Comments 115
А почему не сверхпроводники? Вроде бы, есть несколько линий, когда тоненький провод из сверхпроводника перекачивает "всё" и не греется (хотя и нужна энергия на подготовку жидкого азота для охлажения).
Кажется в тех, что используются в промышленных масштабах - жидкий гелий. А это совсем другая цена
Во-первых хотя и жидкий азот дешевле молока за литр, он все-равной гемморойный и по своему опасный - разлитый 50 л. дюар никого не заморозит, но может задушить бригаду неакуратных работников. В нормальных странах к жидкому азоту относятся с почтением и ставят датчики кислорода там, где он хранится, и проводят инструктаж для всех работающих с ним. Конечно работающие с высоковольтным оборудованием должны знать, что делать, но это просто еще одна потенциальная опасность. Если будут подземные электролинии (а иначе как охладить), то это замкнутые углубленные помещения, что вдвойне опасно. Плюс если где жидкий азот запузырится и тоненький провод нагреется, разом потеряв сверхпроводимость, может случиться дымовое представление с хорошим материальным ущербом. Во-вторых вы наверно говорите о высокотемпературных сверхпроводниках. Их по нормальному на провода научились наносить буквально несколько лет назад, они все еще очень дорогие. Например магнит, которым хвастался Commonwealth Fusion, "съел" порядка 10% всего мирового производства таких проводов, а в реакторе таких магнитов как минимум дюжина. С учетом термоядерного бума экспериментальные, и дай бог, промышленные реакторы будут съедать почти все результаты производства высокотемпературных сверхпроводников, на провода оставаться ничего не будет. Вот если будут производить больше - почему бы и нет. Но явно не в этом десятилетии.
Вот-вот, нам для работы с жидким азотом в больших количествах (биобанк) требуют мониторинг содержания кислорода и особое устройство вентиляции с вытяжкой снизу и форсированием по команде датчика. Плюс ещё ряд устройств типа аварийного открывания дверей в помещениях, оборудованных СКУД. В целом очень много специфических требований по ТБ.
А почему не сверхпроводники?
Для передачи электричества на дальние расстояния? Это серьезный вопрос?
Уже найдены сверхпроводники комнатной температуры, просто под немыслимым давлением. Кто знает, может лет через 25-30 научатся в достаточном количестве синтезировать метастабильный металический водород, который будет вполне годиться для проводов (если решат вопрос с его взрывучестью) в широком диапозоне температур.
Многовато сложностей. Во-первых, плотность тока — слишком много отправишь, е*т. Во-вторых, длина сверхпроводящего кабеля и его хрупкость (в основном касается ReBCO и им подобных, которые можно в азоте охлаждать) — запили-ка десяток км такого ЛЭПа, уже разоришься. В-третьих, охлаждение — чем длиннее ЛЭП, тем проблемнее охлаждать, скорость нагрева зависит от площади поверхности, а она уже окололинейно от длины, как следствие, можно построить график потерь на охлаждение vs потерь на нагрев обычного проводника в пересчете на затраты энергии, и вроде как пока что нет областей, где потери на охлаждение будут меньше. Идеи были, эксперименты вроде как тоже, но не более того.
А если где случится квенч то взрыв будет шедевральным. А еще проблемы наличия критического тока.
В итоге сверхпроводящие провода для общей целей на текущий момент не возможны, и пока человечество создает новые сверхпроводники в основном методом тыка, прогресс сильно не сдвинится.
Да вроде все понятно.
У подводных кабелей гораздо большая емкость, чем у ЛЭП. 50 км для переменки в кабеле — уже финиш. У ЛЭП потери меньше, но достигают "процентов и десятков процентов мощности в первых магистральных сетях переменного тока. "
А для этого надо физику знать.
Гуглите "как работает конденсатор в цепи переменного тока" и "емкостное сопротивление".
Мне не надо гуглить, электроэнергетика это моя специальность и работа.
Грустно за электроэнергетику.
При этом кабель генерирует зарядную мощность, компенсирующую реактивную мощность потребителей.
Ага, из воздуха генерирует бесплатно, а линия в этот момент превращается в сверхпроводник и не имеет потерь.
компенсирующую реактивную мощность потребителей.
А кто компенсирует реактивную мощность, создаваемую линией, электростанции?))))
Но еще глупее вы выглядите от того, что спорите с многолетним опытом сотен людей, которые в реальности прокладывают подводные кабели. Сами-то много подводных высоковольтных кабелей проложили?
Тут надо бы еще определить, насколько поляризуется вода, примыкающая к кабелю. Угол диэлектрических потерь в ней всё же значительно выше, чем в изоляции кабеля или воздухе или грунте, окружающем линию на поверхности.
Уточняющий ваш комментарий позже прочитал. Исчерпывающе. Спасибо
Во-первых, наличие воды требует бронирования — и появления потерь от токов в нём.
Во-вторых, морская вода — неплохой проводник, не чета земле. В ней тоже переменным магнитным полем генерируются токи и, значит, потери.
и так всегда есть проводящие оболочки поверх изоляцииИ в наличии «потери в броне», вполне заметные, считаемые и учитываемые.
Кроме того, это в подземных обходятся немагнитной бронёй, в морских так легко не отделаешься, всякие там моллюски прогрызают свинец или даже латунь довольно быстро.
экран заземляется только с одной стороныводе на это плевать.
Офигеть, уже второй айтишник в теме, который упрекает меня в незнании моей профессии.А я уже перестал удивляться тому, что человек в теме, но не очень, считает, что только он может знать. И, когда попадается «айтишник», уже больше 20 лет занимающийся динамическими моделями энергосистем, использующимися по всей России и в части США — попадает впросак.
Следующим этапом, очевидно, будут тридцать пять тысяч одних курьеров — но это уже без меня. Скучно, и потому будет проигнорировано.
Да пофиг, зачем чёрный ящик разбирать? Есть потребители на разные напряжения, и из принципа переводить на DC ничего не даст — преобразовывать нужно будет всё равно. Если бы все потребители были на одном напряжении — тогда да, тогда от DC прямая выгода, а так… зачем?И можно будет проигнорировать, что в цитируемом подразумевается слово «уже». Уже решается, и менять имеет смысл только при явном существенном выигрыше. Которого нет.
Хватит, Вы мне надоели.
А я уже перестал удивляться тому, что человек в теме, но не очень, считает, что только он может знать.
+++
Я, к примеру, занимаюсь проектированием автоматики, которая все эти энергосистемы защищает. Вообще, конечно, ситуции довольно страшные бывают. Сертификаторы систем, напрямую влияющих на безопасность, которые не понимают как работает гальваническая развязка и другие приколы. Уже ничему не удивляюсь.
А тут "электроэнергетик с опытом", который не понимает как емкость линии создает потери. Ну бывает, чо.
Большинство комментаторов в теме вообще дальше школьной программы про переменный ток и низкочастотые трансформаторы ничего не знают. Это знания 19 века, времен Теслы и Эдисона. Сегодня за пределами распределительных энергосистем эти знания бесполезны.
Для людей импульсные преобразователи постоянного тока все еще являются волшебным черным ящиком, хотя устроены они очень просто и объясняются за пару часов.
Вот такой уровень знаний. Грустно. Хотя, наверное, тут школа и институт виноваты, где так и не смогли объяснить принцип работы катушки индуктивности и конденсатора.
Написано непонятно и, видимо, человеком, который в этом не разбирается.
Из текста создается впечатление, что проблема в ёмкостном сопротивлении, которое мешает (сопротивляется) передаче тока по кабелю. На самом деле, емкостное сопротивление в кабеле включено между жилой и "землей", и протеканию тока не мешает.
Реальная проблема состоит в том, что эта ёмкость генерирует реактивную мощность, которая, стекая к концам линии, вызывает повышение напряжения в его середине. Или, в режиме включения линии с одной стороны, - повышение напряжения на отключенном конце. Для наземных линий, кабельных и воздушных, эта проблема решается установкой шунтирующих реакторов (индуктивностей, компенсирующих реактивную мощность кабельной линии) на промежуточных подстанциях. Под водой это сделать сложнее.
Протекание реактивной мощности также снижает КПД передачи, но это менее существенная проблема.
В СПб есть Научно-исследовательский институт по передаче электроэнергии постоянным током высокого напряжения и основан он был в 1945 г. А то Германия, Япония...
Нечто схожее на фото с тиристорным конвертером видел на Волжской ГЭС в Волгограде, на втором (вниз) этаже, до бассейнов с осетрами. Не работало, похоже, на стадии разборки. По рассказам, наследие линии на Донбасс прикрытой вследствие известных событий.
А этот институт ещё жив? А то он уже давно выглядит снаружи довольно грустно, да и наружные установки разобрали на металлолом лет 20 назад...
Я был в нем года 3 назад, поэтому как сейчас не знаю.
Сайт существует - http://www.niipt.ru/about/rekviz.php, а здание на Курчатова действительно снесли.
Хорошо, на одном конце линии супер крутые транзисторы для преобразования AC->DC.
А обратно? DC->AC? По старинке крутятся мотор+генератор?
Импульсный инвертор, скорее всего.
Типа того что стоит в дорогих UPS, обеспечивающих "честную" синусоиду. Только, конечно же сильно больше и сложнее.
В поисковике находятся устройства для инвертирования до 1кВ, там вполне себе транзисторы (MOSFET?) и генератор частоты, об одном на Хабре написано https://habr.com/ru/post/358172/. А что выше — возможно, секрет фирмы :( может то же самое, только вместо силовых ключей неепические разрядники, а управляющие напряжения сопоставимы с несколькими кВ, и отдельная заморочка заставить ардуину управлять скважностью сигналов подобной амплитуды.
Поскольку речь идёт о чудовисчных напряжениях, тиристоры управляются не током управляющего электрода, а светом, который приходит по оптическому волокну от "управляющей ардуины".
Примерно вот так: http://www.efo-power.ru/pub/power/IGBT/articles/28.pdf
Или вот так: https://303421.selcdn.ru/soel-upload/clouds/1/iblock/764/7646886d6ec77ef0950780c0f0bc3a43/200809030.pdf
Не упомянули интересную особенность HVDC, а именно возможность работы в монополярной схеме, т.е. когда проложен только один провод, а в качестве второго используется земля.
>постоянный ток не просто возвращается, а претендует на лавры победителя
До "победы" линиям постоянного тока далеко, мягко говоря, как пешком до луны. На данный момент, HVDC широко используется на практике только в двух относительно узких нишах: при соединении двух несинхронизованных сетей и при передачи электроэнергии по подводным кабелям. Про использование HVDC для передачи электроэнергии на сверхдлинные расстояния есть только бумажные проекты.
Не упомянули интересную особенность HVDC, а именно возможность работы в
монополярной схеме, т.е. когда проложен только один провод, а в качестве
второго используется земля.
Так для переменного тока тоже "один" провод нужен. Все "силовые" линии состоят только из 3-х фаз. А "ноль" берётся из земли.
Вы перепутали ноль с заземлением.
Нет. Я про ноль который на трансформаторе берётся.
Но никто не мешает вместо ноля использовать хорошее заземление. Это даже позволит обойти счетчик.
google://схемы звезда и треугольник в трехфазной сети/
Это для трехфазного подключения. А если нужна одна...
Gordon01 23.12.2021 в 16:51
Генерировать (а тем более — передавать) одну фазу нет никакого смысла.
Перввоначальная ветка началась с довода что для HVDC не нужен ноль, и что можно его брать из земли. Я заметил что для переменного тока тоже никто ноль не прокладывает (в высоковольтной части), а для низковольтовой его тоже берут из земли. Зачем дальше вы пытаетесь мне доказать что ноль не нужен, я не понимаю.
В первоначальном сообщении предполагается, что все знают, что для передачи переменного тока нужно три провода.
А один провод — лучше, чем три.
Зачем дальше вы пытаетесь мне что-то доказать, я не понимаю.
что для передачи переменного тока нужно три провода
Для передачи переменного тока 3 провода не обязательно. Кто вас заставляет использовать 3 фазы?
Кто вас заставляет использовать 3 фазы?
Физика и вытекающая из нее экономика. Наверное, не просто так в мире все системы электропередачи трехфазные?
В трехфазной линии, если она сбалансированна, ток через ноль не течет. Поэтому его и не прокладывают. А в однофазной — таки придется делать обязательно.
Что же до одного провода — в статье это упоминается. И там же сказано что это негативно влияет на металлоконструкции в земле.
На самом деле, на высоковольтной стороне явный ноль не нужен, потому его по проводам и не передают. Если обмотки трансформатора соединены треугольником, он не нужен совсем, а если соединены звездой, то ноль образуется, как сумма трёх фаз. На низковольтной стороне он нужен однофазным потребителям, да, потому его отдельным проводом несут. Но низкое напряжение далеко от трансформатора не носят, потому особых проблем в прокладке четвёртого провода нет.
На данный момент, HVDC широко используется на практике только в двух относительно узких нишах: при соединении двух несинхронизованных сетей и при передачи электроэнергии по подводным кабелям.
Это из России плохо видно, где отрасль HVDC не существует.
Современные мощные электростанции в мире все строят с HVDC выходом, плюс вся зеленая энергетика, особенно, ветряки, очевидно.
Да просто хотя бы на вики загляните https://en.wikipedia.org/wiki/High-voltage_direct_current
Германия, Япония... Про Выборгскую подстанцию, которая с 1981 года гонит в Финляндию мощность через вставку постоянного тока упоминать не надо, конечно.
https://ru.wikipedia.org/wiki/Выборг_(вставка_постоянного_тока)
О выпрямители AC-DC было сказано, но о схема преобразования DC-AC ни чего сказано не было. Как постоянные 1.1 мегавольта преобразуют в низковольтовую переменку?
Ну и конечно электропоезда: трамваи, метро и некоторые электровозы питаются постоянным током.
Кстати, никогда не понимал, почему мощные электровозы питаются переменным током, который сразу же выпрямляется. Тем более, еще и однофазным. Не проще ли сразу подавать 35 кВ постоянного тока? Или это просто легаси?
Более того, в переменнотоковых электровозах и регулирование мощности на двигателях - трансформаторное - подключением к разным выводам трансформатора.
Поэтому у классических переменнотоковых электровозов КПД значительно выше, чем у классических постояннотоковых, которые в переходных режимах отапливают атмосферу реостатами.
Это в "до igbt период" с постояннотоковыми коллекторными электродвигателями на электровозах. Но таковые до сих пор ездят по дорогам. И в виду совместимости и большого срока службы техники на ж.д. бывает и не такое легаси тащат, например часть ж.д. Германии и Швейцарии до сих пор электрифицировано переменным током частоты 16.7Hz с отдельными электростанциями и прочим геморроем. Потому-что когда-то давно там были электровозы переменного тока без выпрямителей, а на низкой частоте это проще.
Не затронут вопрос отключения потребителей постоянного тока при перегрузке. Токи КЗ могут в несколько раз превышать рабочие. Даже простая коммутация 110В (выключатель освещения, например) постоянного тока с помощь разрыва контактов - проблема. Переменное напряжение как бы само в нуле гасит дугу при размыкании.
Использовать преобразователи на ток в 10 раз больше рабочего, при этом 99% времени он будент работать на горазно меньшем токе. Как то расточительно...
Пропускная способность транзистора по току это не фиксированная характеристика. Единственное, что их ограничивает это нагрев. Очень кратковременно транзистор может передать и более высокие токи. Так же есть вакуумные реле существующие именно потому, что разрыв дуги при прохождении через ноль не происходит. Так как воздушный "провод" остаётся, то его тут же заново пробивает даже не пиковым напряжением.
Вакуумные выключатели потому и работают, что ток переходит через ноль и дуга гаснет. Если этого не происходит - то уже авария и отключать должен следующий.
А вот мне тоже стало интересно почему они гудят, особенно в мороз.
Возможно вибрацию проводников создаёт переменное магнитное поле, притягивающее и отталкивающее их друг с другом?
Другая теория, как в комментарии выше — сами провода могут вибрировать в магнитном поле. Усиление звука именно в мороз может быть связано со снижением пластичности алюминия. А когда тепло — металл мягче, он не звенит, быстро затухают колебания (но даже из свинца можно сделать колокол, правда при -100). Кроме того, понижение температуры вызывает натяжение провода, как струны — может резонанс подтягивается до частоты 50Гц или ее гармоники.
И дополнительно третья теория, из второй: при сильно натянутом проводе, как струне — не дергает ли за нее ветер… частоту гудения врядли кто-то замерял. Если она не кратна 50, то электричество тогда ни при чём.
Не стоит фантазировать о том, что однажды мечты Эдисона осуществятся и в наших розетках переменное напряжение сменится постоянным, — этого не будет, пожалуй, никогда.
Почему? Ведь практически нет устройств, которым нужен переменный ток в чистом виде.
Всё в основном через выпрямители идёт.
Ну что там может быть переменном: стиральные машины, всё что с моторами?
Угу, только нужны будут кабеля в палец толщиной, которые стоят дорого и укладываются сложно. Посчитайте какой ток нужен двухкиловаттному нагревателю в чайнике при безопасных 48В.
Коммутировать постоянный ток пока дорого. Вот будут дешевые полупроводники может тогда...
А что, тиристоры на киловольт-другой разве не были сделаны?
Тиристоры может и есть и на большие токи, но сами он не выключаются это не транзистор. Бывают выключаемые тиристоры, я с ними не знаком, думаю там тоже не просто.
Взять например, автомобиль 12/24В, а все равно используют реле. Вероятно дешевле и надежней.
Киловольт это напряжение. Тиристоры на сотню-другую Ампер - таки дорого, да.
У бытовых потребителей слишком много разных требуемых напряжений. Да вы хоть комп или телевизор откройте — там и 220, и 12, и 5 есть. При переменном токе это очевидно просто решается, при постоянном…
Микроволновки. Ретро оборудование которое еще используется в быту. Типа старых музыкальных центров.
Спасибо, много интересного!
Вроде прочитал вся статью, но не понял, почему при Эдисоне передача постоянного тока на расстояние имела низкий КПД, а сейчас - лучше, чем у переменного? Дело в используемом сейчас высоком напряжении?
Какой, интересно, верхний теоритический предел напряжения для ЛЭП?
При идеальной изоляции наверно и предела нет.
PS. Всех причастных, с прошедшим Днем энергетика!
PPS. И с окончанием самой длинной ночи в году.
Интересный фильм документальный был — «Человек на полмиллиона вольт» — в нём показывалась работа бригады техников, обслуживающих ЛЭП 500 кВ с вертолёта без отключения линии.
Разъясните пожалуйста, тут автор сетовал на скин эффект, который ограничивает передачу переменного тока глубиной ~10 мм. Т.е. проводники диаметром более 20 мм неэффективны, либо внутрь вплетать стальной трос для прочности. Если посчитать 3 провода вместо одного для постоянки, то получается что такой же максимальный ток на постоянке пропустит проводник с диаметром 20*✓3 ~=35 мм. Неужели используются проводники большего диаметра, если это является преимуществом сетей постоянного тока? Я спрашиваю именно про диаметр проводника а не кабеля ...
Ренессанс постоянного тока: как HVDC спасли переменный ток