Применение высоких напряжений для передачи электрической энергии

Применение высоких напряжений для передачи электрической энергии на большие расстояния играет важную роль в развитии мировой электроэнергетики и нашей страны. Наиболее высокое напряжение, используемое в мире в настоящее время 750 кВ (Россия, Украина) и 765 кВ (США, Канада, Бразилия). В Европейской объединенной энергосистеме (UCPTE) наивысшее напряжение 400 кВ. В мире была сооружена лишь одна линия ультравысокого напряжения (УВН) 1150 кВ Экибастуз – Кокчетав – Кустанай – Челябинск (Казахстан – Россия). Все оборудование этой уникальной электропередачи было разработано в нашей стране и выпущено отечественной промышленностью. В настоящее время 500 км этой линии эксплуатируется под напряжением 500 кВ.

Рост напряжений, который происходил в течение всего периода развития электроэнергетики, определяется экономическими факторами. Стоимость линии электропередачи (ЛЭП) примерно пропорциональна номинальному напряжению, в то время как её пропускная способность пропорциональна квадрату этого напряжения. Себестоимость передачи электроэнергии снижается при повышении номинального напряжения, уменьшаются и удельные капиталовложения.

Экономические факторы также способствовали сооружению мощных электростанций, поскольку удельные капиталовложения и металлоёмкость для крупных электростанций значительно ниже, чем для мелких.

Необходимость передачи электроэнергии на большие расстояния связана с удалением электростанций от центров потребления, что вызвано повышением экологических требований к электростанциям, прежде всего необходимостью сокращения занимаемых под них земельных площадей и усложнением их размещения вблизи крупных промышленных центров. Это, в свою очередь, влечет за собой увеличение длины линий электропередачи. Для того чтобы снизить потери электроэнергии при передаче по длинным линиям определенной мощности необходимо повысить напряжение и уменьшить ток. В России передача электроэнергии на значительные расстояния осуществляется по линиям с номинальными напряжениями 110, 220, 330, 500, и 750 кВ. В таблице 1.1. представлены пропускная способность линий различных номинальных напряжений и их длина в зависимости от номинального напряжения.

Надежная работа электрических систем высокого напряжения в основном определяется изоляцией и теми напряжениями, которые на эту изоляцию воздействуют. Повышения напряжения, которые могут быть опасными для изоляции, называются перенапряжениями. Использование высоких напряжений в электрических системах связано с проблемой обеспечения безаварийной работы изоляции всех элементов электрической системы. Рассматриваемая проблема получила название “Техника высоких напряжений в электроэнергетике”

Таблица 1.1.

Пропускная способность электропередачи 110-1150 кВ [ ЭТС, Т.3, с. 239]

Техника высоких напряжений (ТВН) в настоящее время представляет собой науку о характеристиках вещества и процессах в нем при экстремальных электромагнитных воздействиях - высоких напряжениях и сильных токах, а также о технологическом использовании этих процессов. Один из основных разделов ТВН посвящен свойствам и характеристикам изоляционных конструкций электрооборудования высокого напряжения и условиям их надежной эксплуатации при воздействии рабочего напряжения, грозовых и внутренних перенапряжений. Учебная дисциплина, соответствующая этому разделу называется «Изоляция и перенапряжения». Структура этой дисциплины достаточно разнородна и представляет собой два больших раздела «Изоляция электрических установок высокого напряжения» и «Перенапряжения в электрических системах». Эти разделы связаны между собой задачей координации изоляции, которая заключается в приведении в соответствие уровней электрической прочности изоляции и уровней воздействующих на электроустановки перенапряжений. На схеме (рис.1) представлена структура учебной дисциплины, которая поможет студентам составить общее представление о содержании этой дисциплины.