-modul. Elektr energiyani masofaga uzatishda o‘zgarmas tokdan

3-modul. Elektr energiyani masofaga uzatishda o‘zgarmas tokdan
foydalanishning ahamiyati.
11-ma’ruza. O‘zgarmas tokli elektr uzatish yo‘lini o‘rnatish va qo‘llanish
sohalari
Ma’lumki, hozirgi vaqtda elektr energiyani ishlab chiqarishda, uni masofaga
uzatishda, taqsimlashda va iste’mol qilishda o‘zgaruvchan tok ishlatiladi. Bu
hammasidan ko‘ra o‘zgaruvchan tokni transformatsiyalash xususiyati bilan
tushuntiriladi, ya’ni kuchlanishni yetarli darajada sodda apparat – tarnsformator
yordamida o‘zgartirish mumkinligi, hamda o‘zgarmas tokli elektrodvigatellar o‘zining
konstruksiyasi soddaligi va binobarin, o‘zgarmas tokli elektrodvigatellardan
ishonchliligidir. Shu munosabat bidan o‘zgarmas tok tok hamma va har joyda ishlatiladi,
bir qancha ishlab chiqarish sanoat korxonalari va elektrik transportlar bundan mustasno.
Oxirgi o‘n yillikda turli davlatlar elektr energetikasida bir qator masalalarni yechishda,
jumladan elektr energiyani masofaga uzatishda, o‘zgarmas tokdan ko‘proq
foydalanilmoqda.
Savol, nima uchun bunday qilinadi? O‘zgaruvchan va o‘zgarmas tokli liniyalar
xarakteristikalarini solishtiramiz.
Ikkala liniyalar ham bir xil turdagi parametrga -o‘tkazgichning aktiv, hamda
induktiv va sig‘im qarsxiliklarga ega. O‘tkazgichning aktiv qarsxiligi liniyaning quvvat
va energiya isrofini, demak uning FIK ni, induktivlik va sig‘im qarsxiliklar esa elektr
energiyani uzatish bilan bog‘liq liniyadagi elektromagnit jarayonlarni aniqlaydi.
O‘zgaruvchan tokli liniyalar uchun bu jarayon to‘lqin xarakterda namoyon bo‘ladi va
bunday liniyalarning asosiy xarakteristikalarini aniqlaydi. Aynan ushbu farq o‘zgarmas
tokli liniyalarni qo‘llab elektroenergiyani uzatish bilan bog‘liq muammolar asosida
yotadi.
Bu savolga javobni quyida batafsilroq ko‘rib chiqamiz.
Liniyaning induktivligi va sig‘imi uning konstruksiyasidan
-fazalar
(qutbdar)o‘rtasidagi masofa, o‘tkazgich diametri va liniya uzunligidan aniqlaradi. Fazalar
o‘rtasidagi masofa ortsa liniya induktivligi ortadi, liniya sig‘imi esa kamayadi. Bu masofa
kamaysa esa teskari ta’sir olib keladi. Liniya uzunligi ortishi uning induktivligi oshgani
kabi sig‘imi oshishiga olib keladi.
O‘zgarmas va o‘zgaruvchan tokli havo liniyalaridagi fazalar (qutblar) o‘rtasidagi
masofa metrlarda o‘lchanadi (o‘zgaruvchan tokli 500 kV HL uchun 12 m, o‘zgarmas tokli
±400 kV li HL uchun – 10 m) , kabelli liniyalarda esa bir necha santimetr. Bundan
ko‘rinadiki, HL lari kabelli liniyalarga qaraganda ancha yuqori induktivlikka va ancha
past sig‘imga ega. Bu xarakteristikalarning har-xilligi havo va kabelli liniyalarda
o‘zgarmas
va
o‘zgaruvchan kuchlanish
da ishlash kerakligini ko‘rsatadi.
Avvalo aniqlab olsak, induktivlik va sig‘im ta’siri o‘zgaruvchan va o‘zgarmas toklar
o‘tganda turlicha. Induktivlik bo‘ylab o‘zgaruvchan tok o‘tganda unda, tok o‘tishiga
qarsxilik ko‘rsatuvchi, o‘zinduksiya EYuK ni hosil qiladi. Boshqacha so‘z bilan
aytganda, induktivlik o‘zida o‘zgaruvchan tok o‘tishiga qarsxilik ko‘rsatadi. Bu qarsxilik
o‘zgaruvchan tok chastotasiga to‘g‘ri proporsional. O‘zgarmas tok chastotasi nolga teng
va induktiv qarsxilik ham nolga tengdir.
Sig‘im ham o‘zgaruvchan tok o‘tishiga qarsxilik ko‘rsatadi. Induktiv qarsxilikdan
farqli o‘laroq sig‘im qarsxilik chastotaga teskari proporsional. O‘zgaruvchan tok
chastotasi ortishi bilan sig‘im qarsxilik kamayadi, chastota kamaysa –oshadi. Chastota
nolga teng bo‘lganda (o‘zgarmas tokda) sig‘im qarsxilik cheksizlikka teng bo‘ladi.
Boshqacha aytganda, o‘zgarmas tok sig‘im orqali o‘tmaydi.
Havo liniyasini ko‘rib chiqamiz. O‘zgaruvchan kuchlanishda havo liniyasi
ishlashiga uning induktivligi o‘zgaruvchan tok o‘tishiga qarsxilik ko‘rsatadi va oxir
oqibatda, ushbu liniyadan uzatish mumkin bo‘lgan maksimal quvvatni aniqlaydi.
Yuqorida aytib o‘tganimizdek, liniya uzunligi ortishi bilan liniyaning induktiv qarsxiligi
ham ortadi, va shunday ekan, liniya bo‘ylab uzatiladigan maksimal quvvat ham
kamayadi.
O‘zgaruvchan tokli havo liniyasining sig‘imi uzatilayotgan aktiv quvvatga deyarli
ta’sir qilmaydi, biroq undan o‘tayotgan zaryad toki , zaryad quvvatini hosil qiladi va
o‘tkazgichni qo‘shimcha qizishiga olib keladi, ya’ni liniyaning energiya isrofini oshiradi
va uning FIK ni kamaytiradi. Bundan tashqari, bu tok liniyaning oraliq nuqtalarida
kuchlanishning xoxlanmagan darajada ortishiga va boshqa salbiy oqibatlarga olib keladi.
Shuning uchun ham liniyaning zaryad quvvatini kompensatsiya qilish muammosi paydo
bo‘ladi. Bunda mahsus qurilma reaktorlardan foydalaniladi. Bu esa oxir oqibat liniyaning
narxi oshishiga olib keladi. Biroq shuni aytib o‘tish kerakki, qoida bo‘yicha, liniyadagi
zaryad quvvatini kompensatsiyalash faqatgina o‘ta yuqori – 330 kV va yuqori
kuchlanishlardagina kerak bo‘ladi.
O‘zgarmas kuchlanishli havo liniyasi ishlaganda, qachonki undan o‘zgarmas tok
oqib o‘tganda, barqarorlashgan holatda na uning induktivligi, na uning sig‘imi liniya
bo‘ylab elektr energiya uzatilish jarayoninga xech qanday ta’sir ko‘rsatmaydi, shunday
ekan, liniya uzunligi ortishi liniya bo‘ylab uzatiladigan maksimal quvvatga ham ta’sir
ko‘rsatmaydi. O‘zgarmas tokli liniyalarda zaryad quvvakti yuqorida aytib o‘tilgan
sabablarga ko‘ra mavjud emas. Shuning uchun ham liniyaga qandaydir
kompensitsiyalovchi qurilmalarga zarurat yo‘q.
Yuqoridagi aytilganlarga binoan asosiy xulosalarga keladigan bo‘lsak, unga ko‘ra:
•
O‘zgarmas tokli havo liniyasi bo‘ylab uzatilayotgan maksimal quvvat liniyaning
uzunligiga bog‘liq- qancha uzun liniya bo‘lsa, undan uzatilayotgan quvvat chegarasi ham
shuncha kam; bunday liniyalarning uzunligini chegaralovchi asosiy sabablardan biri.
•
O‘zgarmas tokli havo liniyasida esa bunday cheklanishlar mavjud emas, shuning
uchun ham o‘zgarmas tokli liniya har qanday uzunlikda va amalda maqsadga muvofiq
deb ataluvchi, har qanday quvvat uzatish mumkin. O‘tkazgichning qizishidan paydo
bo‘ladigan isrof va foydalaniladigan apparaturalarning tok o‘tkazish qobiliyati
cheklanganligi – o‘zgarmas tokli liniyalarni cheklashi mumkin bo‘lgan sabablardir.
Endi kabel liniyalarni ko‘rib o‘tamiz. Ma’lumki, o‘zgaruvchan tokli kabellarning
uzunligi ancha chegaralangan ya’ni 15-20 km dan ortmaydi. Bu asosan ikkita sabab orqali
tushuntiriladi:
•
kabellarning sig‘imi ancha katta bo‘lganligi tufayli, zaryad quvvatining kattaligi
•
Kabellarning qimmatligi
Zaryad quvvati kabel tolalaring ortiqcha qizishiga, uzatilayotgan foydali quvvatni
kamayishiga va kabellarning uzunligini qisqarishiga olib keladi. Asosan bu yuqori
kuchlanishli (110—500 kV) kabel liniyalarga taaluqli. Shuning uchun o‘zgaruvchan tokli
kabelli liniyalardan elektr energiyani yetarlicha katta uzunlikda uzatishda foydalanib
bo‘lmaydi.
O‘zgarmas tokli kabelli liniyalarda zaryad quvvati mavjud emas va kabellarni
qo‘shimcha qizishiga olib kelmaydi. Shuning uchun ham o‘zgarmas tokli kabelli liniyalar
inshootlari yetarlicha uzun bo‘lishi (100-200 km, undan ortiq bo‘lishi ham mumkin) va
boshqacha yo‘l bilan elektr liniyasini uzatish mumkin bo‘lmagan masalan, katta suvli
hudud kesib o‘tadigan (dengiz qo‘ltiqlaridan), katta shaharlar markaziga kiradigan katta
quvvatli liniyalarni o‘tkazishda va boshqalarda ishlatiladi.
Ammo bu hali hammasi emas. Nima uchun zamonaviy elektroenergetikada bir
qancha masalalarni yechimi sifatida o‘zgarmas tok ishlatilmoqda degan savolga quyidagi
muammolar qatorini ko‘rsatib o‘tish orqali javob olishimiz mumkin bo‘ladi.
Hozirgi vaqtda dunyoda o‘zgarmas tokning ikkita – 50 va 60 Gs chastotalisi
ishlatilmoqda. Rossiya, MDH va Yevropa davlatlarida - 50 Gs; AQSh, Kanada, Janubiy
Amerikaning bir qancha davlatlarida, Yaponiyaning janubiy qismida 60 Gs chastota
qabul qilingan. Turli nominal chastotadagi tizimlarni parallel ishlashi uchun o‘zgarmas
tokli liniyalar orqali birlashtirish mumkin emas. Bu maqsad yo‘lida, jahon amaliyotidan
muvaffaqiyatli o‘tgan o‘zgarmas tokli liniyalarni ishlatish maqsadga muvofiqdir. Bunday
aloqa Yaponiya va Janubiy Amerikada mavjuddir.
Alohida tizim bilan bir nominal chastotali tizimga birlashtirish faqatgina ularning
sinxron ishlashidagina mumkin. Bunday yechimning barcha ijobiy taraflari bilan
birgalikda yana shuni ta’kidlab o‘tish kerakki, o‘zgarmas tokli sistemani qo‘llashda
chastota va uni boshqarish qonunini bir xil standartda ushlab turishni ham ko‘zda tutiladi.
Agar tizimlar birlashtirishdan oldin turli xil nominal chastotada ishlayotgan bo‘lsa, unda
bunday tizimlarni birlashtirish barcha elektrostansiyalarda chastotani boshqarish tizimini
rekonstruksiya qilish bo‘yicha katta ishni va ko‘p miqdorda moliyaviy mablag‘ni talab
qiladi. Bundan tashqari, tizimlarni parallel ishlashida birlashtirish bir vaqtning o‘zida
bog‘langan tizimda ham qisqa tutashuv tokini oshishiga olib kelishi muqarrar. Bu esa
qisqa tutashuv toklarini cheklash uchun zaruriy chora tadbirlarni qo‘llashni yoki qimmat
turadigan kommutatsion apparaturalarni almashtirishni talab qiladi.
Yana bir jihatini ta’kidlab o‘tish zarur. Tizimlarni birlashtirish ularning birgalikda
ishlashidagi turg‘unligini ta’minlashni talab qiladi. O‘zgaruvchan tok orqali birlashgan
tizimlarning birida avariyaviy holatni vujudga kelishi, masalan qisqa tutashuv, yirik
generatsiyalovchi blokning yoki elektrostansiyaning o‘chirilishi, birgalikda ishlashdagi
turg‘unlikni buzulishiga, butun bir hududning elektr energiyasiz qolishiga, o‘z navbatida
katta moliyaviy zararga olib keladi. Bu ayanchli hodisa ko‘pgina rivojlangan
mamlakatlarning tajribasidan ma’lum.
Agar tizimlarni o‘zgarmas tokli bo‘g‘in orqali birlashtirsak yuqorida ko‘rib o‘tilgan
salbiy oqibatlardan qochishimiz mumkin. Bu holatda qisqa tutashuv tokining oshish va
birgalikda ishlashdagi turg‘unlik muammosi ham butunlay bartaraf etiladi, bog‘lanadigan
tizimlar esa bir xil yoki bir necha turli chastotalarda, ammo asinxron tarzda ishlashi
mumkin. Bunday yechim birlashgan tizimlarning normal ishlashidagi kabi avariyaviy va
avariyadan keyingi rejimlarda ham ishonchli ishlashini va iqtisodiy samaradorlikni
oshirish bilan bog‘liq aniq bir “tizimiy samara” berishi mumkin. Madomiki jahon
tajribasining ko‘rsatishicha o‘zgarmas tokli bo‘g‘in kaskadli avariya rivojlanishini oldini
oladi.
Agar bir necha tizimlarni birlashtirishda o‘zgarmas tokli liniya ishlatilayotgan
bo‘lsa, bu holatda barcha tizimlar bir-biridan mustaqil ravishda ishlashi, biroq o‘zaro
quvvat almashishlari mumkin. Bu holatda o‘zgarmas tokli liniya bu tizimlar uchun xuddi
yig‘ma shina kabi bo‘dadi. Bunda tizimlarning birida avariyaviy holatni vujudga kelishi
o‘zgarmas tokli aloqa bo‘lgani kabi boshqa bir tizimga ta’sir ko‘rsatmaydi.
O‘zgarmas tokli bo‘g‘im mavjud tizimlararo o‘zgaruvchan tokli aloqalarni ham
shuntlashi mumkin bo‘lgan holatda tizimiy samara namoyon bo‘lishi mumkin. Bunda
yuqori boshqaruvchanlik hisobiga quvvatlar oqimini qayta taqsimlanishi bilan bog‘liq
bog‘langan tizimlarning iqtisodiy samaradorligini oshirish maqsadida va ularning sinxron
ishlashidagi zaruriy turg‘unlikni saqlashni ta’minlash mumkin.
O‘zgarmas tokni uzatish o‘zining sifatini yana bir hududda ham namoyon qilishi
mumkin. Ma’lumki, gidroturbinalarning o‘ziga xos xususiyati shundan iboratki, o‘zining
maksimal FIKiga ishchi g‘ildiragining o‘zgarmas tezlik bilan aylantirilganda erisxiladi,
ya’ni o‘zgaruvchan tokning o‘zgarmas chastotasida, yuqori beylfida suv sathi o‘zgarmas
bo‘lganda yetishi mumkin (turbina loyihalashtiriladigandagi suv bosimi o‘zgarmas
bo‘lganda ) yoki ishchi g‘ildiragining tebranishi bo‘lmaganda. Bunday holatlar faqatgina
katta hajmdagi suv omborlaridagi gidroelektrostansiyalardagina mavjud, qachonki suv
ombori loyilashtirilgan belgigacha to‘ldirilgan bo‘lsa. Barcha boshqa GES larda ishchi
valining aylanishi o‘zgarmas bo‘lganda suv omboridagi suv bosimining pasayishiga olib
keladi, bu esa turbinaning o‘zining FIK ini pasayishiga olib keladi. Bu ko‘rinishning
o‘ziga xos xususiyati GES da suv to‘lqinini hosil qiladi va GES lardagi suv omborlarida
katta hajmdagi suvni to‘ldirishga olib keladi.
Bu holatda FIK ni yuqori darajada tutib turish uchun turbinaning aylanish
chastotasini o‘zgartirish darkor, bu esa o‘zgaruvchan tok chastotasining o‘zgarishiga olib
keladi va GES quvvatini tizimga o‘zgaruvchan tok liniyalari orqali GES generatori
chastotasi va tizim chastotasi har-xilligi tufayli uzatish mumkinmasligini ko‘rsatadi. Agar
GES tizim bilan o‘zgarmas tok liniyasi orqali bog‘langan bo‘lsa, unda generatorlarning
aylanish chastotasi har-xilligida ham quvvatni sistemaga uzatish mumkinligini,shu bilan
birga uzoq yillarga cho‘ziladigan suv omborlarining to‘ldirilish vaqtini ham ta’minlab
beriladi.
Yuqorida aytib o‘tilganlarga asosan zamonaviy elektroenergetikada o‘zgarmas tokni
qo‘llash mumkin bo‘lgan sohalarni aniqlab olishimiz mumkin. Ularga quyidagilar kiradi:
•
Uzoq masofalarddagi elektr uzatish liniyalaridagi, masalan uzoq masofalarda
joylashgan GES yoki AES. Bu yerda masofa bir necha yuzlab va minlab kilometrlarni
tashkil etgandagi tushuniladi. O‘zgarmas va o‘zgaruvchan tok o‘rtasidagi iqtisodiy
masofa, har-xil ma’lumotlarda, trassaning o‘tish sharoitiga, ishonchlilikka qo‘yilgan
talabga, uskunalar narhi va shu kabi boshqa faktorlarga bog‘liq holda 700-1000 km
orasida bo‘lishi mumkin ;
•
elektr energiyani katta suvli hududdan orqali uzatiladigan holatlarda;
•
Yirik shaharlar markazlariga katta quvvatli energiya chuqur kirib boradigan
holatlarda;
•
Turli xil nominal chastotadagi o‘zgaruvchan tokli tizimlarni birbiriga bog‘lashda;
•
Bir nominal chastotalardagi tizimlarni, birlashgan tizimlarning ishonchliligini
oshiradigan, nosinxron bog‘lashda;
•
nosinxron yoki turlicha chastotalarda ishlovchi va chastotani rostlash qonuniyatlari
talablarini bir xilda bajarmaydigan turli xil rayon va mamlakatlarning elektroenergiya
tizimlarini birlashtiradigan, “o‘zgarmas tok shinasi”ni hosil qilishda;
•
agregatlari o‘zgaruvchan aylanish chastotasi bilan ishlaydigan elektrostansiyani
tizimga qo‘shishda. Bunda bu agregatlarning ishlashining yuqori samaradorligi
ta’minlangan bo‘ladi;
•
Birlashgan tizimlarning rivojlanishida paydo bo‘ladigan, ya’ni yuqori
boshqarilmaydigan quvvatlar oqimini aylantirishi mumkin bo‘lgan halqalarni yechishda;
|