Техника в ее историческом развитии

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

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 и броневого типа были разработаны в 70-х годах XIX в.

Первые конструкции трансформаторов былп 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 междувптковой 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].

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.

Претерпела существенные изменения одна из важнейших конструктивных деталей трансформаторов — вводы высокого напряжения. Для сравнительно невысоких напряжений, порядка 35 кВ, различные фирмы, такие, как «Westinghouse» и некоторые другие, обычно применяли фарфоровые конструкции. Для более высоких напряжений, начиная с 50—60 кВ, наиболее распространенными были две разновидности: конденсаторные вводы и пустотелые с масляным наполнением. Конденсаторные вводы были предложены в Германии в 1906 г. [23].

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].

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 столетш^. Это были металлические стержни, спущенные 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 К0» строила выключатели с ртутными контактами для напряжений до 10 кВ. Но ртутные контакты были неудобными: устройства получались громоздкими, нетранспортабельными, не обеспечивали надежного отключения [24].

В 90-х годах появились конструкции с подвижными контактными элементами, среди которых автоматический выключатель М. О. Доливо-Доб- ровольского (1893 г.) отличался оригинальностью пластинчатых пружинящих контактов. До тех пор, пока напряжение электрических установок не превышало 15 кВ, а токи 300 А, применение подобных аппаратов было допустимо без специальных средств для гашения дуги. Однако повышение напряжения до 22 кВ, как это было, например, на Ниагарской гидроэлектростанции в 1901 г., вызвало настоятельную потребность в выключателях, в которых бы обеспечивался надежный разрыв дуги с помощью дополнительных дугогасительных средств. Одним из первых дугогаситель- ных приспособлений, получивших широкое признание, стали рогообраз- ные контакты, примененные первоначально в грозозащитных разрядниках. Массивные рога способствовали быстрой деионизации дугового промежутка. Выключатель с рогообразными контактами, запатентованный фирмой «Brown, Boveri&C0» в 1897 г. долго использовали в электротехнике. Для ускорения прерывания дуги стали применять также «магнитное дутье» искусственно создаваемым магнитным полем. Этот принцип дуго- гашения также был заимствован из практики грозозащиты — разрядники с магнитным гашением были предложены И. Томсоном и широко применялись в 90-е годы для защиты установок постоянного тока [25].

По мере роста мощности установок возникло новое затруднение: дуга, свободно поднимавшаяся по роговым электродам, распространялась на весьма значительные расстояния и угрожала безопасности расположенного вблизи оборудования. Предохранительное средство предложил М. О. Доливо-Добровольский: на пути дуги устанавливали поперечные перегородки из изоляционного материала. Дуга, изгибаясь вокруг нижних кромок пластин, удлинялась, сопротивление дугового промежутка возрастало, дуга быстрее деионизировалась. В 1912 г. Доливо-Доброволь- ский внес^еще одно перспективное предложение: устанавливать на пути дуги решетку из металлических пластин — так называемую искрогаси- тельную решетку. Это изобретение до настоящего времени широко используют во многих видах коммутационной аппаратуры: контакторах, рубильниках, разъединителях [26].

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 50-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 С. Ферранти в Англии, представляли собой устройства, в которых контакты разрывались в воздухе с последующим отводом подвижного контакта под слой масла.

Следующим шагом в развитии масляных выключателей было разделение функции рабочих и дугогасительных контактов. В 1898 г. Ч. Броун разработал конструкцию, в которой на каждую фазу приходилось по два рабочих и по четыре дугогасительных контакта. Процесс гашения дуги в таком аппарате ускорился, а допустимая разрывная мощность значительно возросла благодаря ряду существенных особенностей: дугогасительные контакты, разбивая дугу на несколько коротких дуг, находились глубоко под слоем масла и быстро разводились сильными пружинами. В 1898 г. подобного типа выключатели были построены в Америке инженером

М. Хьюлеттом. Они приближались к современным видам масляных выключателей, хотя первые конструкции не имели специальных дугогасительных камер. Гашение осуществлялось в результате увеличения расстояния между расходящимися контактами. Но это увеличение не могло быть беспредельным, и в то время как напряжения и мощности электрических установок продолжали повышаться, габариты выключателей и объем масла недопустимо возрастали. Возникла потребность в новых дугогася- щих средствах, первым из которых стало газомасляное дутье, создаваемое в специальных дугогасительных камерах. В 1908 г. американские инженеры Д. Хиллард и Ч. Парсонс построили масляный выключатель с гасительной камерой продольного дутья. В дальнейшем принцип газомасляного дутья прочно утвердился в выключателестроении.

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.

В начальный период развития сильноточной техники представлялась более удобной передача электрического тока по проводам с помощью кабельных подземных линий. Полагали, что подземная проводка обезопасит электрические сети от механических повреждений и атмосферных помех и не будет портить внешнего вида городов. Начиная с 1880 г. предпринимаются попытки проложить силовые кабели, рассчитанные на напряжение до 200 В. Предварительный многолетний опыт эксплуатации телеграфных линий лег в основу построения первых сильноточных кабелей. В качестве изоляции использовали гуттаперчу и пропитанный джут. В 1882 г. Т. А. Эдисон разработал специальную конструкцию кабеля и кабельной муфты для сети первой центральной электрической станции в Нью-Йорке. В 1884 г. в Вене был проложен кабель с рабочим напряжением 2 кВ.

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.

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.

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 фарфорово- масляные 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.

Другое затруднение на пути введения высоких напряжений возникло в связи с явлением короны на высоковольтных проводах. Коронирование сопровождалось значительной потерей энергии. Первые попытки экспериментально определить потери энергии на корону были предприняты американским исследователем Ч. Скоттом в 1898 г. в линии электропередачи напряжением 20 кВ. Дальнейшие теоретические и экспериментальные

исследования в 1910—1914 гг. проводили В. Ф. Миткевич в России,. Ф. Пик в Америке, Г. Капп в Англии. Результаты этих исследований показали, что уменьшить потери на корону можно, увеличив действительный,, или «электрический», диаметр провода. Этот вывод послужил основой для широкого распространения сталеалюминиевых и алюминиевых проводов, поскольку при равной проводимости диаметр этих проводов оказывался больше, чем медных. Использование алюминия было впервые предпринято в США на электрической установке Ниагары в конце 90-х годов прошлого столетия [27—29]. К 1910 г. алюминиевые провода получили довольно широкое распространение.

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].

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 защиты 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. Олыплегером. К 1900 г. он завоевал почти полную монополию в сетях напряжением до 10 кВ. Благодаря многочисленным усовершенствованиям роговых разрядников этот тип 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].

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].

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.

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.

...монтаж мачт, башен, дымовых труб. опор высоковольтных...

Опор высоковольтных линий и водонапорных башен. … Масштабы применения этого метода зависят от кранового оборудования.

...вентиляторы, трансформаторные подстанции, высоковольтные...

• создание общеплощадочного, складского хозяйства и площадок сборки оборудования и … Созданы также передвижные высоковольтные распределительные устройства двух...

Использование методов диагностирования при ремонте...

...различных стадиях ремонта используются либо специализированные приборы и оборудование, либо … Высоковольтные выводы разрядника присоединяются к испытуемой крышке.

Механизмы для нанесения малярных составов в электростатическом...

Все оборудование установлено на четырехколесной тележке … Аппарат состоит из двух частей: высоковольтного генератора, дающего постоянный ток напряжением от 80 до 120 кВ, и...

›Малярные покрасочные работы.

 Машины и оборудование для гидромеханизированной разработки грунта

По плавучему пульпопроводу обычно прокладывается высоковольтный кабель для питания … Оборудование для воздушной сепарации продуктов помола и для воздухоочистки.

...измерительные трансформаторы и предохранители Оборудование...

Оборудование электрического хозяйства насосных станций. … С высоковольтной стороны обмотка такого трансформатора рассчитывается на напряжение сети, с низковольтной стороны...

ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ, геотермическая, схема...

...генераторы, конденсац. и др. устройства; система технич. водоснабжения для охлаждения конденсаторов турбин; высоковольтное электротехнич. оборудование.

Механизмы для нанесения малярных составов в электрическом поле

Все оборудование установлено на четырехколесной тележке. … Аппарат состоит из двух частей: высоковольтного генератора, дающего постоянный ток напряжением 80...120 кВ, и...

›Штукатурные›

Автоматика коммунально-бытовых газовых агрегатов...

...пьезозажигания, к-рая при повороте ручки крана горелки генерирует высоковольтные импульсы тока … ... объемы помещений здания, его конструктивные решения, инженерное оборудование...

›Инженерное оборудование

ЭЛЕКТРОФИЛЬТР, типы электрофильтров - горизонтальный...

Коронирующис электроды подключены к высоковольтному источнику питания вы-прямл. током … К содержанию книги: Инженерное оборудование зданий и сооружений. Смотрите также

Обоснование и выбор диагностических параметров.

...и сигнализации, измерения и контроля, вспомогательного оборудования элементы и группы … общей для всех цилиндров; Н13 — нарушение изоляции высоковольтной цепи, общей для всех...

Низковольтное электрооборудование - электродвигатель СИ-45...

Система зажигания двигателя состоит из низковольтного и высоковольтного … Инженерное оборудование Строительные машины и оборудование Строительные технологии.

›Тракторы

Проектирование работ и организация труда

В опасной зоне, расположенной вблизи высоковольтных сетей, вести … Технологическое оборудование и материалы (металл, тросы, смазочные материалы и пр.) должны...

Циклоны. Фильтры. Рукавный фильтр. Оборудование для воздушной...

Электрический способ очистки ос-кован на выделении в высоковольтном электрическом поле частиц пыли из потока газа (воздуха) … Оборудование для очистки воздуха от масла и влаги.

ТЕПЛОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ. Тепловые электростанции...

— комплекс сооружений и оборудования для преобразования тепловой энергии в … гл. корпуса на 40—50%, стоимость и сроки стр-ва); повышение напряжения высоковольтных линий...

Экономически обоснованный выбор. Технико-экономическое сравнение...

...оплату заявленной мощности трансформаторов и высоковольтных электродвигателей (без … вложений и принимается для зданий насосных станций 2,2%,, для оборудования 3,8%.

›Насосы

Встроенные системы диагностирования автомобиля

Оба пути реализации встроенного диагностирования предполагают оборудование автомобиля … Датчик—параметрический, представляет собой емкостный высоковольтный делитель...

Монтаж высотных сооружений. Монтаж башен и вышек. МОНТАЖ...

Опоры высоковольтных линий чаще всего монтируются поворотным способом ( 3.6). … Для необходимого усиления стержней и монтажного оборудования потребовалось немногим более...

ТЯГОВАЯ ПОДСТАНЦИЯ преобразовательная подстанция. Тяговые...

Различают тяговые подстанции открытые, в к-рых основное оборудование размещается на открытом … Высоковольтная аппаратура монтируется на железобетонных стойках и сборных...

Камни для печи бани и сауны

Строительство и оборудование. Камни для печи. … камней являются битые керамические или фарфоровые изделия (изоляторы от высоковольтных линий электропередач).

СЦБ — сигнализация, централизация и блокировка на...

Опоры высоковольтно-си- гнальных линий, линий связи, светофорные мачты, батарейные колодцы, фундаменты и др … Кузнечно-штамповочное оборудование Прокатное производство.

Монтаж мачт поворотом и подращиванием

Перед подъемом мачта полностью укомплектовывается технологическим оборудованием. … Опор высоковольтных линий и водонапорных башен · монтаж способом...

›Возведение зданий и сооружений

БУРОВЫЕ РАБОТЫ. Основные способы бурения. Взрывобурение.

Если в зоне высоковольтных электрических разрядов поместить породу, то под действием многократно повторяющихся ударов … Машины и оборудование для буровых и свайных работ.

Нанесение лакокрасочных материалов в электрическом поле высокого...

Раздел 3 ОБОРУДОВАНИЕ ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ. … источника питания установок применяют роторные электрические генераторы и высоковольтно-выпрямительное...

Электрогидравлический эффект Юткина, установки Вулкан К-32...

...Юткина, основанный на высоковольтном импульсном электрическом разряде внутри жидкости … При погружении шпунта и свай в результате работы сваебойного оборудования в грунте...

›Возведение подземной части

Система зажигания автомобиля представляет собой комплекс...

Для проверки конденсатора и катушки зажигания высоковольтный провод вынимают из … (контактная, бесконтактная) и применяемого оборудования и приборов являются едиными.

Электротехнической промышленности предприятия. в...

...тока, высоковольтную и низковольтную аппаратуру, электровозы, пром. электропечи, кабели и … изделия, электробытовые приборы и оборудование, изоляторы, Электроугли и т. п.

Печи-каменки печи с открытой и закрытой каменкой

Строительство и оборудование. Печи-каменки. … теплоту, вместо камней-окатышей применяют чугунные болванки или фарфоровые изоляторы от высоковольтных линий электропередач.

›Печи

Машиностроение и металлообработка

...в Екатеринбурге производит мощнейшие экскаваторы и другое сложное оборудование. … в Перми — дизелестроение, производство кабеля, трансформаторов и высоковольтной...

Охрана труда

Инженерные коммуникации, особенно высоковольтные кабели, пересекающие траншеи, во избежание повреждений защищают оплеткой, коробами … Инженерные сети и оборудование ...

›Строительные технологии