тока. Отсюда меньшая стоимость линии постоянного тока при прочих равных исходных данных. Условия работы линейной изоляции на постоянном напряжении существенно отличаются от условий ее работы на переменном напряжении. В линиях переменного тока распределение напряжения по гирлянде изоляторов определяется главным образом собственными емкостями каждого изолятора и его емкостями между изолятором и проводом, а также между изолятором и землей В результате этого загрязнение поверхности изоляторов мало сказывается на распределении напряжения по ним. В линиях постоянного тока емкости изоляторов не участвуют в распределении напряжения полюс—земля по гирлянде. Это распределение определяется поверхностными утечками тока по изоляторам, которые связаны с загрязнением их поверхностей При чистых сухих изоляторах распределение напряжения по ним равномерное, но при загрязнении или увлажнении отдельных изоляторов эта равномерность нарушается, и на других изоляторах гирлянды напряжение повышается, что может привести к их выходу из работы Решение этой проблемы состоит в применении изоляторов с увеличенной длиной пути утечки или увеличении их количества в поддерживающих гирляндах. Однако при этом возрастает стоимость линии. Конструкция полюса линии постоянного тока идентична конструкции фазы линии переменного тока Здесь также применяются расщепленные провода Причины этого такие же, как в линиях СВН переменного тока Первая заключается в больших токах полюса, что предопределяет и большое суммарное сечение проводов полюса (несколько тысяч квадратных миллиметров) Проводов таких сечений заводы не выпускают, потому что доставка их на трассу и последующий монтаж крайне затруднительны Поэтому используется пучок проводов меньших сечений, с которыми легче работать Вторая причина заключается в необходимости исключить общее коронирование проводов, для чего необходимо снизить напряженность электрического поля на их поверхности. Методика расчета этой напряженности практически такая же, как для линий СВН переменного тока. Исключение составляют некоторые расчетные выражения, связанные с определение емкости полюса (иная конструкция опоры) и напряженности электрического поля на поверхности провода. Для кабельных линий постоянного тока могут быть использованы различные типы кабелей: кабели с бумажной изоляцией и вязкой пропиткой, кабели с маслом под давлением, кабели с газом под давлением. До недавнего времени наиболее широко применялись кабели с бумажной изоляцией и вязкой пропиткой Электрическая прочность такого кабеля много выше, чем кабеля переменного тока при той же толщине изоляции. Это объясняется тем, что этот тип изоляции состоит из двух слоев — бумаги и вязкой пропитки, основу которой составляет масло. Вследствие различий в их диэлектрической проницаемости при постоянном напряжении большая напряженность электрического поля приходится на бумагу, электрическая прочность которой выше, чем у масла. При переменном напряжении распределение напряженности поля обратное. Поэтому эти кабели и получили широкое применение при сооружении кабельных линий постоянного тока. В настоящее время создан кабель на напряжение 400 кВ и ток 1,25 кА наружным диаметром 128 мм.

Кабели с изоляцией из вулканизированного (сшитого) полиэтилена для линий постоянного тока стали применять сравнительно недавно, с конца 90-х годов прошлого столетия. Кабели высокого напряжения с такой изоляцией для линий переменного тока начали применять значительно раньше, так как полиэтиленовая изоляция по-разному реагирует на постоянное и переменное напряжение.

При работе на постоянном напряжении в этой изоляции возникает объемный заряд того же знака, что и у токопроводящей жилы, который настолько искажает электрическое поле кабеля, что его напряженность превышает допустимые пределы и в кабеле присходит пробой изоляции Потребовались длительные исследования, чтобы этот недостаток был устранен. Сейчас кабели с полиэтиленовой изоляцией созданы на напряжение до 300 кВ относительно земли. Такие кабели обладают рядом преимуществ по сравнению с другими типами кабелей: они имеют меньшие размеры и массу, могут быть уложены на поверхности с уклоном, поскольку нет опасности стекания вязкой пропитки, удобнее в монтаже. Поэтому кабели с полиэтиленовой изоляцией получают все большее применение при сооружении линий постоянного тока. Поскольку кабельные линии 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, чтобы сократить число соединительных муфт, которые всегда являются источником повышенной опасности для кабеля. Для этой цели используются специальные суда-кабелеукладчики с горизонтальной катушкой большого диаметра, который 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 посередине Рассматриваются проекты сооружения подводных кабельных линий длиной 500—600 км. Первые кабельные линии укладывались непосредственно на дно моря, однако они часто повреждались рыболовными тралами или якорями судов Сейчас при глубинах менее 70 м кабель укладывается в траншею Эта траншея имеет глубину до 1,5 м и прокладывается с помощью подводных траншеекопателей, управляемых с судна.