8.2. Передача энергии переменным током

Многолетняя борьба за выбор рода тока закончилась в свое время полной победой переменного тока, причем решающую роль в этой победе сыграла 3-х фазная система.

В настоящее время передача электроэнергии на большие расстояния осуществляется, за редким исключением, только переменным током.

Уже отмечалось, что вся история электропередачи сопровождалась увеличением передаваемых мощностей, напряжений и протяженностью линий.

На первом этапе преобладающей по важности проблемой было уменьшение потерь в линии, что требовало повышение напряжения.

В течение первого десятилетия XX века на первый план выдвинулась проблема изоляции линий. Применявшиеся штаревые изоляторы не позволяли поднять напряжение выше 60 - 70 кВ. Это ограничивало пропускную способность линий: для увеличения мощности передачи приходилось сооружать несколько параллельных цепей, что было весьма дорого. Только изобретение в конце 1906 г. подвесных изоляторов (Хьюлетт, США) позволило увеличить применявшееся напряжение.

В 1908 - 1912 гг. в Америке и Германии были построены первые линии 110 кВ, а следующее десятилетие дало увеличение напряжения еще в два раза (1920 Г.-165 кВ, 1922 Г.-220 кВ) [2].

Новое затруднение на пути роста напряжения возникло в связи с увеличением потерь на корону. Многочисленные теоретические исследования, проводившиеся в 1910 - 1914 годах (В.Ф. Миткевич в России, Пик в Америке, Г. Капп в Англии и другие) показали, что уменьшение потерь на корону (повысить критическое коронное напряжение) можно путем увеличения действительного или "электрического" диаметра провода. Первое направление привело к применению алюминиевых, сталеалюминиевых и полых проводов большого диаметра. Второе направление (В.Ф. Миткевич) расширило указанные возможности применения расщепленных проводов, когда каждая фаза линии состоит, например, из трех проводов. При этом увеличивается "электрический" диаметр провода и к тому же снижается индуктивность проводов. Последнее обстоятельство оказалось очень важным в дальнейшем развитии техники электропередачи.

Первая линия 220 кВ с расщеплением фазы на 2 провода была построена в 1956 г. на Урале, а затем с расщеплением на 3 провода стали строить все линии 400 и 500 кВ.

Следующим этапом борьбы за освоение высоких напряжений явилась разработка методов компенсации индуктивного падения напряжения в линии. При напряжении больше 110 кВ и дальности больше 150-200 км индуктивное падение напряжения принимает такие размеры, что становится невозможным поддерживать постоянным напряжение в конце линий. Эта проблема была решена путем применения статических конденсаторов и синхронных компенсаторов. Впервые синхронный компенсатор был использован по предложению Доливо-Добровольского еще в 1892 г. на линии Бюлах-Эрликон (Швейцария) [1].

Наконец, одной из наиболее серьезных проблем в развитии электропередачи явилась возникшая в 20-х гг. проблема устойчивости параллельной работы электростанций.

Известно, что при нарушении статической (при малых нарушениях режима работы) или динамической (при резких и глубоких нарушениях) устойчивости синхронные генераторы на станциях выпадают из синхронизма и происходит распад энергетической системы.

Если при протяженности линий 200 - 300 км нет опасений за нарушение статической устойчивости и удается обеспечить динамическую устойчивость при быстром (0,1 сек. и меньше) отключении аварийного участка, то при дальности передачи 500 - 1000 км наиболее сложной задачей является обеспечение статической устойчивости.

Основополагающие работы по анализу этой проблемы выполнили в 30-е годы А.А. Горев, П.С. Жданов и другие в СССР; Парк, Робертсон и другие в США. В результате удалось найти ряд методов повышения устойчивости (регулирование турбин, аварийная разгрузка системы по частоте, фазировка возбуждения, внедрение быстродействующих защит, компенсация параметров линии и др.).