Даёшь постоянный ток! Опции

[Гость_Феодор_*]

Здравствуйте господа, давно не виделись.

Есть бредовая идея, присоединяйтесь к обсуждению.

Идея: наступает пора перевести планету обратно на постоянный ток.

Как мы помним, первые электрические сети были постоянными. Однако, единственным эффективным способом преобразования напряжения был перевод электрического поля в магнитное и обратно, т. е. трансформатор, а трансформатор работает только с переменным током.

Прошёл век. Всё больше электрической нагрузки - электроника, которая первым делом ток выпрямляет, создавая в сетях переменного тока злобные гармоники. Вторым делом электроника осуществляет высокоэффективное преобразование постоянного тока используя тиристоры и стабилизирующие схемы с обратной связью. Электронное питание всё чаще применяется в традиционно реактивных нагрузках: лампах дневного света (электронный балласт), в моторах (преобразователи частоты).

С другой стороны, расширяется парк генерации постоянного тока: солнечные батареи, обычные аккумуляторы в источниках бесперебойного питания. Всё больше вводится высоковольтных линий постоянного тока, построенных на тех же тиристорах.

Электронные компоненты (особенно высоковольтные) пока что дороги, но постоянно дешевеют. Медь, напротив, дорожает.

Повсеместно используемый трёхфазный переменный ток имеет свои недостатки. ЛЭП - огромные антенны, рассеивающие энергию в окружающую среду. В то же время, среднее напряжение меньше пикового, то есть провода используются неэффективно. Фазовая синхронизация гигантских сетей, управление как активными, так и реактивными компонентами - сложные инженерные задачи. Наконец, трёхфазное питание требует трёх проводников, а постоянный ток обходится двумя или одним.

Итак, мы всё больше потребляем, генерируем и передаём постоянный ток, но "посередине" используем переменный. В какой-то момент станет выгоднее массово перейти на сети постоянного тока.

Резистивной и электронной нагрузке природа тока безразлична. Трансформаторы можно заменить электронными преобразователями. Если преобразователи автоматически стабилизируют выходное напряжение, не требуется чрезвычайная стабильность напряжения в питающей сети. Если электронные преобразователи будут иметь кибернетические функции, можно будет предотвращать катастрофы посредством точечного управления нагрузками. Генераторы переменного тока можно снабдить выпрямителями, индуктивные двигатели - инверторами. Ими же можно снабдить точки соединения постоянных и переменных сетей.

Итак, в чём я неправ?

Я слышал, что постоянный ток имеет какие-то особые недостатки в плане передачи, но подробного объяснения не встретил. Кто разъяснит?

[Гость_Гость_Павел_*_*]

1. 2-х и 4-х фазный ток это одно и тоже и минимальное кол-во проводов, нужных для передачи равно 4 (с нейтралью 5). Для трасформации нужно всего навсего 2 обычных однофазных трасформатора. Поскольку магнитные системы этих трансов не связаны, то им пофигу всякие перекосы и множество прочих болезней, которыми болеют классические трёхфазники. Можно конечно, в случае с 3-х фазным током поставить 3 отдельных однофазных трансформатора, но это уже не выгодно экономически, да и с технической точки зрения не лучшее решение. Минимальное кол-во обмоток, как на генераторе, так и на эл. двигателе равно двум. Тесла это прекрасно знал и говорил об этом, но людям захотелось иметь 3 провода, а не 4, так вот стех пор в 3-х проводах и заблудились.
2. Про железные дороги: очень много полезной информации есть тут: http://www.css-rzd.ru/zdm/ Это специализированный журнал в котором широко освещаются все технические решения, проблемы, новшества и др. Если коротко про переменку на РЖД, то дополнительные потери складываются из следующих составляющих: 1. Понижающий трансформатор и выпрямитель для питания эл. двигателей, поскольку они всё те-же коллекторные. 2. Отсутствие возможности рекуперации энергии при торможении. 3. определённые тех. сложности в организации питания котактной сети, поскольку там можно применить только однофазное напряжение, а у нас всё электроснабжение 3-фазное, да и переменные токи в рельсах вызывают определённые потери. То, что понижающий транс весит 10 тон не является большой проблемой, поскольку этот вес ничтожен в сравнении с весом всего состава.
3. Про реактивные токи всех видов на постоянке можно вообще забыть, как страшный сон. Там присутствуют только омические потери в проводах и ничего более, да и сечение провода используется на 100%, что особенно актуально при передаче больших токов. Потери в линиях постоянного тока не зависят от характера нагрузки и любой потребитель для линии является всегда 100% активной нагрузкой. Устоичивость линий ПТ очень велика сама по себе, без применения доп. усилий для обеспечения их стабильности и эффективности.
4. Инверторы (преобразователи) бывают, как тиристорные, так и транзисторные. На очень большие мощности до сих пор используют только тиристорные, хотя по мере совершенствования элементной базы верхний предел мощностей для транзисторных преобразователей постоянно растёт и уже сейчас составляет десятки мегаватт, хотя по моему мнению потенциал классического тиристора в "среднем" секторе мощностей (сотни киловатт - еденицы мегаватт) далеко не исчерпан и при хорошей схемотехнике может составить серьёзную конкуренцию IGBT транзисторам.
5. Электродвигатели маленькой мощности (десятки ватт), построенные по принципу компьютерного вентилятора имеют копеечную стоимость, малый вес, простоту конструкции и очень высокий КПД - до 70-80% против 30-40% у двигателей переменного тока той-же мощности. Кстати в современной бытовой технике всё реже и реже встречаются асинхронные двигатели - везде коллекторные и вентильные, как вентилятор в компе. Если-бы с асинхронниками всё было так хорошо, то наверно бы производители их применяли, да и в промышленном секторе средних и больших мощностей всё больше и больше внедряют новые виды электропривода (вентильные, вентильно-индукторные, на постоянных магнитах и другие типы), поскольку классический асинхронник себя исчерпал, а на все новые виды привода деобходимы преобразователи, которым нужен постоянный ток, да и классический асинхронник без преобразователя частоты использовать становится дурным тоном. (как автомобиль без гидроусилителя руля, автоматической коробки, кондиционера, электропривода стёкол с зеркалами и с карбюратором под капотом вместо инжектора) ну в общем спрашивается, ЗАЧЕМ мучиться со всякими реактивками, косинусами и прочими геммороями переменного тока, если всё нахрен выпрямляется и преобразуется??? Получается какой-то бред, фактически почти всё в быту и многое на производстве и так потребляет постоянный ток (или может потреблять) и это всё пытаются заставить потреблять его так, чтобы питающая сеть "не заметила", что нагрузка живёт на постоянном токе, т.е. имеет в своём составе выпрямитель, который искажает синусоиду потребляемого тока и вносит искажения, которые вызывают потери в линиях и трасформаторах и даже могут приводить к неустойчивости сетей, резонансам и др. Не проще-ли просто всё запитать постоянным током?
6. Развитие альтернативной энергетики (ветряки, малые ГЭС, волновые и прочие) электростанции в большинстве случаев подразумевают производство электроэнергии постоянного тока или переменного с ненормируемыми параметрами по частоте с последующим выпрямлением, что вынуждает ставить дополнительные преобразователи для соответствия с принятыми нормами электроснабжения и согласования с сетью (в случае отдачи энергии о общую сеть) ...... далее всё сново выпрямляется и потребляется

[mic61]

Ну, давайте и я свои пять копеек вставлю.
Не так уж и выгодна передача энергии на постоянном токе. Учитывая, что потери активной энергии обратно пропорциональны напряжению передачи, большие мощности выгодно передавать на высоком напряжении (хоть переменный ток, хоть постоянный.) Прикинем. Чтобы передать, скажем 10 МВт по ЛЭП на напряжении, скажем 220 кВ, необходимо:
Переменный, трехфазный ток Iном = 10000/(1,73*220) = 26 А
Постоянный ток Iном = 10000/220 = 45 А
При одинаковой плотности тока, скажем экономической, 1 А/кв.мм, для:
Переменного тока (три провода)
S = 26/1 = 26 кв.мм
Sсум = 3 * 26 = 78 кв.мм
Постоянного тока (два провода)
Sсум = 2 * 45 = 90 кв.мм
Понятно, что при переменном трехфазном ток в фазах будет несколько больше (пресловутая реактивная энергия, и эффект вытеснения.) Но уже понятно, что особого выигрыша в материале проводов не будет (если не применять сверхпроводимые линии электропередач.)
Далее.
То, что уже говорилось об основных потребителях эл.энергии – мощных двигателях. Асинхронник намного проще двигателя постоянного тока (ДПТ). А все его недостатки (большие пусковые токи, сложности регулировки мощности на валу) легко, по теперешним временам (таки да, силовая электроника шагнула сильно), устраняются использованием частотных преобразователей. А есть еще синхронники, которые не уступают ДПТ по механическим характеристикам (и по сложности, правда, тоже.)
А сложности преобразования постоянного тока низкого напряжения в высокое напряжение (и обратно?) Ведь все равно нужны трансформаторы достаточной мощности (об этом уже писалось в этой теме), хоть и более высокочастотные (если брать принцип импульсных БП.)
А сложности коммутации постоянного тока высокого (и не очень высокого) напряжения?
Железнодорожники это отлично знают, и могут сравнить габариты вакуумника 10 кВ в ЗРУ переменки, и быстородействующие выключатели 3,3 кВ постоянки.
А сложности с реализацией измерения и защиты постоянного тока высокого напряжения (аналоги трансформаторов тока и напряжения переменки?)
Тем не менее ВЛ постоянки давно существуют – одна из первых в Союзе - ВЛ «Волгоград-Донбасс – 800 кВ».
Сверхочевидное преимущество (для чего и стрились эти ВЛ) – в возможности включения длинных линий без проверки синхронизма между удаленными частями Системы. Но это уже другая тема.
Т.е. я бы изменил название темы на, примерно, такую "Даешь постоянный ток на сверхпроводимых линиях".

[Dmitry_G]

Сверхочевидное преимущество (для чего и стрились эти ВЛ) – в возможности включения длинных линий без проверки синхронизма между удаленными частями Системы. Но это уже другая тема.
Т.е. я бы изменил название темы на, примерно, такую "Даешь постоянный ток на сверхпроводимых линиях".

Ладно, что-нибудь и я ляпну.
Строить линии на переменном токе 50Гц большой протяженности сложно еще и потому,что это ограничивается такими свойствами как возникновение на определенных участках значительных падений напряжений из-за соразмености длины волны и длины линии (плохо помню, но что-то изучали, были 1-2 лекции по "длинным линиям"). Это как в радиосвязи-четьверть-волновые, полуволновые антенны, стоячие и бегушие волны. Честно не помню этот курс, простите за корявые формулировки.Кто по-моложе, наверное помнят что-то по теме.
В Союзе вообще была "гигантомания". Необходимы ли вообще длинные линии?