Триумф трехфазной системы переменного тока
Генеральное испытание трехфазной системы состоялось в 1891 году на Международной электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне.
Поводом для организации выставки явилось решение обербургомистра построить центральную городскую электростанцию. Созданная международная комиссия не пришла к соглашению и не дала определенных рекомендаций по выбору рода тока : переменный или постоянный? Тогда решили организовать международную выставку, чтобы все желающие лица и фирмы могли продемонстрировать свои возможности. Желающим участвовать поручалось выполнить специальное задание по передаче электрической энергии на определенное расстояние и продемонстрировать ее практическое применение. Создали международную испытательную комиссию под председательством немецкого ученого Германа Гельмгольца, которая должна была провести испытания всех предложенных систем и дать заключение о выборе рода тока и перспективной системе электроснабжения.
Организаторы выставки предложили фирме АЭГ осуществить передачу энергии водопада на реке Неккар на территорию выставки. В городе Лауфене (близ водопада) в распоряжение фирмы АЭГ была выделена турбина, дававшая полезную мощность 300 л.с. Расстояние между этими городами составляло 170 км. Известные до этого линии передавали энергию на 15 км. Большинство специалистов полагало, что решить эту задачу практически невозможно (вся энергия будет потеряна в пути).
|
|
|
Правление фирмы АЭГ согласилось. А что им оставалось делать? Как писал Доливо-Добровольский "Если я не хотел навлечь на мой трехфазный ток несмываемого позора и подвергнуть его недоверию, которое вряд ли бы удалось потом быстро рассеять, я обязан был принять на себя эту задачу и разрешить ее. В противном случае опыты Лауфен - Франкфурт и многое, что должно было затем развиваться на их основе, пошли бы по пути однофазного тока". Для решения поставленной задачи необходимо было изготовить генератор, трехфазные трансформаторы, асинхронный электродвигатель, проложить линию передачи, обеспечить безопасность работы. И все это нужно было вначале спроектировать: на таких мощностях еще никто не работал. Срок - один год!
В августе 1891 г. на выставке зажглись 1000 ламп накаливания, питаемых током от Лауфенской гидростанции. 12 сентября заработал искусственный водопад, напор для которого создавался электродвигателем. Задача была решена: энергия естественного водопада преобразовывалась в электрическую, передавалась на 170 км, где питала самые распространенные потребители электрической энергии - осветительные лампы и двигатель, совершающий механическую работу.
|
|
|
Что представляла собой эта первая в мире трехфазная линия? На гидростанции в Лауфене энергия турбины через коническую зубчатую передачу передавалась на вал трехфазного синхронного генератора (230 кВА, 150 об/мин, 95 В). Генератор был изготовлен швейцарским заводом "Эрликон", главный инженер которого Ч. Броун сотрудничал с Доливо-Добровольским в области конструирования многофазных машин. От генератора медные шины вели к распределительному щиту, на котором были установлены амперметры, вольтметры, свинцовые предохранители и реле максимального и минимального тока, воздействовавшие на цепь возбуждения генератора. В Лауфене был установлен трехфазный трансформатор с призматическим магнитопроводом (150 кВА, коэффициент трансформации 154). Трансформатор был погружен в бак, наполненный маслом. Трехпроводная линия была выполнена на деревянных опорах со средним пролетом 60 м. Медный провод диаметром 4 мм крепился на штыревых фарфоро-масляных изоляторах, напряжение в линии составляло 14,6 кВ. На стороне высокого напряжения были установлены плавкие предохранители: в начале линии в разрыв каждого провода был включен участок длиной 2,5 м, состоящий из двух медных проволок диаметром 0,15 мм каждая. Так как связи между гидростанцией и территорией выставки не было, то для отключения линии во Франкфурте посредством простого приспособления устраивалось короткое замыкание, плавкие вставки перегорали, турбина, работая без нагрузки, развивала большую скорость и машинист, заметив это, останавливал ее.
|
|
|
На выставочной площадке во Франкфурте был установлен понижающий трансформатор (коэффициент трансформации 116), с выходным напряжением 127 В, от которого питались 1000 ламп накаливания напряжением 65 В, расположенные на огромном щите. Здесь же был установлен трехфазный асинхронный двигатель мощностью 75 кВт, питавший гидравлический насос мощностью 100 л.с. Кроме того Доливо-Добровольский демонстрировал двигатель мощностью 100 Вт с вентилятором и двигатель мощностью 1,5 кВт, приводивший в движение генератор постоянного тока, который питал лампы накаливания.
Перед пуском линии возникли затруднения. Местные власти (линия передачи пересекала территории четырех германских земель) не верили в безопасность ее работы, люди боялись столбов с табличками, на которых был изображен череп, нужно было добиться разрешения на включение линии. Доливо-Добровольский провел убедительный эксперимент. В присутствии местных властей линии включили на напряжение и на глазах у всех оборвали провод, который с яркой вспышкой упал на железнодорожные рельсы. Доливо-Добровольский подошел и поднял провод голыми руками. Все убедились, что линия не угрожает жизни людей.
|
|
|
25 август 1891 года состоялся официальный пуск линии. Хотя времени на предварительные испытания не было, линия с первого включения работала вполне хорошо. После испытаний, проведенных выставочной комиссией, она дала заключение, что работа линии с переменными токами напряжением 15 кВ, изолированной маслом, фарфором и воздухом, длиной более ста километров, протекала всегда равномерно и безопасно, как и работа с переменными токами напряжением в сто вольт и длиной несколько метров.
Так был решен спор: переменный или постоянный; однофазный или трехфазный? В заключение можно привести вспоминания Доливо-Добровольского, как он хотел продемонстрировать свой двигатель Эдисону (в 1889 г.) . Эдисон замахал руками: "переменный ток - это вздор, не имеющий будущего. Я не хочу не только смотреть, но и знать о двигателе переменного тока". И он не пришел!
Создание и убедительная демонстрация трехфазной системы показали путь выхода их энергетического кризиса, который сложился в 80-х годах 19-го столетия. Производительные силы получили новую техническую базу, способствовавшую углублению и расширению процесса концентрации и централизации производства. Начался процесс электрификации промышленности и начался он со строительства электростанций и линий электропередач.
После закрытия выставки Лауфенская электростанция перешла в собственность города Хейльбронна, осуществлялось питание городской осветительной сети и заводов города. В 1892 году сдана в эксплуатацию линия Бюлах-Эрликон (Швейцария). У водопада в Бюлахе была построена гидроэлектростанция с тремя трехфазными генераторами по 150 кВт каждый. Электроэнергия передавалась на расстояние 23 км для электроснабжения завода. Наибольшее число электростанций строилось в Германии.
Конечно, распространение трехфазной системы сталкивалось с определенными трудностями объективного и субъективного характера. Уже были построены станции постоянного тока, однофазного и двухфазного переменного токов. В Америке фирма "Вестингауз" настойчиво пропагандировала и строила электростанции и электрические сети по двухфазной системе Тесла. Примером может служить Ниагарская электростанция общей мощностью 40 000 л.с. - крупнейшая в мире. Спрос на электроэнергию в этом районе был очень велик - фабрики по производству алюминия, карбида кальция и т.д. Но со временем Ниагарская гидроэлектростанция была переоборудована в трехфазную.
Теперь, когда вроде бы не существовало препятствий для экономичной передачи электроэнергии на большие расстояния электростанции стали строить не непосредственно в городах, а на месте добычи топлива, сокращались расходы на его перевозку. Электростанции, построенные у источников энергии, предназначались для электроснабжения целого промышленного района, поэтому их называли районными. С появлением районных электростанций выявилась целесообразность объединения их в энергетические системы (уменьшался необходимый резерв мощности для каждой станции, создавались условия для выравнивания графика нагрузки станции). Пока электростанции работали изолированно друг от друга не было необходимости устанавливать стандартные частоты и напряжения. При объединении станций такое согласование необходимо. С разработкой стандарта на напряжения было проще. Мы уже рассматривали как образовалась величина напряжения в осветительной сети 110 В. В трехфазной сети существуют фазные и линейные напряжения. Так как осветительная нагрузка однофазная, то ее напряжение стало стандартным фазным напряжением. Линейное напряжение в корень из трех раз больше -200 В. В России это 127/220 В. Так получилась шкала напряжений с шагом корень из трех.
Сложнее было решить вопрос со стандартом частоты. Диапазон предложений был от 25 до 133 Гц. Доливо-Добровольский предлагал 40 Гц. Тесла - 60Гц (его установки были как раз на эту частоту). Интересно, что именно отказ фирмы Вестингауз от частоты 60Гц послужил причиной для ухода Тесла из этой компании. В Европе приняли решение остановиться на частоте 50 Гц (может быть на среднем значении, чтоб не обидеть Доливо-Добровольского и Теслу?). Скорее всего нет. Доливо-Добровольский не принимал во внимание осветительную нагрузку: при малых частотах уже заметно мерцание света. Повышение частоты пропорционально повышает скорость вращения электродвигателей, а потребители (промышленные установки) требуют меньших скоростей. В Америке же приняли за стандарт частоту 60Гц (Тесла был удовлетворен!).
Россия не отставала от Европы и приняла трехфазную систему. Двигатели Доливо-Добровольского демонстрировались уже на 4-й Петербургской электротехнической выставке в 1892 г. (две трехфазные машины мощностью по 15 кВт). Первым российским предприятием с трехфазным электроснабжением был Новороссийский элеватор. Электрические машины проектировала фирма "Броун-Бовери", изготовление было организовано в собственных мастерских элеватора. В 1893 г. элеватор был электрифицирован. Общая мощность электростанции - 1200 кВт (4 синхронных генератора по 300 кВт каждый).
Крупной районной электростанцией России была станция "Электропередача" в г. Ногинске. На станции были установлены три турбогенератора по 5000 л.с., 6600 В, 50 Гц. Это была тепловая электростанция, работавшая на торфе. Трансформаторная группа повышала напряжение до 70 кВ. Электроэнергия передавалась в Москву на расстояние 70 км, в конце линии (в Измайлове) была построена понижающая подстанция. На территории завода Гужона ("Серп и молот") линия Измайловской подстанции соединялась несколькими кабелями с городской сетью.
Таким было начало электрификации. Из 19-го века (века пара) мир переходил в 20-й век - век электричества.
Мы рассмотрели основные этапы развития электротехники: от первых опытов на потеху знати до использования в качестве одной их основных энергетических сил в мировом хозяйстве. Кроме чисто познавательных целей, история электротехники интересна еще и тем, что очень ярко подчеркивает спиральность развития: устаревший метод на новом этапе развития становится прогрессивным.
Недостаток первых электродвигателей: импульсный характер движения сейчас широко используется в так называемых шаговых электродвигателях, так как позволяет достаточно просто задать необходимую величину перемещения (шагов).
В свое время прогрессивным шагом был отказ от использования постоянных магнитов в электродвигателях. Сейчас электродвигатели постоянного и переменного токов с постоянными магнитами, изготовленными на основе новых технологий (например, из самарий-кобальтовых сплавов), находят самое широкое применение.
Распространение электротехники сдерживалось трудностями (даже невозможностью) ее передачи на большие расстояния с использованием постоянного тока. Проблема была решена изобретением переменного тока вообще и трехфазного тока в частности. "Будущее в передаче электрической энергии за постоянным током" - заявил изобретатель трехфазной системы Доливо-Добровольский в одном из своих последних трудов.
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 314; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!