Высокое напряжение. Х/ф / Художественный / Russia.tv

Две лучшие подруги, Мари и Алекс, приезжают в загородный дом к родителям последней, намереваясь весело провести выходные. Сгущаются сумерки, время близится к полуночи — и на пороге появляется исчадие Ада в человеческом обличии, которое тоже не прочь повеселиться.

Маньяк-убийца не привык обращаться с огнестрельным оружием, его любимые игрушки — острые лезвия, стекла, ножи и пилы. Как неистовый мясник, он последовательно разделывает отца Алекс, ее мать, младшего брата и подругу. Саму же девушку крепко стягивает веревками и увозит с собой в лес. Однако он не подозревает о том, что Мари жива и следует за ним. Ей теперь все равно — страшнее того, что она уже видела, быть не может…

Александр Ажа (режиссер и соавтор сценария фильма):

«Сюжет простой, очевидный, мы сделали фильм с единственной целью: напугать! Мы играем со всеми первобытными страхами — со страхом неизвестного, со страхом темноты, клаустрофобией, значимостью смерти.

┘ Мы работаем в жанре, в котором неожиданность очень важна. Сначала мы хотели, чтобы все действие происходило в доме, куда проникает убийца, но мы сразу осознали, насколько это нас ограничит, и решили вынести преследование за пределы дома, чтобы превратить ночь в удушающий кошмар.
┘ Мы хотели, чтобы интрига была линейной и чтобы зритель не мог заранее угадать, что будет дальше».

Грегори Левассер (сценарист и художественный директор):

«Мы с самого начала знали, чего хотели. Мы использовали все, чтобы довести зрителя до самого высокого уровня напряжения!
┘Убийцу сначала трудно разглядеть, проходит достаточно много времени перед тем, как вырисовывается что-то конкретное. Вначале он воспринимается только через свои поступки, мы слышим его тяжелое дыхание, медленные шаги, видим бритву в его комбинезоне┘»

Филипп Наон (актер):

«Мой герой — кровавый убийца, настоящий псих, которого ничто не останавливает. В фильме у меня всего пять или шесть фраз, и в первой половине видно только мою спину, ноги и руки! Моя роль заключалась в материализации угрозы, разрушительной мощи, решившей идти до конца.
…Я впервые играю в фильме такого жанра. Мне нравится играть людей, на которых я совершенно не похож, а это был как раз такой случай. В одном и том же фильме я пугаю до смерти двух девушек, убиваю мальчика, отрываю голову отцу и перерезаю горло матери…»

Рекомендуется смотреть только людям с крепкой нервной системой!

Режиссер: Александр Ажа
Продюсер: Люк Бессон
В ролях: Сесиль де Франс, Маивенн, Филипп Наон

Высокое напряжение

Большое по амплитуде электрическое напряжение. Смертельно опасное для жизни!

17.01.2013

Источник высокого напряжения

Данный источник высокого напряжения имеет так-же высокий выходной ток, по сравнению с подобными конструкциями. Может использоваться как основной модуль шокера или источник напряжения для небольшой SGTC Теслы. Напряжение на выходе около 3-6кВ, при повышенном токе.

Автор: MC_RRR

0 0 _[0]

---

Похожие статьи: 19.01.2013

Осторожно, высокое напряжение (Часть 2)

Демонстрация одного из опытов Н. Теслы. Передача тока с использованием всего одного провода — один из самых интересных опытов Николы Теслы. Этот метод позволяет передавать электрический ток на неограниченные расстояния при использовании всего одного провода…

Автор: АКА КАСЯН

2 0 _[0]

---

Похожие статьи: 11.04.2013

Мощный качер Бровина на 4-х транзисторах

Качер Бровина — это генератор электромагнитных колебаний. Мною была собрана и проверена схема мощного качера на 4-х транзисторах. Предназначается устройство для разных целей. Например: передача энергии по одному проводу и по воздуху, зажжение газовых ламп в руках и многое другое.

Автор: Александр Найденов

37 3.9 _[3]

---

Похожие статьи:

Высокое напряжение

Большое по амплитуде электрическое напряжение. Смертельно опасное для жизни!

17.01.2013

Источник высокого напряжения

Данный источник высокого напряжения имеет так-же высокий выходной ток, по сравнению с подобными конструкциями. Может использоваться как основной модуль шокера или источник напряжения для небольшой SGTC Теслы. Напряжение на выходе около 3-6кВ, при повышенном токе.

Автор: MC_RRR

0 0 _[0]

---

Похожие статьи: 19.01.2013

Осторожно, высокое напряжение (Часть 2)

Демонстрация одного из опытов Н. Теслы. Передача тока с использованием всего одного провода — один из самых интересных опытов Николы Теслы. Этот метод позволяет передавать электрический ток на неограниченные расстояния при использовании всего одного провода…

Автор: АКА КАСЯН

2 0 _[0]

---

Похожие статьи: 11.04.2013

Мощный качер Бровина на 4-х транзисторах

Качер Бровина — это генератор электромагнитных колебаний. Мною была собрана и проверена схема мощного качера на 4-х транзисторах. Предназначается устройство для разных целей. Например: передача энергии по одному проводу и по воздуху, зажжение газовых ламп в руках и многое другое.

Автор: Александр Найденов

37 3.9 _[3]

---

Похожие статьи:

Передача электроэнергии. Путь от электростанции к потребителю. Сокращение потерь при передаче электроэнергии.

Передача электроэнергии. Путь от электростанции к потребителю. Сокращение потерь при передаче электроэнергии.

Рассмотрим кратко систему электроснабжения, представляющую из себя группу электротехнических устройств для передачи, преобразования, распределения и потребления электрической энергии. Глава расширит кругозор тех, кто хочет научиться грамотно использовать домашнюю электросеть.

Снабжение электроэнергией осуществляется по стандартным схемам. Например, на рис. 1.4 представлена радиальная однолинейная схема электроснабжения для передачи электроэнергии от понижающей подстанции электростанции до потребителя электроэнергии напряжением 380 В.

От электростанции электроэнергия напряжением 110—750 кВ передается по линиям электропередач (ЛЭП) на главные или районные понижающие подстанции, на которых напряжение снижается до 6—35 кВ. От распределительных устройств это напряжение по воздушным или кабельным ЛЭП передается к трансформаторным подстанциям, расположенным в непосредственной близости от потребителей электрической энергии. На подстанции величина напряжения снижается до 380 В, и по воздушным или кабельным линиям электроэнергия поступает непосредственно к потребителю в доме. При этом линии имеют четвертый (нулевой) провод 0, позволяющий получить фазное напряжение 220 В, а также обеспечивать защиту электроустановок.
Такая схема позволяет передать электроэнергию потребителю с наименьшими потерями. Поэтому на пути от электростанции к потребителям электроэнергия трансформируется с одного напряжения на другое. Упрощенный пример трансформации для небольшого участка энергосистемы показан на рис. 1.5. Зачем применяют высокое напряжение? Расчет сложен, но ответ прост. Для снижения потерь на нагрев проводов при передаче на большие расстояния.

Потери зависят от величины проходящего тока и диаметра проводника, а не приложенного напряжения.

Например:
Допустим, что с электростанции в город, находящийся от нее на расстоянии 100 км, нужно передавать по одной линии 30 МВт. Из-за того, что провода линии имеют электрическое сопротивление, ток их нагревает. Эта теплота рассеивается и не может быть использована. Энергия, затрачиваемая на нагревание, представляет собой потери.

Свести потери к нулю невозможно. Но ограничить их необходимо. Поэтому допустимые потери нормируют, т. е. при расчете проводов линии и выборе ее напряжения исходят из того, чтобы потери не превышали, например, 10% полезной мощности, передаваемой по линии. В нашем примере это 0,1-30 МВт = 3 МВт.

Например:
Если не применять трансформацию, т. е. передавать электроэнергию при напряжении 220 В, то для снижения потерь до заданного значения сечение проводов пришлось бы увеличить примерно до 10 м2. Диаметр такого «провода» превышает 3 м, а масса в пролете составляет сотни тонн.
Применяя трансформацию, т. е. повышая напряжение в линии, а затем, снижая его вблизи расположения потребителей, пользуются другим способом снижения потерь: уменьшают ток в линии. Этот способ весьма эффективен, так как потери пропорциональны квадрату силы тока. Действительно, при повышении напряжения вдвое ток снижается вдвое, а потери уменьшаются в 4 раза. Если напряжение повысить в 100 раз, то потери снизятся в 100 во второй степени, т. е. в 10000 раз.

Например:
В качестве иллюстрации эффективности повышения напряжения укажу, что по линии электропередачи трехфазного переменного тока напряжением 500 кВ передают 1000 МВт на 1000 км.

Линии электропередач

Электрические сети предназначены для передачи и распределения электроэнергии. Они состоят из совокупности подстанций и линий различных напряжений. При электростанциях строят повышающие трансформаторные подстанции, и по линиям электропередачи высокого напряжения передают электроэнергию на большие расстояния. В местах потребления сооружают понижающие трансформаторные подстанции.

Основу электрической сети составляют обычно подземные или воздушные линии электропередачи высокого напряжения. Линии, идущие от трансформаторной подстанции до вводно-распределительных устройств и от них до силовых распределительных пунктов и до групповых щитков, называют питающей сетью. Питающую сеть, как правило, составляют подземные кабельные линии низкого напряжения.

По принципу построения сети разделяются на разомкнутые и замкнутые. В разомкнутую сеть входят линии, идущие к электроприемникам или их группам и получающие питание с одной стороны. Разомкнутая сеть обладает некоторыми недостатками, заключающимися в том, что при аварии в любой точке сети питание всех потребителей за аварийным участком прекращается.

Замкнутая сеть может иметь один, два и более источников питания. Несмотря на ряд преимуществ, замкнутые сети пока не получили большого распространения. По месту прокладки сети бывают наружные и внутренние.

Способы выполнения линий электропередач

Каждому напряжению соответствуют определенные способы выполнения электропроводки. Это объясняется тем, что чем напряжение выше, тем труднее изолировать провода. Например, в квартирах, где напряжение 220 В, проводку выполняют проводами в резиновой или в пластмассовой изоляции. Эти провода просты по устройству и дешевы.

Несравненно сложнее устроен подземный кабель, рассчитанный на несколько киловольт и проложенный под землей между трансформаторами. Кроме повышенных требований к изоляции, он еще должен иметь повышенную механическую прочность и стойкость к коррозии.

Для непосредственного электроснабжения потребителей используются:

♦ воздушные или кабельные ЛЭП напряжением 6 (10) кВ для питания подстанций и высоковольтных потребителей;
♦ кабельные ЛЭП напряжением 380/220 В для питания непосредственно низковольтных электроприемников. Для передачи на расстояние напряжения в десятки и сотни киловольт создаются воздушные линии электропередач. Провода высоко поднимаются над землей, в качестве изоляции используется воздух. Расстояния между проводами рассчитываются в зависимости от напряжения, которое планируется передавать. На рис. 1.6 изображены в одном масштабе опоры для воздушных линий электропередач напряжениями 500, 220, 110, 35 и 10 кВ. Заметьте, как увеличиваются размеры и усложняются конструкции с ростом рабочего напряжения!

Рис. 1.6. Опоры воздушных линий разных напряжений

Например:
Опора линии напряжением 500 кВ имеет высоту семиэтажного дома. Высота подвеса проводов 27 м, расстояние между проводами 10,5 м, длина гирлянды изоляторов более 5 м. Высота опор для переходов через реки достигает 70 м. Рассмотрим варианты выполнения ЛЭП подробнее.

Воздушные ЛЭП
Определение.
Воздушной линией электропередачи называют устройство для передачи или распределения электроэнергии по проводам, находящимся на открытом воздухе и прикрепленным при помощи траверс (кронштейнов), изоляторов и арматуры к опорам или инженерным сооружениям.

В соответствии с «Правилами устройства электроустановок» по напряжению воздушные линии делятся на две группы: напряжением до 1000 В и напряжением свыше 1000 В. Для каждой группы линий установлены технические требования их устройства.

Воздушные ЛЭП 10 (6) кВ находят наиболее широкое применение в сельской местности и в небольших городах. Это объясняется их меньшей стоимостью по сравнению с кабельными линиями, меньшей плотностью застройки и т. д.

Для проводки воздушных линий и сетей используют различные провода и тросы. Основное требование, предъявляемое к материалу проводов воздушных линий электропередачи, — малое электрическое сопротивление. Кроме того, материал, применяемый для изготовления проводов, должен обладать достаточной механической прочностью, быть устойчивым к действию влаги и находящихся в воздухе химических веществ.

В настоящее время чаще всего используют провода из алюминия и стали, что позволяет экономить дефицитные цветные металлы (медь) и снижать стоимость проводов. Медные провода применяют на специальных линиях. Алюминий обладает малой механической прочностью, что приводит к увеличению стрелы провеса и, соответственно, к увеличению высоты опор или уменьшению длины пролета. При передаче небольших мощностей электроэнергии на короткие расстояния применение находят стальные провода.

Для изоляции проводов и крепления их к опорам линий электропередач служат линейные изоляторы, которые наряду с электрической должны также обладать и достаточной механической прочностью. В зависимости от способа крепления на опоре различают изоляторы штыревые (их крепят на крюках или штырях) и подвесные (их собирают в гирлянду и крепят к опоре специальной арматурой).

Штыревые изоляторы применяют на линиях электропередач напряжением до 35 кВ. Маркируют их буквами, обозначающими конструкцию и назначение изолятора, и числами, указывающими рабочее напряжение. На воздушных линиях 400 В используют штыревые изоляторы ТФ, ШС, ШФ. Буквы в условных обозначениях изоляторов обозначают следующее: Т — телеграфный; Ф — фарфоровый; С — стеклянный; ШС — штыревой стеклянный; ШФ — штыревой фарфоровый.

Штыревые изоляторы применяют для подвешивания сравнительно легких проводов, при этом в зависимости от условий трассы используются различные типы крепления проводов. Провод на промежуточных опорах укрепляют обычно на головке штыревых изоляторов, а на угловых и анкерных опорах— на шейке изоляторов. На угловых опорах провод располагают с наружной стороны изолятора по отношению к углу поворота линии.

Подвесные изоляторы применяют на воздушных линиях 35 кВ и выше. Они состоят из фарфоровой или стеклянной тарелки (изолирующая деталь), шапки из ковкого чугуна и стержня. Конструкция гнезда шапки и головки стержня обеспечивает сферическое шарнирное соединение изоляторов при комплектовании гирлянд. Гирлянды собирают и подвешивают к опорам и тем самым обеспечивают необходимую изоляцию проводов. Количество изоляторов в гирлянде зависит от напряжения линии и типа изоляторов.

Материалом для вязки алюминиевого провода к изолятору служит алюминиевая проволока, а для стальных проводов— мягкая стальная. При вязке проводов выполняют обычно одинарное крепление, двойное же крепление применяют в населенной местности и при повышенных нагрузках. Перед вязкой заготовляют проволоку нужной длины (не менее 300 мм).

Головную вязку выполняют двумя вязальными проволоками разной длины. Эти проволоки закрепляют на шейке изолятора, скручивая между собой. Концами более короткой проволоки обвивают провод и плотно притягивают четыре-пять раз вокруг провода. Концы другой проволоки, более длинные, накладывают на головку изолятора накрест через провод четыре-пять раз.

Для выполнения боковой вязки берут одну проволоку, кладут ее на шейку изолятора и оборачивают вокруг шейки и провода так, чтобы один ее конец прошел над проводом и загнулся сверху вниз, а второй — снизу вверх. Оба конца проволоки выводят вперед и снова оборачивают их вокруг шейки изолятора с проводом, поменяв местами относительно провода.

После этого провод плотно притягивают к шейке изолятора и обматывают концы вязальной проволоки вокруг провода с противоположных сторон изолятора шесть-восемь раз. Во избежание повреждения алюминиевых проводов место вязки иногда обматывают алюминиевой лентой. Изгибать провод на изоляторе сильным натяжением вязальной проволоки не разрешается.

Вязку проводов выполняют вручную, используя монтерские пассатижи. Особое внимание обращают при этом на плотность прилегания вязальной проволоки к проводу и на положение концов вязальной проволоки (они не должны торчать). Штыревые изоляторы крепят к опорам на стальных крюках или штырях. Крюки ввертывают непосредственно в деревянные опоры, а штыри устанавливают на металлических, железобетонных или деревянных траверсах. Для крепления изоляторов на крюках и штырях используют переходные полиэтиленовые колпачки. Разогретый колпачок плотно надвигают на штырь до упора, после этого на него навинчивают изолятор.

Провода подвешиваются на железобетонных или деревянных опорах при помощи подвесных или штыревых изоляторов. Для воздушных ЛЭП используются неизолированные провода. Исключением являются вводы в здания — изолированные провода, протягиваемые от опоры ЛЭП к изоляторам, укрепленным на крюках непосредственно на здании.

Внимание!
Наименьшая допустимая высота расположения нижнего крюка на опоре (от уровня земли) составляет: в ЛЭП напряжением до 1000 В для промежуточных опор от 7 м, для переходных опор — 8,5 м; в ЛЭП напряжением более 1000 В высота расположения нижнего крюка для промежуточных опор составляет 8,5 м, для угловых (анкерных) опор — 8,35 м.

Наименьшие допустимые сечения проводов воздушных ЛЭП напряжением более 1000 В, выбираемые по условиям механической прочности с учетом возможной толщины их обледенения, приведены в табл. 1.1.

Минимально допустимые значения проводов возжушныхЛЭП напряжением более 1000 В
Таблица 1.1

Внимание!
Для воздушных ЛЭП напряжением до 1000 В по условиям механической прочности применяются провода, имеющие сечения не менее: алюминиевые —16 мм2; сталеалюминиевые —10 мм2; стальные однопроволочные — 4 мм2. На воздушных ЛЭП напряжением до 1000 В устанавливают заземляющие устройства. Расстояние между ними определяется числом грозовых часов в году:

♦    до 40 часов — не более 200 м;
♦    более 40 часов — не более 100 м.

Сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 30 Ом.

Допустимые расстояния от нижних проводов воздушных ЛЭП напряжением до 1000 В и до 10 кВ и их опор до объектов представлены в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Почему электрическую энергию передают на большие расстояния под высоким напряжением?

Главная причина потерь при передаче электроэнергии — нагревание проводов, то есть превращение электрической энергии во внутреннюю.

Напомним, что согласно закону Джоуля-Ленца при прохождении тока в проводнике выделяется количество теплоты где — сила тока, — сопротивление проводника, — время прохождения тока (см. § 10. Работа и мощность постоянного тока). Следовательно, чтобы уменьшить нагревание проводов, надо уменьшать их сопротивление и силу тока в них.

Чтобы уменьшить сопротивление проводов, увеличивают их диаметр, но очень толстые провода слишком тяжелы и, кроме того, на них пошло бы много дорогой меди. Так что «главный резерв» борьбы с потерями — уменьшение силы тока в проводах.

Силу тока действительно можно уменьшить, причем многократно, но — ценой повышения напряжения во столько же раз, так как передаваемая потребителю мощность равна произведению где — напряжение в сети.

При заданной мощности сила тока Подставляя это выражение в выражение получаем откуда следует, что при заданной передаваемой мощности и заданном сопротивлении проводов  «тепловые потери» в проводах обратно пропорциональны квадрату напряжения

А это значит, что при повышении напряжения в тысячу раз потери на нагревание проводов уменьшаются в миллион раз!

Высоковольтная линия постоянного тока — это… Что такое Высоковольтная линия постоянного тока?

Высоковольтная линия постоянного тока (HVDC) используется для передачи больших электрических мощностей по сравнению с системами переменного тока. При передаче электроэнергии на большие расстояния устройства системы HVDC менее дороги и имеют более низкие электрические потери. Даже при использовании на небольших расстояниях, где стоимость преобразовательного оборудования HVDC системы сравнима со стоимостью системы переменного тока, линия постоянного тока имеет больше преимуществ.

Современный способ передачи HVDC использует технологию, разработанную в 30-х годах XX века шведской компанией ASEA. Одни из первых систем HVDC были построены в Советском Союзе в 1951 году между Москвой и городом Кашира, и островом Готланд и Швецией в 1954 году, с мощностью системы 10-20 МВт.^[1]

Самая длинная HVDC линия в мире в настоящее время Сянцзяба(向家坝; pinyin: Xiàngjiābà)-Шанхай — 2071 км, мощностью 6400 МВт при 800 кВ, соединяющая плотину Сянцзяба и город Шанхай в Китае^[2]. В 2012 году, самая длинная HVDC линия будет соединять районы Амазонас и Сан-Паулу, длиной более 2500 км ^[3]

HVDC системы в Западной Европе. Красным отмечены существующие линии, зеленым — строящиеся, синим — предложенные. Многие из них передают электроэнергию от возобновимых источников, таких как вода и ветер.

Высоковольтная передача

Высокое напряжение используется для уменьшения потерь электроэнергии в сопротивлении проводов. Мощность пропорциональна току в цепи, а потери на нагрев проводов пропорциональны квадрату тока. Однако, мощность также пропорциональна напряжению, таким образом заданный уровень мощности может быть обеспечен более высоким напряжением при более низких токах. При этом, чем выше напряжение, тем ниже мощность потерь. Мощность потерь так же может быть уменьшена путем уменьшения сопротивления линии, что обычно достигается увеличением диаметра проводника; однако провода большего сечения имеют больший вес и стоимость.

Высокое напряжение нельзя прямо использовать для освещения и электроснабжения оборудования, и значит напряжение должно быть уменьшено до величины, совместимой с конечным потребителем. Трансформатор, который может работать только на переменном напряжении, является эффективным способом изменения напряжения. Соревнование между сторонником постоянного тока Томасом Эдисоном и переменного тока Николой Тесла и Джорджа Вестингауза, известное как «Война токов», привела к победе сторонников переменного тока. Практическое применение постоянного тока стало возможным только с развитием мощных электронных устройств, таких как ртутные (англ.)русск. вентили и более поздние полупроводниковые устройства, такие как тиристоры, биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT), мощные полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET) и запираемые тиристоры (GTO).

История HVDC

HVDC в 1971: этот 150 КВ ртутный вентиль преобразовывал переменное напряжение для передачи в отдаленные города от гидрогенераторов Манитобы.

Первая передача электроэнергии на большое расстояние, использующая постоянный ток, была продемонстрирована в 1882 году на линии Мисбах-Мюнхен, однако мощность передачи составила 2,5 кВт. Один из способов передачи электроэнергии на постоянном токе высокого напряжения был разработан швейцарским инженером Рене Тюри (Rene Thury) [2] и осуществлен в 1889 в Италии компанией Acquedotto de Ferrari-Galliera . Это устройство использовало последовательно соединенные двигатели-генераторы для увеличения напряжения. Каждая группа была изолирована от земли и приводилась в движение основным двигателем. Линия работала на постоянном токе, с напряжением до 5000 В на каждой машине, некоторые машины имели двойные коммутаторы, для уменьшения напряжения на каждом коммутаторе. Эта система передавала мощность 630 кВт на постоянном напряжении 14 кВ на расстояние 120 км. ^[4][5] Система Moutiers-Lyon передавала 8600 кВт гидроэлектрической мощности на расстояние 124 мили, включая 6 миль подземного кабеля. Устройство использовало восемь последовательно соединенных генераторов с двойными коммутаторами для создания полного напряжения 150 кВ между полюсами, и находилось в работе приблизительно с 1906 до 1936. К 1913 действовало пятнадцать систем Тюри. ^[6] Другие системы Тюри, работающие на постоянном напряжении 100 кВ, использовались до 1930-х, но вращающиеся машины требовали высокого технического обслуживания и имели большие потери энергии. В первой половине 20-го столетия были опробованы другие электромеханические устройства, но они не получили широкого распространения. ^[7]

Один из способов преобразования высокого постоянного напряжения до низкого напряжения сети состоял в том, что сначала должны были заряжаться последовательно соединенные батареи, затем, соединив батареи параллельно, накопленным зарядом питать нагрузку. ^[8] Хотя в начале XX века было, по крайней мере, два случая промышленного применения, способ не был перспективен вследствие ограниченной емкости батарей, трудностей в переключении между последовательным и параллельным соединениями, и неэффективностью цикла заряда/разряда батареи.

Ртутные вентили использовались в передаче энергии в период 1920—1940. Начиная с 1932, Дженерал Электрик использовала ртутные вентили на линии передачи постоянного тока напряжением 12 кВ, которая также использовалась, чтобы преобразовывать напряжение генераторов с частотой 40 Гц в напряжение нагрузки с частотой 60 Гц, в Mechanicville, Нью-Йорк. В 1941 была разработана 115-километровая подземная кабельная линия, мощностью 60 МВт, напряжением +/-200 кВ, для города Берлина, использовавшая ртутные вентили (Проект Эльба), но вследствие краха немецкого правительства в 1945 проект не был завершен. ^[9] Использование кабеля объяснялось тем, что во время военного времени подземный кабель будет менее заметной целью бомбардировок. Оборудование перешло Советскому Союзу и было введено в эксплуатацию. ^[10]

Применение ртутных вентилей в 1954 положило начало современной эре передачи HVDC. HVDC-связь была создана компанией ASEA между материковой Швецией и островом Готланд. Ртутные вентили были распространены в устройствах, разработанных до 1975, но в более поздних устройствах HVDC используют только твердотелые приборы. С 1975 до 2000 преобразователи с естественной коммутацией (LCC) были тиристорного исполнения. Согласно экспертам, таким как Vijay Sood, следующие 25 лет могут получить более широкое распространение преобразователи с принудительной коммутацией (CCC), которые в значительной степени вытеснили использование LCC. ^[11] Со времени использования полупроводниковых приборов, были проложены сотни подводных кабелей HVDC, которые работали с более высокой надежностью.

Преимущества HVDC по сравнению с передачей на переменном токе

Преимущество HVDC — способность передавать большее количество энергии на длинные дистанции с меньшими капитальными затратами и меньшими потерями, чем на переменном токе. В зависимости от уровня напряжения и схемы, потери будут составлять приблизительно 3 % на 1000 км. Передача на постоянном токе высокого напряжения позволяет эффективно использовать источники энергии, удаленные от энергоузлов нагрузки.

Во многих случаях HVDC передача более эффективна, чем передача на переменном токе. Например:

• Подводные кабели, где высокая емкость приводит к дополнительным потерям. (например, 250 км линия Baltic Cable между Швецией и Германией ^[12]))
• Передача энергии в энергосистеме от пункта к пункту без промежуточных ‘отводов’, например, в удаленные районы
• Увеличение пропускной способности существующей энергосистемы в ситуациях, где установка дополнительных линий является трудной или дорогой
• Передача энергии и стабилизация между несинхронизированными системами распределения переменного тока
• Присоединение удаленной электрической станции к энергосистеме, например, линия Nelson River Bipole
• Уменьшение стоимости линии за счет уменьшения количества проводников. Кроме того, могут использоваться более тонкие проводники, так как HVDC не подвержен поверхностному эффекту.
• Упрощается передача энергии между странами, которые используют переменный ток различных напряжений и/или частот
• Синхронизация переменного напряжения, произведенного возобновляемыми источниками энергии

Длинные подводные кабели имеют высокую емкость. В то время как этот факт имеет минимальную роль для передачи электроэнергии на постоянном токе, переменный ток приводит к зарядке и разрядке емкости кабеля, вызывая дополнительные потери мощности. Кроме того, мощность переменного тока расходуется на диэлектрические потери.

HVDC может передавать большую мощность по проводнику, так как для данной номинальной мощности постоянное напряжение в линии постоянного тока ниже, чем амплитудное напряжение в линии переменного тока. Мощность переменного тока определяет действующее значение напряжение, но оно составляет только приблизительно 71 % амплитудного напряжения, которое определяет фактическую толщину изоляции и расстояние между проводниками. Поскольку у линии постоянного тока действующее значение напряжения равно амплитудному, становится возможным передавать на 41% больше мощности по существующей линии электропередачи с проводниками и изоляцией того же размера, что на переменном токе, что снижает затраты.

Поскольку HVDC допускает передачу энергии между несинхронизированными распределительными системами переменного тока, это позволяет увеличить устойчивость системы, препятствуя каскадному распространению аварии с одной части энергосистемы на другую. Изменения в нагрузке, приводящие с десинхронизации отдельных частей электрической сети переменного тока, не будут затрагивать линию постоянного тока, и переток мощности через линию постоянного тока будет стабилизировать электрическую сеть переменного тока. Величину и направление перетока мощности через линию постоянного тока можно непосредственно регулировать и изменять для поддержания необходимого состояния электрических сетей переменного тока с обоих концов линии постоянного тока.

Недостатки

Недостатки HVDC в преобразовании, переключении и управлении. Работающая схема HVDC требует хранения многих запасных частей, которые могут быть использованы исключительно в одном устройстве, поскольку устройства HVDC менее стандартизированы, чем устройства переменного тока и используемая технология быстро изменяется.

Необходимые преобразователи дороги и имеют ограниченную перегрузочную способность. На меньших расстояниях потери в самих преобразователях могут быть больше чем в линии электропередачи переменного тока. За исключением двух все прежние ртутные выпрямители во всем мире были демонтированы или заменены тиристорными преобразователями. Схема HVDC между Северным и Южным островами Новой Зеландии все еще использует выпрямители на ртутных вентилях, как и система HVDC линии Vancouver Island в Канаде.

В отличие от систем переменного тока, реализация мультитерминальных систем сложна, так как требует расширение существующих схем до мультитерминальных. Управление перетоком мощности в мультитерминальной системе постоянного тока требует наличие хорошей коммуникации между всеми терминалами. Выключатели цепи постоянного тока высокого напряжения более сложны в изготовлении, так как требуют наличия какого-либо механизма встроенного в выключатель для обнуления тока, иначе будет образовываться дуга, и износ контакта был бы слишком большим, чтобы позволить надежное переключение. Мультитерминальные линии редки. Одна из них работает в системе Hydro Quebec — New England от Radisson к Sandy Pond. ^[13] Другая система — линия соединяющая Сардинию и материковую Италию, которая была изменена в 1989, чтобы обеспечивать мощностью остров Корсика. ^[14]

Стоимость HVDC передачи

Обычно производители, такие как Alstom Grid, Siemens и ABB не публикуют информацию о стоимости проекта, так как это — коммерческий вопрос между изготовителем и клиентом.

Стоимость широко меняется в зависимости от специфических особенностей проекта, таких как номинальная мощность, длина линии, воздушный или подводный способ прокладки трассы, стоимость земли, и изменение электрической сети переменного тока каждого конца линии. Может потребоваться детальное сравнение стоимости линии постоянного тока против стоимости линии переменного тока. Там где технические преимущества линии постоянного тока не играют роли, и выбор делается по экономическому сравнению вариантов.

Основываясь на некоторых проектах, можно выделить некоторую информацию о стоимости проекта HVDC:

Для 8 ГВт 40 км линии, проложенной под Ла-Маншем, приблизительные затраты на первичное оборудование для биполярной HVDC линии на 500 кВ мощностью 2000 МВт (исключая подъездные пути, береговые работы, согласование, технику, страхование, и т. д.) составили: преобразовательные станции — ~£110M, подводный кабель + монтаж — ~£1M/km.

Так, для четырехлинейной системы между Англией и Францией мощностью 8 ГВт, стоимость установочных работ составила немного более £750M. Добавьте £200-300M за дополнительные береговые работы. ^[15]

Выпрямление и инвертирование

Составляющие

Два из трех тиристорных комплектов вентилей, использованных для передачи мощности на большое расстояния от дамбы в Манитобе

Ранее в линии HVDC использовали ртутные выпрямители, которые были ненадёжны. Два устройства HVDC, использующие ртутные выпрямители, всё ещё в процессе эксплуатации (на 2008). Тиристоры были впервые использованы в устройствах HVDC в 1960-х. Тиристор — полупроводниковое устройство, подобное диоду, но с дополнительным выводом — управляющим электродом, который используется для включения прибора в определенный момент времени. Также применяется биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT), который имеет лучшую управляемость и меньшую стоимость.

Поскольку напряжение в устройствах HVDC в некоторых случаях доходит до 800 кВ, превышая напряжение пробоя полупроводникового прибора, преобразователи HVDC построены с использованием большого количества последовательно соединённых полупроводниковых приборов.

Низковольтные управляющие цепи, используемые для включения и выключения тиристоров, должны быть гальванически развязаны от высоких напряжений линии электропередачи. Обычно такая развязка оптическая. В гибридной системе управления низковольтная контролирующая электроника посылает световые импульсы по оптоволокну к электронике управления высоким напряжением. Другое устройство обходится без электроники с высокой стороны, вместо этого, используя световые импульсы от управляющей электроники, непосредственно переключает фототиристоры (LTTs).

Полный переключающий элемент обычно называется вентилем, независимо от его конструкции.

Выпрямители и инверторы

В выпрямлении и инверсии используются по существу одни и те же агрегаты. Многие подстанции настроены таким образом, чтобы они могли работать и как выпрямители, и как инверторы. В конце линии переменного тока ряд трансформаторов, часто трех однофазных трансформаторов, развязывают преобразовательную станцию от сети переменного тока, обеспечивая заземление и гарантируя корректное постоянное напряжение. Выходы этих трансформаторов подключены к выпрямителям по мостовой схеме, сформированной большим числом вентилей. Базовая конфигурация выпрямителя содержит шесть вентилей. Схема работает с фазовым сдвигом в шестьдесят градусов, поэтому в выпрямленном напряжении содержится значительное число гармоник.

Для улучшения гармонического состава применяется схема 12 вентилями (двенадцатипульсный режим). Преобразовательный трансформатор имеет две вторичные обмотки (или используются два трансформатора), одна из которых имеет соединение «звезда», а другая — «треугольник», тем самым обеспечивая сдвиг фазы в 30 градусов между напряжениями на вторичных обмотках трансформатора. К каждой из вторичных обмоток подключен выпрямительный мост содержащий 6 вентилей, выводы постоянного тока которых соединены. Тем самым обеспечивается двенадцатипульсный режим с лучшим гармоническим составом.

В дополнение к преобразовательным трансформаторам, наличие реактивной составляющей линии помогает фильтровать гармоники.

Типы схем

Монополярная

В монополярной схеме, один из выводов выпрямителя заземляют. Другой вывод, с электрическим потенциалом выше или ниже заземленного, связан с линией электропередачи. Заземленный вывод может или не может быть связан с соответствующим выводом преобразовательной станции посредством второго проводника.

При отсутствии второго металлического проводника, токи протекают в земле между заземленными электродами двух электростанций. Поэтому это однопроводная схема с земным возвратом. Проблемы, которые создает ток, протекающий в земле, включают:

• Электрохимическая коррозия длинных проложенных в грунте металлических объектов, таких как трубопроводы
• При использовании воды в качестве второго проводника, ток, протекающий в морской воде может произвести хлор или как-либо иначе затронуть водный состав.
• Несбалансированный ток может привести к возникновению магнитного поля, которое может повлиять на магнитные навигационные компасы судов, проходящих над подводным кабелем.

Эти воздействия могут быть устранены установкой металлического обратного проводника между двумя концами монополярной линии электропередачи. Так как один из выводов преобразователей заземлен, нет необходимости в установке изоляции обратного провода на полное напряжение передачи, что делает обратный провод менее дорогостоящим, чем проводник высокого напряжения. Решение об использовании металлического обратного провода основывается на экономических, технических и экологических факторах. ^[16]

Современные монополярные системы воздушной сети передают примерно 1500 МВт. ^[17] При использовании подземного или подводного кабеля, обычное значение составляет 600 МВт.

Большинство монополярных систем разработаны для будущего расширения до биполярной схемы. Опоры линии электропередачи могут быть разработаны так, чтобы нести два проводника, даже если первоначально используется только один провод в монополярной системе. Второй проводник или не используется, или используется параллельно с другим (как в случае Baltic-Cable).

Биполярная

Биполярные опоры системы Baltic-Cable-HVDC в Швеции

В биполярной передаче используется пара проводников, каждый под высоким напряжением относительно земли, противоположной полярности. Так как изоляция этих проводников должна выбираться по полному напряжению, стоимость линии электропередачи выше монополярной схемы с обратным проводом. Однако, преимущества биполярной передачи делают ее более привлекательной по сравнению с монополярной. При нормальной нагрузке в земле протекают незначительные токи, как и в случае монополярной передачи с металлическим обратным проводом. Это уменьшает потери в земле и снижает экологическое воздействие. Когда короткое замыкание происходит на одной из линий биполярной системы, схема может продолжать работать на неповрежденной линии в монополярном режиме, передавая приблизительно половину номинальной мощности с использованием земли в роли обратного проводника. Так как для данной номинальной мощности по каждому проводнику биполярной линии протекает только половина тока монополярной линии, стоимость второго проводника меньше по сравнению с монополярной линией той же самой мощности. На очень неблагоприятной местности второй проводник может быть проведен на независимом наборе опор ЛЭП, чтобы при повреждении одной из линий, часть мощности передавалась потребителю.

Биполярное устройство может также быть установлено с металлическим обратным проводником.

Биполярные устройства могут передавать до 3200 МВт на напряжении +/-600 кВ. Подводная кабельная линия, первоначально сооруженная как монополярная, может быть модернизирована дополнительными кабелями и работать в биполярном режиме.

Вставка постоянного тока

Вставка постоянного тока является станцией, в которой и инверторы и выпрямители находятся в одном месте, обычно в одном и том же здании. Линия постоянного тока выполняется настолько короткой насколько возможно. Вставки постоянного тока используются для: соединения магистральных линий различной частоты (как в Японии) соединения двух электрических сетей той же самой номинальной частоты, но разных нефиксированных фазовых сдвигов (как до 1995/96 в коммуне Этценрихт). различных частот и числе фаз

Величина постоянного напряжения в промежуточной схеме вставки постоянного тока может быть выбрано свободно из-за малой длины линии. Обычно постоянное напряжение выбирают настолько низким насколько возможно, чтобы построить меньший зал для преобразователей и избежать последовательных соединений вентилей. По этой причине во вставке постоянного тока используют сильноточные вентили.

Системы с линиями электропередачи

Самая общая конфигурация линии HVDC это две преобразовательные станции инвертор/выпрямитель, связанные воздушной линией. Такая же конфигурация обычно используется в соединении несинхронизированных энергосистем, в передаче энергии на большие расстояния, и в случае использования подводных кабелей.

Мультитерминальная HVDC линия, соединяющая более двух пунктов, редка. Конфигурация мультитерминальной системы может быть последовательной, параллельной, или гибридной (последовательно-параллельной). Параллельная конфигурация чаще используется для передачи энергии от больших электростанций, а последовательная — от менее мощных электростанций. Например, система Quebec-New England мощностью 2000 МВт, открытая в 1992, в настоящее время является крупнейшей мультитерминальной HVDC системой в мире. ^[18]

Трехполярная

Недавно запатентованная схема (в 2004 году) предназначена для перевода существующих линий электропередачи переменного тока на HVDC. Два из трех проводников схемы работают в биполярном режиме. Третий проводник используется как параллельный монополь, оборудованный реверсными вентилями (параллельными вентилями, включенными в обратной полярности). Параллельный монополь периодически уменьшает ток от одного полюса или другого, переключая полярность на несколько минут. Без изменения полярности в системе с параллельным монополем, который был бы загружен на +/-100 % по нагреву, биполярные проводники были бы нагружены или на 137 % или на 37 %. В случае с изменяющейся полярностью, суммарный среднеквадратичный тепловой эффект такой же, как и в случае, если бы каждый из проводников работал при номинальном токе. Это позволяет пропускать большие токи по биполярным проводникам, и наиболее полно использовать третий проводник для передачи энергии. Даже когда энергопотребление низкое, высокие токи могут циркулировать по проводам линии для удаления с них льда.

Преобразование существующей линии переменного тока в трехполярную систему позволяет передавать до 80 % больше мощности при том же самом фазном напряжении с использованием той же самой линии передачи, опор и проводников. Некоторые линии переменного тока не могут быть нагружены до их теплового предела из-за проблем устойчивости системы, надежности и реактивной мощности, которые не существуют в HVDC линии.

Трехполярная система работает без обратного провода. Так как авария одного полюса преобразователя или проводника приводит только к малой потере производительности, а обратный ток, протекающий в земле, не возникает, надежность этой схемы высока, без времени, требуемого на переключение.

На 2005 не было преобразований существующих линий переменного тока в трехполярную систему, хотя линия электропередачи в Индии была преобразована в биполярную HVDC.

Коронный разряд

Коронный разряд — это характерная форма самостоятельного газового разряда, возникающего в резко неоднородных полях. Это явление может вызвать значительные потери мощности, создавать слышимые и радиочастотные помехи, производить ядовитые смеси, такие как оксиды азота и озон, создавать видимое свечение.

Линии электропередачи и переменного и постоянного тока могут создавать коронные разряды, в первом случае в форме колеблющихся частиц, в последнем — постоянного потока. Коронный разряд вызывает потери мощности, которые могут составлять примерно половину от всех потерь на единицу длины линии переменного тока высокого напряжения, несущего то же самое количество мощности. В монополярной передаче выбор полярности проводника определяется степенью создания коронных разрядов, влияния на окружающую среду. Отрицательные коронные разряды производят значительно больше озона чем коронные разряды положительной величины, воздействуя на здоровье. Использование напряжения положительной величины уменьшает объем создаваемого озона монополярной линии HVDC.

Применение

Краткий обзор

Способность управления потоком мощности, соединение несинхронизированных систем переменного тока, эффективное использование при передаче энергии подводными кабелями делают HVDC системы привлекательными для использования на межнациональном уровне. Ветроэлектростанции часто располагаются на расстоянии 10-12 км от берега (а иногда и дальше) и требуют подводных кабелей и синхронизации полученной энергии. При передаче энергии на очень большие расстояния, например в отдалённые районы Сибири, Канады и скандинавского севера, выбор обычно склоняется в сторону меньшей стоимости линии HVDC. Другие применения HVDC систем были отмечены выше.

Объединения электрической сети переменного тока

Линии электропередачи переменного тока могут связывать только синхронизированные электрические сети переменного тока, которые работают на той же самой частоте и в фазе. Много зон, которые желают поделиться энергией, имеют несинхронизированные электрические сети. Энергосистемы Великобритании, северной Европы и континентальной Европы не объединены в единую синхронизированную электрическую сеть. У Японии есть электрические сети на 60 Гц и на 50 Гц. Континентальная Северная Америка, работая на частоте 60 Гц, разделена на области, которые несинхронизированы: Восток, Запад, Техас, Квебек, и Аляска. Бразилия и Парагвай, которые совместно используют огромную гидроэлектростанцию Итайпу, работают на 60 Гц и 50 Гц соответственно. Устройства HVDC позволяют связать несинхронизированные электрические сети переменного тока, а также добавить возможность управления напряжением переменного тока и потоком реактивной мощности.

Генератор, связанный длинной линией электропередачи переменного тока, может стать неустойчивым и выпасть из синхронизации с отдаленной энергосистемой переменного тока. Линия HVDC может сделать выполнимым использование удаленных электростанций. Ветряные электростанции, расположенные на расстоянии от берега, могут использовать устройства HVDC, чтобы собрать энергию у большого числа несинхронизированных генераторов для передачи на берег подводным кабелем.

Однако, обычно линия питания HVDC связывает две области распределения мощности энергосистемы переменного тока. Устройства, выполняющие преобразование между переменным и постоянным токами, значительно увеличивают стоимость передаваемой энергии. Выше определенного расстояния (приблизительно 50 км для подводных кабелей, и примерно 600—800 км для воздушных линий), меньшая стоимость электрических проводников HVDC перевешивает стоимость электроники.

Преобразовательная электроника также предоставляет возможность эффективно управлять энергосистемой посредством управления величиной и перетоком мощности, что дает дополнительное преимущество существования HVDC линий — потенциальное увеличение устойчивости энергосистемы.

Использование меньшего напряжения

Развитие биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT) и запираемых тиристоров (GTO) сделало малые системы HVDC экономичнее. Они могут быть установлены в существующих энергосистемах переменного тока для стабилизации мощности без увеличения тока короткого замыкания, как в случае установки дополнительной линии электропередачи переменного тока. Такие устройства разрабатываются фирмами АВВ и Siemens и называются «HVDC Light» и «HVDC PLUS» соответственно. Использование таких приборов расширило использование HVDC до блоков в несколько десятков мегаватт и линий в несколько километров воздушной линии. Разница между двумя технологиями — в понятии автономного инвертора напряжения (VSI), тогда как «HVDC Light» использует широтно-импульсную модуляцию, «HVDC PLUS» выполнен на многоуровневом инверторе.

См. также

Примечания

1. ↑ Narain G. Hingorani in IEEE Spectrum magazine, 1996.
2. ↑ ABB HVDC website.
3. ↑ ABB HVDC website.
4. ↑ ACW’s Insulator Info — Book Reference Info — History of Electrical Systems and Cables
5. ↑ R. M. Black The History of Electric Wires and Cables, Peter Perigrinus, London 1983 ISBN 086341 001 4 pages 94-96
6. ↑ Alfred Still, Overhead Electric Power Transmission, McGraw Hill, 1913 page 145, available from the Internet Archive
7. ↑ «Shaping the Tools of Competitive Power»
8. ↑ Thomas P. Hughes, Networks of Power
9. ↑ «HVDC TransmissionF»
10. ↑ IEEE — IEEE History Center
11. ↑ Vijay K. Sood HVDC and FACTS Controllers: Applications Of Static Converters In Power Systems. — Springer-Verlag. — P. 1. — ISBN 978-1402078903
12. ↑ ABB HVDC website
13. ↑ «HVDC multi-terminal system «. ABB Asea Brown Boveri (23 октября 2008).(недоступная ссылка — история) Проверено 12 декабря 2008.
14. ↑ The Corsican tapping: from design to commissioning tests of the third terminal of the Sardinia-Corsica-Italy HVDC Billon, V.C.; Taisne, J.P.; Arcidiacono, V.; Mazzoldi, F.; Power Delivery, IEEE Transactions on Volume 4, Issue 1, Jan. 1989 Page(s):794 — 799
15. ↑ Source works for a prominent UK engineering consultancy but has asked to remain anonymous and is a member of Claverton Energy Research Group
16. ↑ Basslink project
17. ↑ Siemens AG — HVDC website
18. ↑ ABB HVDC Transmission Québec — New England website

Зачем нужно высокое напряжение? | Энергия

Задумывались ли вы, зачем для передачи электроэнергии на большое расстояние нужно такое высокое напряжение, заставляющее строить высокие башни-опоры и гигантские изоляторы? Почему бы не передавать электричество низкого напряжения по сверхпрочным проводам, протянутым между скромными сооружениями или даже под землей? Тому есть причина.

Для заданной мощности электроэнергии, потребляемой конечными потребителями (нагрузка сети), сила тока в линиях электропередачи с ростом напряжения понижается. Уменьшение силы тока сокращает потери электроснабжения в линии электропередачи. Обратившись к формуле из школьного курса физики, вы поймете почему:

Р = EI,

где Р — мощность в ваттах, Е — напряжение в вольтах, а / — сила тока в амперах. Из нее следует, что на данном уровне мощности сила тока обратно пропорциональна напряжению:

I = Р/Е.

Потери электроснабжения (т. е. потери мощности) в линии электропередачи пропорциональны квадрату силы тока. Эти потери — мощности, которые не доходят до конечных потребителей; они уходят на нагрев проводов. Это соотношение описывается следующей формулой:

Р = I2R,

где Р — мощность в ваттах, I — сила тока в амперах, a R — сопротивление провода в омах. Конструкторы не могут изменить сопротивление провода или мощность нагрузки сети, но они могут довести до максимума напряжение, минимизируя таким образом «лишний» ток, который вынуждена нести линия передачи для обеспечения потребности сети.

Предположим, напряжение, подаваемое в сеть, повышается десятикратно, а потребительские нагрузки в сети постоянны. Рост напряжения уменьшает силу тока в десять раз, и в результате потери мощности сокращаются в(1/10)2, т. е. в сто раз! Разумеется, использовать повышающий трансформатор в одном месте проще и дешевле, чем протягивать на многие километры провода, тяжесть которых (без трансформатора) оказывалась бы в сто раз больше.

Вид высоковольтной линии переменного тока под напряжением, скажем, 500 000 вольт страшноват? Возможно. Но угрозу здоровью, исходящую от линий электропередачи (реальный уровень этой угрозы — вопрос спорный), на самом деле несут магнитные поля, генерируемые этими линиями. Сила этих колеблющихся полей прямо пропорциональна силе тока, а не напряжению. Если бы такая линия, проходящая по вашему пригороду, имела напряжение в 500 вольт, а не в 500 000, магнитные поля, окружающие ее, были бы гораздо интенсивнее и потенциальная угроза здоровью, соответственно, выше.