Передача энергии постоянным током

В развитии электропередачи постоянным током можно выделить два основных направления:

получение высокого напряжения без преобразования рода тока;

использование преобразовательной техники.

Наибольших достижений в развитии техники передачи электроэнергии постоянным током удалось добиться швейцарскому инженеру Рэне Тюри.

Он реализовал идею Фонтена, введя небольшое усовершенствование: выходившая из строя электрическая машина специальным автоматом отсоединялась от линии, а концы последней соединялись между собой. На приемном конце линии сооружалась подстанция, на которой последовательно включались двигатели. Каждый из этих двигателей приводил в действие генератор низкого напряжения. Таким образом, «система Тюри» представляла собой линию высокого напряжения, присоединенную своими концами к двум системам последовательно включенных машин.

Первая электропередача по системе Тюри была осуществлена в Генуе в 1893 г. Она работала сначала на напряжении 5-6, затем 10 и даже 14 кВ при мощности 325 кВт. Общая длина линий достигала 60 км [1].

Опытами передачи по системе Тюри завершилось первое направление в развитии электропередачи постоянным током.

Второе направление возникло в 1918 г. К этому времени, как будет показано ниже, уже успешно действовала мощная 3-х фазная электропередача высокого напряжения (до 150 кВ).

Но уже к концу второго десятилетия текущего столетия наметились контуры новой и весьма неожиданной проблемы. Дело в том, что при значительных расстояниях передачи при высоком напряжении начинала существенно сказываться емкостная проводимость линий и значительно возрастал емкостной ток. При передачи энергии на расстояние более 300 - 500 км этот емкостной ток уже трудно было компенсировать.

Первым важность наметившейся проблемы оценил М.О. Доливо-Добровольский, и в ноябре 1918 г., за год до смерти, выступил с докладом на тему «О границах применения переменных токов для передачи энергии на большие расстояния». На основании технико-экономических расчетов он показал, что возможности переменного тока для целей электропередачи ограниченны и будущее в этом вопросе принадлежит постоянному току. В качестве примерной границы он указал напряжение ~ 200 кВ и расстояние порядка несколько сотен км. С современной точки зрения они являются конечно заниженными, но это ни в коей мере не умаляет важности принципиальной постановки задачи.

Замечательным является то, что еще в 1918 г. Доливо-Добровольский указывал, что одной из вероятных схем передачи энергии может быть линия постоянного тока, присоединенная на своих концах к преобразовательным подстанциям. Таким образом, он указывал на вероятность того, что генерирование и распределение энергии в будущем будут производиться переменным током, а ее передача - выпрямленным током высокого напряжения. В качестве одного из вариантов решения проблемы преобразования переменного тока в постоянный Доливо-Добровольский назвал применение ртутных выпрямителей.

Рост мощностей электростанций и дальности электропередачи, укрупнение энергосистем были столь быстрыми, что уже в 1920 - 1922 гг. в США, а затем и в других странах серьезно изучался вопрос об устойчивости параллельной работы синхронных генераторов. Известно, что нарушение устойчивости при каких-либо более или менее резких изменениях режима работы вызываются расстройством синхронной работы генераторов на связанных линиями электростанциях. Крупнейшая авария в 1965 г. в Нью-Йорке [1] показала, что нарушение устойчивости линий электропередачи переменного тока может привести к "распаду" даже очень крупную энергетическую систему. Глубокое изучение этого вопроса привело к тому, что наряду с другими методами повышения устойчивости параллельной работы стала рассматриваться и такая радикальная мера, как осуществление межсистемных связей линиями постоянного тока. В этом случае две связанные такой линией системы могут работать и не синхронно друг с другом.

При всех своих преимуществах электропередача постоянным током обладает крупными недостатками:

- она требует применения сложных и дорогих выпрямителей и инверторов;

- затрудняется решение задачи об отборе энергии в промежуточных пунктах линии, так как современная техника пока практически не располагает выключателями постоянного тока высокого напряжения.

В конце 30-х начале 40-х годов в разных странах было построено несколько опытных линий передачи постоянного тока напряжением 30-90 кВ.