Технические средства передачи электроэнергии высоким напряжением

из "Техника в ее историческом развитии "

Развитие техники электропередачп после 1891 г., т. е. после сооружения первой линии высокого напряжения трехфазного тока между Лауфе-ном и Франкфуртом, характеризовалось непрерывным ростом напряжения, мощности и протяженности линий передачи. Для повышения этих параметров возникла необходимость в решении новых, все более сложных научных и инженерных задач. Конструкции электрических машин, трансформаторов, линейных устройств и коммутационной аппаратуры — все претерпевало существенные изменения при переходе на более высокие уровни напряжения. [c.74]
Борьба за повьипение напряжений трехфазных установок началась в 90-е годы и охватила все звенья высоковольтных устройств. В середине 90-х годов линии передачи строили на напряжении до 10 кВ, к концу столетия в Америке передавался ток напряжением 50—60 кВ. В США раньше, чем в других странах, входили в жизнь новые уровни напряжений в 1902 г.— 80, в 1907 г.— 110, в 1912 г.— 140 кВ. Дальность передачи на линии Кольгейт—Сан-Франциско достигла 350 км. В Европе показательны высоковольтные линии на юге Франции. Начиная с 1900 г. для электроснабжения южных провинций Франции было построено несколько тепловых и гидравлических электростанций, которые в 1906 г. были объединены в систему с 18 станциями (из них 8 ГЭС). Длина линий по уровням напряжения распределялась следующим образом 600 км — 50 кВ 350 км — 30 кВ, 200 км — 10—11 кВ [14, с. 606]. [c.75]
Одним из важнейших элементов электроэнергетической установки является трансформатор. Развитие этого аппарата зависело от роста мощностей и напряжений линий электропередачи. Как уже отмечалось, конструкции первых трансформаторов стержневого п броневого типа были разработаны в 70-х годах XIX в. [c.75]
Первые конструкции трансформаторов были несовершенны, имели большое магнитное рассеяние, так как их первичная и вторичная обмотка располагалась на разных сердечниках магнитопровода. Дальнейшие поиски рациональных конструкций трансформаторов были направлены на уменьшение магнитного рассеяния (прежде всего путем концентрического расположения обмоток), улучшение междувитковой изоляции, разработку систем охлаждения и т. д. На рубеже 80-х — 90-х годов были сделаны попытки использовать для охлаждения и изоляции обмоток минеральное масло. В течение первых двух десятилетий текущего столетия преимущественное распространение в американских установках получили трехфазные группы из однофазных трансформаторов, а в европейских — трехфазные масляные трансформаторы стержневого и броневого типа с охлаждением циркулирующей водой [15, с. 89 22]. [c.75]
Стержневой и броневой типы трансформаторов сохранились до настоящего времени, причем первый получил преимущественное распространение. В качестве материала обмоток использовали почти исключительно полосовую медь прямоугольного сечения. Иногда, как это было в Германии во время первой мировой войны, строили трансформаторы мощностью до 60 тыс. кВ-А с алюминиевой обмоткой. В целом совершенствование обмоток трансформаторов заключалось в повышении их механической и электрической прочности, теплостойкости, экономичности и улучшении технологических способов изготовления. [c.75]
В трансформаторостроении большую роль играло уменьшение размеров и веса аппаратов. В этом отношении характерны такие показатели если в 1900 г. масляный трансформатор мощностью 1200 кВ-А весил 18 100 кг, то в 1920 г. этот же тип аппарата той же мощности весил 7550 кг, т. е. его вес составлял всего 41,7% по отношению к образцу 1900 г. [1, с. 604]. [c.76]
С ростом мощностей электрических станций все более усложнялась задача отключения рабочих токов, особенно токов коротких замыканий. Использовавшиеся для отключения особые высоковольтные устройства — выключатели прошли длительный путь развития. Простейшие коммутационные устройства появились примерно в 20-х годах XIX столетия. Это были металлические стержни, опущенные в сосуды со ртутью. Такими переключателями пользовались Д. Генри и А. М. Ампер ( коромысло Ампера ) для изменения направления тока в электрических цепях. Принцип ртутных контактов сохранился в выключателях до начала 90-х годов уже в связи с энергетическими применениями электричества. Подобные аппараты действовали, например, на электростанции в Риме, работавшей на линии передачи напряжением 2 кВ при токе 200 А. Будапештская фирма Ганц и К° строила выключатели с ртутными контактами для напряжений до 10 кВ. Но ртутные контакты были неудобными устройства получались громоздкими, нетранспортабельными, не обеспечивали надежного отключения [24]. [c.76]
Однако выключатели с открытой дугой в воздухе не могли полностью решить задачу надежного отключения больших токов короткого замыкания. Поэтому параллельно с развитием этого вида аппаратов начиная с 90-х годов не прекращались попытки создать плавкие предохранители и выключатели с использованием высоких электроизоляционных свойств минеральных масел. Первые конструкции масляных предохранителей и выключателей, созданные И. Томсоном в Америке и G. Ферранти в Англии, представляли собой устройства, в которых контакты разрывались в воздухе с последующим отводом подвижного контакта под слой масла. [c.77]
В 90-е годы XIX в. и в начале XX в. появилось еще несколько принципиально новых устройств для разрыва дуги, таких, как водяные, трубчатые, автогазовые и, наконец, воздушные выключатели, но они не получили в первые два десятилетия XX в. сколько-нибудь широкого признания и практического применения. [c.77]
В конце 80-х и начале 90-х годов в кабельной технике произошли решающие изменения благодаря вводу нового вида изоляционного материала пропитанной бумаги взамен джута. Бумажная изоляция позволила повысить напряжение силовых кабелей с 2 до 10 кВ. Для увеличения механической прочности и герметичности силовые кабели, так же как и кабели связи, стали покрывать свинцовой оболочкой. В 1908 г. появились первые трехжильные кабели на напряжение 20 кВ с поясной изоляцией и вязкой пропиткой. Такой кабель был проложен в Баку (работает до настоящего времени). В 1910 г. в Германии между Дессуа и Биттерфельдом впервые был проложен одножильный кабель на напряжение 60 кВ [14, с. 606]. Более широкое распространение силовых высоковольтных кабелей (на напряжение 35 кВ) началось лишь после окончания первой мировой войны. [c.78]
Кабельная техника развивалась в тесном взаимодействии с научными исследованиями электрического поля. Разработкой теории электрического кабеля занимался русский физик П. Д. Войнаровский. В 1913 г. Хох-штедтер (Германия) на основе теоретических разработок предложил конструкцию кабеля с экранированными жилами. Экранирование жил позволило в 1918—1919 гг. начать изготовление трехжильных кабелей на напряжения до 60 кВ. Однако по мере роста электрических распределительных сетей преимущественное распространение получили более дешевые воздушные линии. [c.78]
Изоляция воздушных линий электропередач вначале была целиком заимствована у телеграфных линий. Первоначально это были штыревые, стеклянные или фарфоровые колоколообразные изоляторы. На рубеже 80—90-х годов потребовалось усиление изоляции специальную выемку в штыревых изоляторах заполняли маслом — так возникли фарфоровомасляные изоляторы. Эмпирически была определена их наиболее рациональная конструктивная форма — с длинными и тонкими фарфоровыми юбками типа Дельта (Германия). Этот изолятор мог быть использован для напряжений 60—70 кВ. Но в начале XX в. при строительстве высоковольтных трасс на одно из первых мест снова выдвинулась проблема линейной изоляции. Недостаточная механическая и электрическая прочность штыревых изоляторов ограничивала пропускную способность электропередач. Благоприятный выход нашел в 1906 г. Хьюлетт он разработал конструкцию подвесных фарфоровых изоляторов, что позволило резко увеличить напряжение электропередач. В 1908—1912 гг. с применением подвесных изоляторов были сооружены первые линии на напряжение 110 кВ в США, а позднее и в Германии. Область применения штыревых изоляторов, как правило, стала ограничиваться 60 кВ и ниже. [c.78]
В конце первого десятилетия XX в. стали применять медные провода с пеньковой основой — предвестники полых проводов, также используемых для уменьшения потерь на тихий разряд. Вывод о рациональности увеличения диаметра проводов привел В. Ф. Миткевича (1910 г.) к идее расщепленных проводов, распространенных в современных электропередачах сверхвысоких напряжений [30]. [c.79]
Одновременно с сооружением первых электрических установок возникла проблема борьбы с перенапряжениями. Реальную опасность представляли перенапряжения, индуктируемые в воздушных проводах при близких грозовых разрядах. Исторически первыми средствами заш иты от атмосферного электричества были приспособления, заимствованные-из практики грозозащиты зданий и телеграфных линий связи заземленные тросы, стержневые молниеотводы и снабженные плавкими вставками телеграфные громоотводы, являющиеся прототипом разрядников. В 90-е-годы появилось много видов грозозащитных аппаратов, основанных на различных принципах действия водоструйные заземлители, постепенно-снижавшие перенапряжения электростатического происхождения разрядники с искровым промежутком и принудительным гашением дуги, катушки самоиндукции, предложенные английским физиком О. Лоджем в. качестве фильтров для импульсных токов молнии и др. При конструировании разрядников наиболее сложная задача заключалась в надежном гашении дуги сопровождающего тока, величина которого стремительно росла вместе с повышением мощностей электрических станций. Много изобретательности и неудачных попыток ученых и инженеров различных стран было связано с созданием разрядников. В 1891 г. И. Томсон предложил конструкцию с многократным разрывом дуги — принцип, нашедший полное признание лишь в 20—30-е годы XX в. при одновременном использовании в разрядниках токоограничивающих сопротивлений с вентильными свойствами. Начиная с 1896 г. самым распространенным видом разрядника становится роговой громоотвод, предложенный немецким электротехником Э. Ольшлегером. К 1900 г. он завоевал почти полную монополию в сетях напряжением до 10 кВ. Благодаря многочисленным усовершенствованиям роговых разрядников этот тин грозозащиты надолго удержался в европейских сетях напряжением до 50—60 кВ [31]. Америка пошла по-другому пути. Начиная с 1907 г. там распространились алюминиевые разрядники, отвечающие требованиям работы сетей напряжением 100— 150 кВ. Разрядник не обладал безупречными характеристиками и надежностью действия и явился лишь временной защитной мерой (до начала 20-х годов) [32]. [c.79]
В течение двух первых десятилетий XX в. не прекращались поиски иных средств защиты от перенапряжений, в том числе обследовалась эффективность грозозащитных тросов — теория тросовой защиты была выдвинута немецким ученым В. Петерсеном в 1914 г. Проверялись защитные свойства высоковольтных конденсаторов и катушек индуктивности. В целом защита от перенапряжений оставалась нерешенной проблемой. Предохранение от прямых ударов молнии считалось совершенно невозможным. Это объяснялось малой изученностью молнии и процессов распространения волн перенапряжений по проводам, а также быстрым моральным старением защитных средств, развитие которых не поспевало за стремительным ростом напряжений и мощностей электрических установок. Положение усугублялось тем, что в мощных сетях проявлялись коммутационные перенапряжения. Техника защиты пошла по ложному пути совмещения в одном аппарате функций защиты от атмосферных и от внутренних перенапряжений 25, с. 35—49]. [c.80]
Средства защиты от сверхтоков также прошли длительный путь развития, прежде чем стать специальной отраслью — релейной защитой. Предохранение от токов коротких замыканий первоначально было довольно примитивным. До конца 90-х годов XIX в. практически единственным средством защиты электрооборудования от чрезмерно больших токов были плавкие предохранители. Это были надежные устройства, применявшиеся на напряжении до 6 кВ. Однако плавкие предохранители не могли обеспечить селективного отключения поврежденных участков сети, а также справиться с прерыванием больших токов в мощных сетях, ограничивая тем самым рост мощности электрических установок. [c.80]
На смену плавким предохранителям пришли реле. Еще в 90-х годах стали применять сначала максимальные автоматические выключатели, а затем максимальные электромагнитные реле, которые настраивали на определенные значения тока. Превышения установленного тока при авариях вызывали срабатывание реле, подающего сигнал на отключение поврежденного участка. Защита совершенствовалась. В начале 900-х годов появилось несколько типов реле токовые, напряжения, направления мощности [33]. Но пока вопросы правильного согласования значений тока, напряжения и выдержек времени были мало изучены и им не придавалось еще нужного значения, происходили частые неселективные срабатывания. В первом и в начале второго десятилетия XX в. зародились новые направления релейной защиты устройства, основанные на применении нелинейных элементов электрических цепей, и прежде всего насыщенных сталей. Так, в 1911 г. в Америке были применены быстронасыщаю-щиеся трансформаторы, изменяющие соответствующим образом время срабатывания реле. [c.80]

Вернуться к основной статье

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...