|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ІСТОРІЯ ТЕХНІКИ, ТЕХНОЛОГІЇ, ПРЕДМЕТІВ НАВКОЛО НАС
Передача електроенергії великі відстані. Історія винаходу та виробництва
Довідник / Історія техніки, технології, предметів довкола нас Лінія електропередачі (ЛЕП) - один із компонентів електричної мережі, система енергетичного обладнання, призначена для передачі електроенергії за допомогою електричного струму. Також електрична лінія у складі такої системи, що виходить за межі електростанції чи підстанції.
В останній третині XIX століття у багатьох великих промислових центрах Європи та Америки почала дуже гостро відчуватися енергетична проблема. Житлові будинки, транспорт, фабрики та майстерні вимагали все більше палива, підвозити яке доводилося здалеку, внаслідок чого ціна на нього постійно зростала. У цьому то тут, то там почали звертатися до гідроенергії річок, набагато дешевшою і доступною. Разом з тим, повсюдно зростав інтерес до електричної енергії. Вже давно було зазначено, що цей вид енергії надзвичайно зручний: електрика легко генерується і так само легко перетворюється на інші види енергії, легко передається на відстань, підводиться і дробиться. Перші електричні станції зазвичай були електрогенератором, приєднаним до парової машини або турбіни, і призначалися для постачання електроенергією окремих об'єктів (наприклад, цеху або будинку, в крайньому випадку, кварталу). З середини 80-х стали будуватися центральні міські електростанції, що давали струм передусім освітлення. (Перша така електростанція була побудована в 1882 році в Нью-Йорку під керівництвом Едісона.) Струм на них вироблявся потужними паровими машинами. Але вже на початку 90-х стало ясно, що таким чином енергетичну проблему не вирішити, оскільки потужність центральних станцій, розташованих у центральній частині міста, не могла бути дуже великою. Використовували вони те саме вугілля та нафту, тобто не знімали проблеми доставки палива. Дешевше та практичніше було зводити електростанції в місцях з дешевими паливними та гідроресурсами. Але, як правило, місцевості, де можна було у великій кількості отримувати дешеву електроенергію, були віддалені від промислових центрів та великих міст на десятки та сотні кілометрів. Таким чином, виникла інша проблема – передачі електроенергії на великі відстані. Перші досліди у цій галузі ставляться до початку 70-х XIX століття, коли користувалися переважно постійним струмом. Вони показали, що як тільки довжина з'єднувального дроту між генератором струму і двигуном, що споживав цей струм, перевищувала кілька сотень метрів, відчувалося значне зниження потужності в двигуні через великі втрати енергії в кабелі. Це явище легко пояснити, якщо згадати про теплову дію струму. Проходячи кабелем, струм нагріває його. Ці втрати тим більше, чим більше опір дроту і сила струму, що проходить по ньому. (Кількість теплоти Q, що виділяється, легко обчислити. Формула має вигляд: Q=RI2, де I - сила струму, R - опір кабелю. Очевидно, що опір дроту тим більший, чим більша його довжина і чим менший його перетин. Якщо цій формулі прийняти I=P/U, де P - потужність лінії, а U - напруга струму, то формула набуде вигляду Q=RP2/U2. Звідси видно, що втрати на тепло будуть тим меншими, чим більша напруга струму.) Було тільки два шляхи для зниження втрат в лінії електропередачі: або збільшити перетин проводу, що передає, або підвищити напругу струму. Однак збільшення перерізу дроту сильно подорожчало його, адже як провідник тоді використовувалася досить дорога мідь. Набагато більше виграшу обіцяв другий шлях. У 1882 році під керівництвом відомого французького електротехніка Депре було побудовано першу лінію електропередачі постійного струму від Місбаха до Мюнхена, протяжністю 57 км. Енергія від генератора передавалася на електродвигун, що наводив насос. При цьому втрати у дроті сягали 75%. В 1885 Депре провів ще один експеримент, здійснивши електропередачу між Крейлем і Парижем на відстань в 56 км. При цьому використовувалася висока напруга, що досягала 6 тисяч вольт. Втрати знизилися до 55%. Було очевидно, що підвищуючи напругу можна значно підвищити ККД лінії, але для цього треба було будувати генератори постійного струму високої напруги, що було пов'язано з великими технічними складнощами. Навіть при цьому порівняно невеликій напрузі Депрі доводилося постійно лагодити свій генератор, в обмотках якого час від часу відбувався пробій. З іншого боку, струм високої напруги не можна було використовувати, оскільки на практиці (і насамперед для потреб освітлення) була потрібна зовсім невелика напруга, близько 100 вольт. Для того щоб знизити напругу постійного струму, доводилося будувати складну перетворювальну систему: струм високої напруги приводив у дію двигун, а той, у свою чергу, обертав генератор, що давав струм нижчої напруги. При цьому втрати ще зростали, і сама ідея передачі електроенергії ставала економічно невигідною. Змінний струм щодо передачі здавався зручнішим хоча б вже тому, що його можна було легко трансформувати, тобто в дуже широких межах підвищувати, а потім знижувати його напругу. 1884 року на Туринській виставці Голяр здійснив електропередачу на відстань у 40 км, піднявши за допомогою свого трансформатора напругу в лінії до 2 тисяч вольт. Цей досвід дав непогані результати, але і він не призвів до широкого розвитку електрифікації, оскільки, як уже говорилося, двигуни однофазного змінного струму за всіма параметрами поступалися двигунам постійного струму і не мали поширення. Отже, і однофазний змінний струм було невигідно передавати великі відстані. У наступні роки були розроблені дві системи багатофазних струмів – двофазна Тесла та трифазна Доливо-Добровольського. Кожна їх претендувала на панівне становище в електротехніці. Яким же шляхом мала піти електрифікація? Точної відповіді це питання спочатку не знав ніхто. У всіх країнах йшло жваве обговорення переваг та недоліків кожної із систем струмів. Всі вони мали своїх гарячих прихильників та запеклих супротивників. Деяка ясність у цьому питанні було досягнуто лише наступного десятиліття, коли було зроблено значний прорив у справі електрифікації. Величезну роль цьому зіграла Франкфуртська міжнародна виставка 1891 року. Наприкінці 80-х років постало питання про спорудження центральної електростанції у Франкфурті-на-Майні. Багато німецькі та іноземні фірми пропонували міській владі різні варіанти проектів, що передбачають застосування або постійного, або змінного струму. Обербургомістр Франкфурта перебував у явно скрутному становищі: він не міг зробити вибір там, де це було не під силу навіть багатьом фахівцям. Для з'ясування спірного питання і вирішено було влаштувати у Франкфурті міжнародну електротехнічну виставку, що давно планувалася. Її головною метою мала стати демонстрація передачі та розподілу електричної енергії в різних системах та застосуваннях. Будь-яка фірма могла продемонструвати на цій виставці свої успіхи, а міжнародна комісія з найбільш авторитетних вчених мала піддати всі експонати ретельному вивченню і дати відповідь на питання про вибір роду струму. На початку виставки різні фірми мали побудувати свої лінії передачі електроенергії, причому одні збиралися демонструвати передачу постійного струму, інші - змінного (як однофазного, і багатофазного). Фірмі АЕГ було запропоновано здійснити передачу електроенергії з містечка Лауфен до Франкфурта на відстань 170 км. На ті часи це була величезна відстань, і багато хто вважав саму ідею фантастичною. Однак Доливо-Добровольський був настільки впевнений у системі та можливостях трифазного струму, що переконав директора Ротенау погодитись на експеримент. Коли з'явилися перші повідомлення про проект електропередач Лауфен - Франкфурт, електротехніки в усьому світі розділилися на два табори. Одні з ентузіазмом вітали це сміливе рішення, інші поставилися до нього як до галасливої, але безпідставної реклами. Підраховували можливі втрати енергії. Дехто вважав, що вони становитимуть 95%, але навіть найбільші оптимісти не вірили, що ККД такої лінії перевищить 15%. Найбільш відомі авторитети в галузі електротехніки, у тому числі знаменитий Депре, висловлювали сумніви щодо економічної доцільності цієї витівки. Проте Доливо-Добровольський зумів переконати керівництво компанії у необхідності взятися за запропоновану роботу. Оскільки до відкриття виставки залишалося зовсім мало часу, будівництво ЛЕП проходило у великій поспіху. За півроку Доливо-Добровольський мав спроектувати та побудувати небувалий за потужністю асинхронний двигун на 100 к.с. і чотири трансформатори на 150 кіловат, при тому що максимальна потужність однофазних трансформаторів становила тоді лише 30 кіловат. Не могло бути й мови про досвідчені конструкції: на це просто не вистачало часу. Навіть побудований двигун та трансформатори не могли бути випробувані на заводі, тому що в Берліні не було трифазного генератора відповідної потужності (генератор для Лауфенівської станції будували в Ерліксоні). Отже, всі елементи електропередачі належало включити безпосередньо на виставці в присутності багатьох учених, представників конкуруючих фірм та незліченних кореспондентів. Найменша помилка була б непробачною. Крім того, на плечі Доліво-Добровольського лягла вся відповідальність за проектування та монтажні роботи при спорудженні ЛЕП. Власне, відповідальність була навіть більша - адже вирішувалося питання не тільки про кар'єру Доливо-Добровольського та престиж АЕГ, а й про те, яким шляхом піде розвиток електротехніки. Доливо-Добровольський чудово розумів всю важливість завдання, що стояла перед ним, і писав пізніше: "Якщо я не хотів натягнути на мій трифазний струм незмивної ганьби і піддати його недовірі, яку навряд чи вдалося б потім швидко розсіяти, я повинен був прийняти на себе це завдання і дозволити її. В іншому випадку досліди Лауфен-Франкфурт і багато чого, що потім мало розвинутися на їх основі, пішли б шляхом застосування однофазного струму". У Лауфені було в короткий термін збудовано невелику гідроелектростанцію. Турбіна потужністю 300 л. обертала генератор трифазного струму, спроектований і побудований, як говорилося, на заводі в Ерліксоні. Від генератора три мідні дроти великого перерізу вели до розподільного щита. Тут були встановлені амперметри, вольтметри, свинцеві запобіжники та теплові реле. Від розподільного щита три кабелі йшли до трьох трифазних трансформаторів "призматичного" типу. Обмотки всіх трансформаторів з'єднувалися у зірку. Передбачалося вести електропередачу при напрузі 15 тисяч вольт, але всі розрахунки робилися працювати в 25 тисяч вольт. Для досягнення такої високої напруги планувалося включити по два трансформатори на кожному кінці лінії, так щоб їх обмотки нижчої напруги були з'єднані паралельно, а вищої обмотки - послідовно. Від трансформаторів у Лауфені починалася трипровідна лінія, підвішена на 3182 дерев'яних опорах висотою 8 і 10 м із середнім прольотом 60 м. Жодних вимикачів на лінії не було. Для того щоб у разі потреби можна було швидко відключити струм, передбачалися два оригінальні пристрої. Поряд з Лауфенською гідроелектростанцією були встановлені дві опори на відстані 2 м одна від одної. Тут у розрив кожного дроту лінії включалася плавка вставка, що складалася з двох мідних дротів діаметром 5 мм. У Франкфурті та поблизу залізничних станцій (частина лінії йшла вздовж залізничного полотна) було встановлено так звані кутові замикачі. Кожен із них був металевий брус, підвішений за допомогою шнура на Г-подібній опорі. Достатньо було смикнути за шнур, і брус опускався на всі три дроти, створюючи штучне коротке замикання, що викликало перегорання плавких вставок у Лауфені та знеструмлення всієї лінії. У Франкфурті дроти підходили до понижуючих трансформаторів (вони знаходилися на виставці у спеціальному павільйоні), які знижували напругу на виході до 116 вольт. До одного з цих трансформаторів було підключено 1000 ламп розжарювання по 16 свічок (55 Вт) кожна, до іншого - великий трифазний двигун Доливо-Добровольського, що розміщувався в іншому павільйоні. Лінійна напруга генератора в Лауфені складала 95 вольт. Підвищуючий трансформатор мав коефіцієнт трансформації, що дорівнює 154. Отже, робоча напруга в ЛЕП становила 14650 вольт (95•154). Для того часу це була дуже висока напруга. Уряди земель, якими проходила ЛЕП, були стривожені її спорудою. У деяких виникало почуття страху навіть перед дерев'яними стовпами, на яких було укріплено таблички з черепами. Особливі побоювання викликала можливість обриву дроту та падіння його на рейки залізниці. Виставковому комітету та лініям, що споруджували, фірмам довелося провести величезну роз'яснювальну роботу, щоб переконати урядовців у тому, що всі можливі небезпеки передбачені і що лінія надійно захищена. Адміністрація Бадена все ж таки не дозволяла з'єднувати ділянку вже готової лінії на баденському кордоні. Щоб усунути останні перешкоди і розсіяти сумніви місцевої влади, Доливо-Добровольський провів небезпечний, але дуже переконливий експеримент. Коли лінія була вперше включена під напругу, один із проводів на кордоні Бадена та Гессена був штучно обірваний і з яскравим спалахом впав на рейки залізниці. Доливо-Добровольський зараз же підійшов і підняв провід голими руками: настільки він був упевнений, що спрацює сконструйований ним захист. Цей " метод " докази виявився дуже наочним і усунув останню перешкоду перед випробуваннями лінії. 25 серпня 1891 року о 12 годині дня на виставці вперше спалахнули 1000 електричних ламп, що живляться струмом Лауфенської гідроелектростанції. Ці лампи обрамляли щити та арку над входом у частину виставки, експонати якої належали до електропередачі Лауфен - Франкфурт. Наступного дня був успішно випробуваний двигун потужністю 75 кіловат, який 12 вересня вперше привів у дію десятиметровий водоспад. Незважаючи на те, що лінія, машини, трансформатори, розподільні щити виготовлялися поспіхом (деякі деталі, за свідченням Доливо-Добровольського, продумувалися всього протягом години), вся установка, включена без попереднього випробування, на подив одних і на радість інших, відразу ж почала добре працювати. Особливе враження на відвідувачів виставки справив водоспад. Проте особи, більш обізнані з питань фізики та електротехніки, раділи цього дня не величезному водоспаду, що сяяв тисячами скляних бризок, підсвічених десятками різнокольорових ламп. Їхнє захоплення було пов'язане з розумінням того, що цей чудовий штучний водоспад приводиться в дію джерелом, що знаходиться на відстані 170 км на річці Неккар біля містечка Лауфен. Вони бачили собі блискуче рішення проблеми передачі енергії великі відстані. У жовтні міжнародна комісія розпочала випробування Лауфен-Франкфуртської лінії електропередачі. Було встановлено, що при електропередачі втрати становлять лише 25%, що було дуже добрим показником. У листопаді лінія була випробувана при напрузі 25 тисяч вольт. При цьому ККД її збільшився і втрати знизилися до 21%. Переважна більшість електриків усіх країн світу (виставку відвідало понад мільйон осіб) оцінила значення Лауфен-Франкфуртського експерименту. Трифазний струм отримав дуже високу оцінку, і йому відтепер було відкрито найширший шлях у промисловість. Доливо-Добровольський відразу висунувся до провідних електротехніків планети, і ім'я його набуло світової популярності.
Так було вирішено головна енергетична проблема кінця ХІХ століття - проблема централізації виробництва електроенергії та передачі її великі відстані. Для всіх став зрозумілим спосіб, яким багатофазний струм міг бути підведений від далекої електростанції до кожного окремого цеху, а потім і окремого верстата. Найближчим наслідком виникнення техніки багатофазного струму стало те, що в наступні роки у всіх розвинених країнах почалося бурхливе будівництво електростанцій та широка електрифікація промисловості. Щоправда, у перші роки вона ще ускладнювалася запеклою боротьбою між конкуруючими компаніями, які прагнули впровадити той чи інший тип струму. Так, в Америці спочатку взяла вгору компанія Вестінгауза, яка, скуповавши патенти Тесли, намагалася поширити двофазний струм. Тріумфом двофазної системи стало будівництво 1896 року потужної ГЕС на Ніагарському водоспаді. Але трифазний струм незабаром був визнаний найкращим. Дійсно, двофазна система вимагала проведення чотирьох дротів, а трифазна - лише трьох. Крім більшої простоти, вона обіцяла значну економію коштів. Пізніше Тесла, за прикладом Доливо-Добровольського, запропонував об'єднувати два зворотні дроти разом. При цьому відбувалося складання струмів, і в третьому проводі струм приблизно в 1,4 рази більший, ніж у двох інших. Тому переріз цього дроту було в 1 рази більше (без цього збільшення перетину в ланцюзі виникали навантаження). В результаті витрати на двофазну проводку все одно виявлялися більше, ніж на трифазну, тим часом як двофазні двигуни за всіма параметрами поступалися трифазним. У XX столітті трифазна система утвердилася повсюдно. Навіть Ніагарська електростанція була згодом переобладнана на трифазний струм. Автор: Рижов К.В.
▪ рукоятка
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Пристрій бездротової зарядки гаджетів на відстані до метра ▪ Infineon розпочав виробництво NAND-пам'яті ємністю 512 Мбіт.
▪ Розділ сайту Афоризми знаменитих людей. Добірка статей ▪ стаття Засоби медичного захисту Індивідуальна аптечка. Основи безпечної життєдіяльності ▪ стаття Який епізод серіалу Свинка Пеппа заборонено до показу в Австралії? Детальна відповідь ▪ стаття Охорона праці жінок. Довідник ▪ стаття Магістральний підсилювач для СТВ-приймача. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Мікрофонний підсилювач. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Рекомендуємо цікаві статті розділу 
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page