Visokonaponska istosmjerna struja

Visokonaponski istosmjerni vodovi u Europi. Crveno: postojeći vodovi, Zeleno: Vodovi u izgradnji, Plavo: Planirani projekti

Visokonaponska istosmjerna struja (engl. High-voltage direct current ili HVDC) predstavlja način prijenosa električne energije. Visoki napon se koristi za prijenos električne energije na velike udaljenosti da bi se smanjili gubici energije zbog otpora u vodovima. Prijenos velikih količina električne energije visokonaponskom istosmjernom strujom je jeftiniji i trpi manje električne gubitke u usporedbi sa prijenosom izmjeničnom strujom. Zavisno od napona i konstrukcijskih značajki, energetski gubitci kod istosmjernog prijenosa se procijenjuju na 3,5% na 1000km, što je puno manje u usporedbi sa izmjeničnim prijenosom. Električni provodnici za istosmjerni prijenos, trebaju manje vodiča jer nema potrebe za trofaznim sustavom. Istosmjerni sustavi mogu koristiti tanje vodiče jer nema pojave skin efekta. Ovi faktori dosta snižavaju troškove prijenosa električne energije.

Princip rada

Princip istosmjernog prijenosa sastoji se u konverziji izmjenične struje u istosmjernu, prijenosu istosmjerne energije na velike udaljenosti i ponovne konverzije u izmjeničnu struju. Pretvaranje energije obavlja se u pretvaračkim stanicama.

Vrste HVDC prijenosa

Postoje dvije vrste istosmjernog prijenosa: jednopolni i dvopolni. Kod jednopolnog sustava je jedan kraj pretvarača spojen na prijenosni vod. Taj vod je pod približno nazivnim naponom, na potencijalu visoko iznad ili ispod potencijala zemlje, zavisno od smjera toka snage. Drugi kraj je povezan sa uzemljenjem i on može, a i ne mora biti povezan pomoću drugog provodnika sa uzemljenim krajem druge pretvaračke stanice. Drugi provodnik je praktično na potencijalu zemlje. U jednopolnim HVDC sustavima, koji postoje gotovo isključivo u obliku podmorskih kablovskih sustava prijenosa, postoje bitne razlike između izrade katodne i anodne elektrode koje se koriste kao uzemljivači. Uzemljivač u ulozi katode nije izložen sopstvenom elektroličkom razgrađivanju, pa se najčešće izvodi ukopavanjem više stotina metara bakrenog provodnika velikog prečnika u konfiguraciji petlje ili mreže. Uzemljivač u ulozi anode izložen je elektrolitičkom razgrađivanju, pa se anodni uzemljivač pravi od više mreža izrađenih od titanijuma. U dvopolnom prijenosu koristi se par provodnika, svaki na visokom potencijalu u odnosu na zemlju, suprotnog polariteta. Prelaskom jedne pretvaračke stanice iz ispravljačkog u invertorski rad, a susjedne pretvaračke stanice u obrnuti režim, postiže se promjena polariteta napona vodova a time i promjena smjera toka snage. Prednost dvopolnog prijenosa sa ugrađenim uzemljenim elektrodama na svakom kraju dolazi do izražaja kada se kvar razvije na jednom od vodova. Tada će približno pola nazivne energije nastaviti teći koristeći zemlju za put povratka, u jednopolnom režimu rada.

Prednosti i nedostatci istosmjernog prijenosa

Prednosti istosmjernog prijenosa u odnosu na izmjenični trofazni prijenos su sljedeće:

• mogućnost povezivanja izmjeničnih trofaznih sustava koji nisu sinhronizovani (npr. 50-60 Hz)
• manji gubitci zbog prijenosa reaktivne energije, jer je uticaj parazitnih kapacitivnosti i induktivnosti gotovo zanemariv
• većina prijenosnog kapaciteta koristi se za transport aktivne snage,povećanje stabilnosti izmjeničnih sustava međusobnim povezivanjem
• koristi se manje provodnika za prijenos iste količne energije, a moguće je koristiti samo jedan provodnik za prijenos (u tom slučaju povratni put je zemlja, pri tome se koriste elektrode ogromne površine ukopane duboko u zemlju),
• provodnici su mnogo tanji (jer je skin-efekt zanemariv) i jeftiniji od provodnika koji se koriste u izmjeničnim mrežama,
• mogućnost ograničenja struje kratkog spoja u slučaju kvara, što ovu tehnologiju čini manje opasnom po ljude i životnu okolinu,
• smanjenje cijene izgradnje trase prijenosnog voda (manje provodnika-manje dimenzije)
• prihvatljivije je i mnogo jeftinije rješenje za udaljenosti veće od 350 km.

Nedostatci istosmjernog prijenosa:

• usljed okidanja tiristora u pretvaračkim stanicama injektuju se u mrežu novi harmonici velikih snaga koji dalje narušavaju kvalitet isporučene električne energije, a mogu izazvati velika oštećenja izolacije i smetnje u telekomunikacionom prometu (ohrabrujuće je što se razvijaju filtri uz čiju pomoć se navedeni nedostatci umanjuju),
• za udaljenosti kraće od 350 km (a što je čest slučaj) istosmjerna tehnologija postaje skuplja od izmjenične tehnologije,
• sva proizvodnja električne energije je izmjeničnog tipa što daje prirodnu prednost izmjeničnim sustavima i čini ih primjenjivijim, pogotovo ako se uzme u obzir da je većina potrošača prilagođena na napajanje izmjeničnim naponom,
• pretvaračke stanice sadrže veliki broj tiristora koji su skupe komponente, a pri njihovom radu se gubi velika količina energije,
• osjetljivost ostalih elektronskih komponenti u sustavu