Alalisvooluühendus
(punase joonega ‒ kasutusel, sinise joonega ‒ ehitamisel või projekteerimisel)
Alalisvooluühendus ehk HVDC-edastus (lühend ingliskeelsetest sõnadest high-voltage direct current) on elektrienergia kõrgepingelise alalisvooluna edastamise moodus, mida kasutatakse suurte elektrienergia koguste edastamiseks kauge maa taha, sealjuures ka eri maade ja erinevate parameetritega elektrisüsteemide vahel. Niisugustel tingimustel on alalisvooluühendus majanduslikult kasulikum kui üldiselt levinud vahelduvvooluedastus.
Tehnilis-majanduslikud kaalutlused
[muuda | muuda lähteteksti]Elektrijaamades toodavad elektrienergiat sünkroongeneraatorid kolmefaasilise 50- (või 60-) hertsise vahelduvvooluna. Suurte energiakoguste ülekandmiseks kaugel asuvatele tarbijatele tõstetakse trafo abil pinge mitmesaja kilovoldini, et vähendada liini juhtmeid läbivat voolu ja vastavalt ka neis tekkivat võimsuskadu. Kõrgepingeliini lõpus madaldatakse pinge trafoalajaamas tarbijaile vajaliku väärtuseni.
Pikas vahelduvvooluliinis põhjustab kõige suuremat võimsuskadu liini mahtuvusest tingitud reaktiivvõimsus. Mahtuvused esinevad liini juhtmete ja maa vahel, samuti juhtmete endi vahel. Nii moodustunud "kondensaatorite" ümberlaadimine (elektrilaengute ümberpaigutamine) toimub sekundi jooksul 50 korda ühes ja 50 korda teises suunas. See liinis edasi-tagasi kulgev ümberlaadisvool pole mitte ainult kasutu (energiaedastuse seisukohast), vaid põhjustab võimsuskadu, sest vool (I) muutub liini juhtmete takistuses (R) soojuseks (kaovõimsus P = I2R).
Õhuliinides (pikkusega alla 1000 km) on mahtuvused maa suhtes võrdlemisi väikesed, ent maa- ja merekaablites kasvab reaktiivvõimsuse osa juba 50‒100 kilomeetri pikkuse liini korral sedavõrd, et suurte võimsuste edastamine vahelduvvooluliini kaudu osutub majanduslikult ebatõhusaks. Alalisvoolu korral reaktiivvõimsuskadu puudub, mistõttu seda energia edastamise moodust on hakatud viimastel aastakümnetel järjest ulatuslikumalt rakendama, vaatamata suurtele kulutustele vahelduvvoolu alaldamiseks ja alalisvoolu vaheldamiseks (vastavalt alalisvoolu edastamise trakti alguses ja lõpus).
HVDC-edastusel väheneb võimsuskadu ka skinnefekti puudumise tõttu.
Alalisvooluühenduse peamine eelis on seega võimalus mõõdukate kadude juures (enamasti vahemikus 3‒8%) üle kanda suuri, gigavattidesse ulatuvaid võimsusi sadade ja tuhandete kilomeetrite kaugusele. Et ühenduskaablite ristlõige jääks majanduslikult vastuvõetavaks, kasutatakse seda kõrgemat pinget, mida pikem on liin ‒ üle tuhande kilomeetri korral kuni 800 kV.
Energiakao vähendamise kõrval pakub alalisvooluühendus muidki võimalusi ja rakendusi. Euroopas on mitu erineva sagedusreguleerimisega energiasüsteemi: 1) Skandinaavia maad (Soome, Rootsi, Norra ja osa Taanist); 2) Venemaa energiasüsteemiga ühendatud Eesti, Läti ja Leedu; 3) Euroopa muu mandriosa; 4) Suurbritannia ja Iirimaa. Alalisvooluühendus võimaldab süsteemidevahelist energia ülekannet alalisvooluliinide ja alalisvoolumuundusjaamade kaudu. Nii on võimalik kiiresti reageerida tarbimisvajaduse muutustele eri riikides ja piirkondades.
Muundusjaamad
[muuda | muuda lähteteksti]Alalisvooluliini kummaski otsas on muundus- ehk konverterjaam, mis muundab liini sisendotsas kolmefaasilise vahelduvvoolu alalisvooluks ja väljundotsas tagasi vahelduvvooluks. Enamasti tingivad tarbimisvajadused energiavoo edastamist kord ühes, kord teises suunas, seepärast on mõlemad muundusjaamad võimelised talitlema nii alaldus- kui ka vaheldusrežiimis.
Alalisvooluliinid, mis ühendavad kaugel asuvaid energiaallikaid, nt hüdroelektrijaamu või tuuleenergiakomplekse tarbimiskeskustega, vajavad loomulikult vaid ühesuunalisi muundureid.
Muundusseadisteks on GTO-türistorid ja järjest suuremas ulatuses IGBT-transistorid. Et ühe seadise lubatav vastupinge ei ületa paari kilovolti ja kasutatakse keerukaid, kuni 12 harust koosnevaid skeeme, sisaldab muunduslülitus sadu ja tuhandeid seadiseid koos tüürlülituste ja vesijahutussüsteemiga. Alaldatud pulseervoolu silutakse drosselitega, mille induktiivsus võib ulatuda ühe henrini.
Vahelduvvoolu poolel on kõrgepingetrafode ülesandeks ka mähiste induktiivsusega maha suruda arvukaid harmoonilise võnkumisi väljuvas vahelduvvoolus.
Alalisvooluliinid
[muuda | muuda lähteteksti]Alalisvooluühendus võib olla monopolaarne või bipolaarne.
- Monopolaarse ühenduse korral kõrgepingelise alalisvooluallika üks poolus maandatatakse ja energia edastatakse üheainsa õhuliinijuhtme või kaablisoone kaudu; tagasijuhiks on maa või merevesi. Mitme kiloampri suurusele voolule maaühenduse loomiseks on vajalik suuremahuline maandusseade hea juhtivusega pinnases. Selle ühendusviisi põhipuudusteks on maavoolu korrodeeriv mõju maa sees paiknevatele metalltarinditele ja elektrokeemiline mõju veele.
- Bipolaarse ühenduse korral toimub energiaedastus läbi kahe kaablisoone (või kahe eraldi kaabli), millest ühele antakse maa suhtes positiivne pinge, näiteks 150 kV, ja teisele juhile maa suhtes niisama suur negatiivne pinge, seega on liini pinge näitejuhul ±150 kV ehk 300 kV (nagu see on Estlink-ühendusel). Maad ei läbi siin tarbimisvool, vaid üksnes võrdlemisi väike tasandusvool. Maandamine on vajalik selleks, et ära hoida pinge ebaühtlasest jaotusest tingitud ohtu kaabli isolatsioonile.
Bipolaarset ühendust saab vajadust mööda tööle rakendada ka kahe rööbitise monopolaarse ühendusena.