Kelebihan saluran transmisi arus searah tegangan tinggi dibandingkan dengan saluran arus bolak-balik

Setelah menjadi saluran transmisi tegangan tinggi tradisional, hari ini mereka selalu beroperasi menggunakan arus bolak-balik. Tetapi pernahkah Anda berpikir tentang keuntungan yang dapat diberikan oleh saluran transmisi DC tegangan tinggi dibandingkan dengan saluran AC? Ya, kita berbicara tentang saluran transmisi Arus Langsung Tegangan Tinggi (Transmisi Daya HVDC).

Tentu saja, untuk pembentukan saluran arus searah tegangan tinggi, pertama-tama, konverter, yang akan membuat arus searah dari arus bolak-balik dan arus bolak-balik dari arus searah. Inverter dan konverter semacam itu mahal, serta suku cadangnya, memiliki batasan kelebihan beban, selain itu, untuk setiap saluran perangkat harus unik tanpa berlebihan. Pada jarak pendek, rugi-rugi daya pada konverter membuat saluran transmisi semacam itu pada umumnya tidak ekonomis.

Tetapi di aplikasi mana yang lebih disukai untuk menggunakannya D.C.? Mengapa tegangan AC yang tinggi terkadang tidak cukup efisien? Terakhir, apakah saluran transmisi arus searah tegangan tinggi sudah digunakan? Kami akan mencoba mendapatkan jawaban atas pertanyaan-pertanyaan ini.

Anda tidak perlu pergi jauh untuk memberi contoh. Kabel listrik yang diletakkan di dasar Laut Baltik antara dua negara tetangga, Jerman dan Swedia, panjangnya 250 meter, dan jika arusnya bolak-balik, maka hambatan kapasitif akan menyebabkan kerugian yang signifikan. Atau saat memasok listrik ke daerah terpencil saat tidak memungkinkan untuk memasang peralatan perantara. Di sini juga, arus searah tegangan tinggi akan menyebabkan lebih sedikit kerugian.

Bagaimana jika Anda perlu meningkatkan kapasitas saluran yang sudah ada tanpa menambahkan saluran tambahan? Dan dalam hal menyalakan sistem distribusi AC yang tidak sinkron satu sama lain?

Sedangkan untuk daya spesifik yang ditransmisikan untuk arus searah, pada tegangan tinggi, diperlukan penampang kabel yang lebih kecil, dan menara bisa lebih rendah. Misalnya, Saluran Transmisi Sungai Nelson Bipole Kanada menghubungkan jaringan distribusi dan pembangkit listrik jarak jauh.

Jaringan listrik AC dapat distabilkan tanpa meningkatkan risiko korsleting. Pelepasan korona, yang menyebabkan kerugian pada saluran AC karena puncak tegangan sangat tinggi, jauh lebih sedikit dengan DC, sehingga ozon yang berbahaya dilepaskan. Sekali lagi, mengurangi biaya pembangunan saluran listrik, misalnya dibutuhkan tiga kabel untuk tiga fasa dan hanya dua untuk HVDC. Sekali lagi, manfaat maksimal dari kabel bawah laut tidak hanya material yang lebih sedikit, tetapi juga kerugian kapasitif yang lebih sedikit.

Sejak 1997AAB memasang saluran HVDC Light dengan daya hingga 1,2 GW pada voltase hingga 500 kV. Jadi sambungan listrik nominal 500 MW dibangun antara jaringan listrik Britania Raya dan Irlandia.

Koneksi ini meningkatkan keamanan dan keandalan pasokan listrik antar jaringan. Membentang dari barat ke timur, salah satu kabel dalam jaringan sepanjang 262 kilometer, dengan 71% kabel berada di dasar laut.

Sekali lagi, ingat bahwa jika arus AC digunakan untuk mengisi ulang kapasitansi kabel, akan ada kehilangan daya yang tidak perlu, dan karena arus diterapkan terus-menerus, kerugian dapat diabaikan. Selain itu, kerugian dielektrik AC juga tidak boleh diabaikan.

Secara umum, dengan arus searah, lebih banyak daya dapat ditransmisikan melalui kabel yang sama, karena tegangan memuncak pada daya yang sama, tetapi dengan arus bolak-balik, lebih tinggi, selain itu, insulasi harus lebih tebal, penampang lebih besar , jarak antara konduktor lebih besar, dll. Mempertimbangkan semua faktor ini, koridor saluran transmisi arus searah menyediakan transmisi energi listrik yang lebih padat.

Saluran tegangan tinggi permanen tidak dibuat di sekitarnya medan magnet bolak-balik frekuensi rendahseperti tipikal saluran transmisi AC. Beberapa ilmuwan berbicara tentang bahaya medan magnet variabel ini bagi kesehatan manusia, tumbuhan, hewan. Arus searah, pada gilirannya, hanya menciptakan gradien medan listrik konstan (bukan variabel) di ruang antara konduktor dan tanah, dan ini aman untuk kesehatan manusia, hewan, dan tumbuhan.

Stabilitas sistem AC difasilitasi oleh arus searah.Karena tegangan tinggi dan arus searah, dimungkinkan untuk mentransfer daya antara sistem AC yang tidak sinkron satu sama lain. Ini mencegah kerusakan kaskade agar tidak menyebar. Dalam kasus kegagalan non-kritis, energi dipindahkan ke dalam atau ke luar sistem.

Hal ini semakin meningkatkan adopsi jaringan DC tegangan tinggi, sehingga memunculkan fondasi baru.

Stasiun konverter Siemens untuk jalur transmisi arus searah tegangan tinggi (HVDC) antara Prancis dan Spanyol

Skema garis HVDC modern

Aliran energi diatur oleh sistem kontrol atau stasiun konversi. Aliran tidak terkait dengan mode operasi sistem yang terhubung ke saluran.

Interkoneksi pada saluran DC memiliki kapasitas transmisi kecil yang sewenang-wenang dibandingkan dengan saluran AC, dan masalah tautan yang lemah dihilangkan. Garis itu sendiri dapat dirancang dengan mempertimbangkan optimalisasi aliran energi.

Selain itu, kesulitan menyinkronkan beberapa sistem kontrol yang berbeda untuk pengoperasian sistem energi individu menghilang. Pengontrol darurat cepat disertakan Kabel listrik arus searah meningkatkan keandalan dan stabilitas jaringan secara keseluruhan. Kontrol aliran daya dapat mengurangi osilasi dalam garis paralel.

Keunggulan ini akan memfasilitasi adopsi interaksi arus searah tegangan tinggi yang lebih cepat untuk memecah sistem tenaga besar menjadi beberapa bagian yang disinkronkan satu sama lain.

Misalnya, beberapa sistem regional telah dibangun di India yang dihubungkan oleh saluran arus searah tegangan tinggi.Ada juga rangkaian konverter yang dikendalikan oleh pusat khusus.

Itu sama di Cina. Pada tahun 2010, ABB membangun arus searah tegangan ultra tinggi 800 kV pertama di dunia di Tiongkok di Tiongkok. Jalur 1100 kV Zhongdong — Wannan UHV DC dengan panjang 3400 km dan kapasitas 12 GW selesai pada tahun 2018.

Pada tahun 2020, setidaknya tiga belas lokasi konstruksi telah diselesaikan jalur EHV DC di Tiongkok. Saluran HVDC mentransmisikan daya dalam jumlah besar melalui jarak yang signifikan, dengan beberapa pemasok daya terhubung ke setiap saluran.

Biasanya, pengembang saluran transmisi arus searah tegangan tinggi tidak memberikan informasi kepada masyarakat umum tentang biaya proyek mereka, karena ini adalah rahasia dagang. Namun, spesifikasi proyek membuat penyesuaiannya sendiri, dan harganya bervariasi tergantung pada: daya, panjang kabel, metode pemasangan, biaya tanah, dll.

Dengan membandingkan semua aspek secara ekonomis, keputusan dibuat mengenai kelayakan membangun jalur HVDC. Misalnya, pembangunan jalur transmisi empat jalur antara Prancis dan Inggris, dengan kapasitas 8 GW, bersama dengan pekerjaan darat, membutuhkan sekitar satu miliar pound.

Daftar proyek Arus Langsung Tegangan Tinggi (HVDC) signifikan dari masa lalu

Pada tahun 1880-an ada yang disebut perang arus antara pendukung DC seperti Thomas Edison dan pendukung AC seperti Nikola Tesla dan George Westinghouse. Arus DC bertahan selama 10 tahun, tetapi perkembangan pesat transformator daya, yang diperlukan untuk meningkatkan voltase dan dengan demikian membatasi kerugian, menyebabkan proliferasi jaringan AC. Hanya dengan perkembangan elektronika daya, penggunaan arus searah tegangan tinggi menjadi mungkin.

teknologi HVDC muncul pada tahun 1930-an. Ini dikembangkan oleh ASEA di Swedia dan Jerman. Jalur HVDC pertama dibangun di Uni Soviet pada tahun 1951 antara Moskow dan Kashira. Kemudian, pada tahun 1954, jalur lain dibangun antara pulau Gotland dan daratan Swedia.

Moskow — Kashira (USSR) — panjang 112 km, voltase — 200 kV, daya — 30 MW, tahun konstruksi — 1951. Ini dianggap sebagai arus searah tegangan tinggi elektronik statis penuh pertama di dunia, yang dioperasikan. Garis saat ini tidak ada.

Gotland 1 (Swedia) — panjang 98 km, voltase — 200 kV, daya — 20 MW, tahun konstruksi — 1954. Sambungan HVDC komersial pertama di dunia. Diperluas oleh ABB pada tahun 1970, dinonaktifkan pada tahun 1986.

Volgograd — Donbass (USSR) — panjang 400 km, voltase — 800 kV, daya — 750 MW, tahun konstruksi — 1965. Tahap pertama saluran listrik 800 kV DC Volgograd — Donbass ditugaskan pada tahun 1961, yang dicatat dalam pers pada waktu itu sebagai tahap yang sangat penting dalam pengembangan teknis teknik kelistrikan Soviet. Garis saat ini dibongkar.

Pengujian penyearah tegangan tinggi untuk saluran arus searah di laboratorium VEI, 1961.

Diagram garis arus searah tegangan tinggi Volgograd — Donbass

Lihat: Foto instalasi listrik dan peralatan listrik di USSR 1959-1962

HVDC antara pulau-pulau di Selandia Baru — panjang 611 km, voltase — 270 kV, daya — 600 MW, tahun pembangunan — 1965. Sejak 1992, АBB direkonstruksi… Tegangan 350 kV.

Sejak 1977sampai sekarang semua sistem HVDC telah dibangun menggunakan komponen solid-state, dalam banyak kasus thyristor, sejak akhir 1990-an konverter IGBT telah digunakan.

Inverter IGBT di stasiun konverter Siemens untuk jalur transmisi arus searah tegangan tinggi (HVDC) antara Prancis dan Spanyol

Cahora Bassa (Mozambik - Afrika Selatan) — panjang 1420 km, tegangan 533 kV, daya — 1920 MW, tahun pembangunan 1979. HVDC pertama dengan tegangan lebih dari 500 kV. Perbaikan ABB 2013-2014

Ekibastuz — Tambov (USSR) — panjang 2414 km, voltase — 750 kV, daya — 6000 MW. Proyek ini dimulai pada tahun 1981. Saat dioperasikan, ini akan menjadi jalur transmisi terpanjang di dunia. Lokasi konstruksi ditinggalkan sekitar tahun 1990 karena runtuhnya Uni Soviet dan jalur tersebut tidak pernah selesai.

Interconnexion France Angleterre (Prancis — Britania Raya) — panjang 72 km, tegangan 270 kV, daya — 2000 MW, tahun konstruksi 1986.

Gezhouba — Shanghai (Cina) — 1046 km, 500 kV, daya 1200 MW, 1989.

Rihand Delhi (India) — panjang 814 km, voltase — 500 kV, daya — 1500 MW, tahun konstruksi — 1990.

Kabel Baltik (Jerman - Swedia) — panjang 252 km, voltase — 450 kV, daya — 600 MW, tahun konstruksi — 1994.

Tian Guan (Cina) — panjang 960 km, voltase — 500 kV, daya — 1800 MW, tahun konstruksi — 2001.

Talcher Kolar (India) — panjang 1450 km, voltase — 500 kV, daya — 2500 MW, tahun konstruksi — 2003.

Tiga Ngarai — Changzhou (Cina) — panjang 890 km, voltase — 500 kV, daya — 3000 MW, tahun pembangunan — 2003. Tahun 2004 dan 2006.2 jalur lagi dibangun dari pembangkit listrik tenaga air HVDC "Three Gorges" ke Huizhou dan Shanghai sepanjang 940 dan 1060 km.

Pembangkit listrik tenaga air terbesar di dunia, Three Gorges, terhubung ke Changzhou, Guangdong, dan Shanghai melalui jalur arus searah tegangan tinggi

Xiangjiaba-Shanghai (Cina) — jalur dari Fulong ke Fengxia. Panjangnya 1480 km, tegangan 800 kV, daya 6400 MW, tahun pembangunan 2010.

Yunnan — Guangdong (Cina) — panjang 1418 km, voltase — 800 kV, daya — 5000 MW, tahun konstruksi — 2010.