|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
HISTORIA TECHNOLOGII, TECHNOLOGII, OBIEKTÓW WOKÓŁ NAS
Przesył energii elektrycznej na duże odległości. Historia wynalazku i produkcji
Katalog / Historia technologii, technologii, przedmiotów wokół nas Linia elektroenergetyczna (TL) - jeden z elementów sieci elektrycznej, system urządzeń elektroenergetycznych przeznaczony do przesyłania energii elektrycznej za pomocą prądu elektrycznego. Również linia elektryczna jako część takiego systemu, która wykracza poza elektrownię lub podstację.
W ostatniej trzeciej połowie XIX wieku problem energetyczny stał się bardzo dotkliwy w wielu dużych ośrodkach przemysłowych Europy i Ameryki. Budynki mieszkalne, transport, fabryki i warsztaty wymagały coraz więcej paliwa, które trzeba było sprowadzać z daleka, przez co jego cena stale rosła. W związku z tym tu i tam zaczęli zwracać się do hydroelektrowni rzek, która jest znacznie tańsza i bardziej dostępna. Jednocześnie wszędzie rosło zainteresowanie energią elektryczną. Od dawna zauważono, że ten rodzaj energii jest niezwykle wygodny: energia elektryczna jest łatwo wytwarzana i równie łatwo przekształcana w inne rodzaje energii, łatwo przesyłana na odległość, dostarczana i kruszona. Pierwsze elektrownie były zwykle generatorem elektrycznym połączonym z maszyną parową lub turbiną i miały za zadanie dostarczać energię elektryczną do poszczególnych obiektów (np. warsztatu lub domu, w skrajnych przypadkach kwartału). Od połowy lat 80. zaczęto budować centralne elektrownie miejskie, dostarczające prąd przede wszystkim do oświetlenia. (Pierwsza taka elektrownia została zbudowana w 1882 roku w Nowym Jorku pod kierunkiem Edisona.) Prąd wytwarzały potężne silniki parowe. Jednak na początku lat 90. stało się jasne, że problemu energetycznego nie da się w ten sposób rozwiązać, ponieważ moc stacji centralnych zlokalizowanych w centralnej części miasta nie może być bardzo duża. Używali tego samego węgla i ropy, to znaczy nie usuwali problemu dostarczania paliwa. Taniej i praktyczniej było budować elektrownie w miejscach z tanimi zasobami paliwa i wody. Ale z reguły obszary, na których można było uzyskać tanią energię elektryczną w dużych ilościach, były usuwane z ośrodków przemysłowych i dużych miast o dziesiątki i setki kilometrów. W ten sposób powstał kolejny problem - przesył energii elektrycznej na duże odległości. Pierwsze eksperymenty w tej dziedzinie sięgają samego początku lat 70. XIX wieku, kiedy to używano głównie prądu stałego. Pokazali, że gdy tylko długość przewodu łączącego prądnicę z silnikiem pobierającym ten prąd przekroczyła kilkaset metrów, w silniku odczuwalne było znaczne zmniejszenie mocy z powodu dużych strat energii w kablu. Zjawisko to można łatwo wytłumaczyć, jeśli pamiętamy efekt cieplny prądu. Przechodząc przez kabel, prąd go nagrzewa. Straty te są tym większe, im większa jest rezystancja drutu i siła przepływającego przez niego prądu. (Ilość uwolnionego ciepła Q jest łatwa do obliczenia. Wzór wygląda następująco: Q=RI2, gdzie I to siła przepływającego prądu, R to rezystancja kabla. Oczywiście rezystancja drutu jest tym większa, im większa jest jego długość i im mniejszy jest jego przekrój. Jeżeli we wzorze przyjmiemy I=P/U, gdzie P to moc linii, a U to napięcie prądu, to wzór przyjmie postać Q=RP2/U2. Z tego widać, że straty ciepła będą tym mniejsze, im większe napięcie.) Były tylko dwa sposoby na zmniejszenie strat w linii elektroenergetycznej: albo zwiększenie przekroju przewodu transmisyjnego, albo zwiększenie napięcia. Jednak zwiększenie przekroju poprzecznego drutu znacznie zwiększyło jego koszt, ponieważ jako przewodnik używano wówczas dość drogiej miedzi. Dużo więcej wygranej obiecywało drugą drogę. W 1882 roku pod przewodnictwem słynnego francuskiego inżyniera elektryka Despresa zbudowano pierwszą linię prądu stałego z Miesbach do Monachium o długości 57 km. Energia z generatora była przekazywana do silnika elektrycznego, który napędzał pompę. W tym przypadku straty w drucie sięgały 75%. W 1885 Despres przeprowadził kolejny eksperyment, przeprowadzając transmisję mocy między Creil a Paryżem na odległość 56 km. W tym przypadku zastosowano wysokie napięcie, sięgające 6 tysięcy woltów. Straty spadły do 55%. Było oczywiste, że poprzez zwiększenie napięcia można znacznie zwiększyć sprawność linii, ale do tego konieczne było zbudowanie wysokonapięciowych generatorów prądu stałego, co wiązało się z dużymi trudnościami technicznymi. Nawet przy tym stosunkowo niskim napięciu Despres musiał stale naprawiać swój generator, w którego uzwojeniu co jakiś czas dochodziło do awarii. Z drugiej strony nie można było zastosować prądu o wysokim napięciu, ponieważ w praktyce (a przede wszystkim na potrzeby oświetlenia) wymagane było bardzo małe napięcie, około 100 woltów. W celu obniżenia napięcia stałego konieczne było zbudowanie złożonego układu przekształtnikowego: prąd o wysokim napięciu napędzał silnik, który z kolei obracał prądnicę, co dawało prąd o niższym napięciu. Jednocześnie straty wzrosły jeszcze bardziej, a sam pomysł przesyłania energii elektrycznej stał się ekonomicznie nieopłacalny. Prąd przemienny wydawał się wygodniejszy z punktu widzenia transmisji, choćby dlatego, że można go łatwo przekształcać, to znaczy jego napięcie można było zwiększać, a następnie zmniejszać w bardzo szerokim zakresie. W 1884 r. na wystawie w Turynie Golyar przeprowadził transmisję energii na odległość 40 km, podnosząc napięcie w linii do 2 tys. woltów za pomocą swojego transformatora. To doświadczenie dało dobre wyniki, ale nie doprowadziło do powszechnego rozwoju elektryfikacji, ponieważ, jak już wspomniano, jednofazowe silniki prądu przemiennego były pod każdym względem gorsze od silników prądu stałego i nie miały dystrybucji. W związku z tym przesyłanie prądu przemiennego jednofazowego na duże odległości było nieopłacalne. W kolejnych latach opracowano dwa systemy prądów wielofazowych - dwufazowy Tesli i trójfazowy Dolivo-Dobrovolsky'ego. Każdy z nich zajmował dominującą pozycję w elektrotechnice. W którą stronę powinna iść elektryfikacja? Na początku nikt nie znał dokładnej odpowiedzi na to pytanie. We wszystkich krajach toczyła się ożywiona dyskusja na temat zalet i wad każdego z systemów prądów. Wszyscy mieli swoich zagorzałych zwolenników i zaciekłych przeciwników. Pewną jasność w tej kwestii osiągnięto dopiero w następnej dekadzie, kiedy dokonano znaczącego przełomu w elektryfikacji. Ogromną rolę odegrała w tym Międzynarodowa Wystawa we Frankfurcie z 1891 roku. Pod koniec lat 80. pojawiło się pytanie o budowę centralnej elektrowni we Frankfurcie nad Menem. Wiele firm niemieckich i zagranicznych oferowało władzom miasta różne możliwości realizacji projektów z wykorzystaniem prądu stałego lub przemiennego. Burmistrz Frankfurtu był wyraźnie w trudnej sytuacji: nie mógł dokonać wyboru, w którym nawet wielu specjalistów nie mogło tego zrobić. Aby wyjaśnić kontrowersyjną kwestię, postanowiono zorganizować długo planowaną międzynarodową wystawę elektryczną we Frankfurcie. Jego głównym celem była demonstracja przesyłu i dystrybucji energii elektrycznej w różnych systemach i zastosowaniach. Każda firma mogła wykazać się sukcesem na tej wystawie, a międzynarodowa komisja najbardziej autorytatywnych naukowców musiała poddać wszystkie eksponaty dokładnym badaniom i odpowiedzieć na pytanie o wybór rodzaju prądu. Na początku wystawy różne firmy musiały zbudować swoje linie przesyłowe energii, a niektóre miały zademonstrować przesyłanie prądu stałego, inne - prądu przemiennego (zarówno jednofazowego, jak i wielofazowego). Firma AEG została poproszona o wykonanie przesyłu energii elektrycznej z miasta Laufen do Frankfurtu na odległość 170 km. W tamtym czasie była to ogromna odległość i wielu uważało sam pomysł za fantastyczny. Jednak Dolivo-Dobrovolsky był tak pewny systemu i możliwości prądu trójfazowego, że przekonał dyrektora Rothenaua do wyrażenia zgody na eksperyment. Kiedy pojawiły się pierwsze doniesienia o projekcie przesyłu energii Laufen-Frankfurt, inżynierowie elektrycy na całym świecie zostali podzieleni na dwa obozy. Niektórzy z entuzjazmem przyjęli tę odważną decyzję, inni potraktowali ją jako hałaśliwą, ale bezpodstawną reklamę. Obliczono możliwe straty energii. Niektórzy uważali, że wyniosą 95%, ale nawet najwięksi optymiści nie wierzyli, że sprawność takiej linii przekroczy 15%. Najsłynniejsze autorytety w dziedzinie elektrotechniki, w tym słynny Despres, wyraziły wątpliwości co do opłacalności ekonomicznej tego przedsięwzięcia. Dolivo-Dobrovolsky zdołał jednak przekonać kierownictwo firmy o konieczności podjęcia oferowanej pracy. Ponieważ do otwarcia wystawy pozostało bardzo mało czasu, budowa linii przebiegała w wielkim pośpiechu. Przez sześć miesięcy Dolivo-Dobrovolsky musiał zaprojektować i zbudować asynchroniczny silnik o mocy 100 KM o niespotykanej mocy. i cztery transformatory na 150 kilowatów, mimo że maksymalna moc transformatorów jednofazowych wynosiła wtedy tylko 30 kilowatów. Nie mogło być mowy o projektach eksperymentalnych: po prostu nie było na to czasu. Nawet zbudowany silnik i transformatory nie mogły zostać przetestowane w zakładzie, ponieważ w Berlinie nie było generatora trójfazowego o odpowiedniej mocy (generator dla stacji Laufen został zbudowany w Erlikson). W związku z tym wszystkie elementy przesyłu energii musiały zostać włączone bezpośrednio na wystawie w obecności wielu naukowców, przedstawicieli konkurencyjnych firm i niezliczonych korespondentów. Najmniejszy błąd byłby niewybaczalny. Ponadto cała odpowiedzialność za prace projektowe i instalacyjne podczas budowy linii energetycznych spadła na barki Dolivo-Dobrovolsky. W rzeczywistości odpowiedzialność była jeszcze większa - wszak rozstrzygano pytanie nie tylko o karierę Dolivo-Dobrovolsky'ego i prestiż AEG, ale także o to, jaką ścieżkę pójdzie rozwój elektrotechniki. Dolivo-Dobrovolsky doskonale rozumiał wagę stojącego przed nim zadania i pisał później: „Gdybym nie chciał wywoływać nieusuwalnego wstydu na mój prąd trójfazowy i narażać go na nieufność, którą trudno byłoby później szybko rozproszyć, byłem W przeciwnym razie eksperymenty Laufen-Frankfurt i wiele rzeczy, które miały być później opracowane na ich podstawie, poszłyby na ścieżce stosowania prądu jednofazowego. W krótkim czasie w Laufen zbudowano małą elektrownię wodną. Turbina 300 KM obrócił trójfazowy generator prądu, zaprojektowany i zbudowany, jak już wspomniano, w zakładzie w Erlikson. Z generatora do rozdzielnicy prowadziły trzy grube przewody miedziane. Zainstalowano tutaj amperomierze, woltomierze, bezpieczniki ołowiowe i przekaźniki termiczne. Z rozdzielnicy trzy kable poszły do trzech trójfazowych transformatorów typu „pryzmatycznych”. Uzwojenia wszystkich transformatorów były połączone w gwiazdę. Miał on prowadzić transmisję mocy przy napięciu 15 tysięcy woltów, ale wszystkie obliczenia wykonano dla pracy przy 25 tysiącach woltów. Aby osiągnąć tak wysokie napięcie, zaplanowano umieszczenie dwóch transformatorów na każdym końcu linii, tak aby ich uzwojenia niskiego napięcia były połączone równolegle, a uzwojenia wyższego napięcia były połączone szeregowo. Z transformatorów w Laufen rozpoczynała się linia trójprzewodowa, zawieszona na 3182 drewnianych słupach o wysokości 8 i 10 mi średniej rozpiętości 60 m. Na linii nie było przełączników. Aby w razie potrzeby szybko wyłączyć prąd, dostarczono dwa oryginalne urządzenia. W pobliżu elektrowni wodnej Laufen zainstalowano dwie podpory w odległości 2 m od siebie. Tutaj wkładka topliwa, składająca się z dwóch drutów miedzianych o średnicy 5 mm, została umieszczona w szczelinie każdego drutu linii. We Frankfurcie iw okolicach dworców kolejowych (część linii przebiegała wzdłuż torów kolejowych) zainstalowano tzw. zamknięcia narożne. Każdy z nich był metalowym prętem zawieszonym na sznurku na wsporniku w kształcie litery L. Wystarczyło pociągnąć za linkę, a wiązka padła na wszystkie trzy przewody, tworząc sztuczne zwarcie, które spowodowało przepalenie bezpieczników w Laufen i odłączenie napięcia od całej linii. We Frankfurcie przewody trafiły do transformatorów obniżających napięcie (były na wystawie w specjalnym pawilonie), które obniżyły napięcie wyjściowe do 116 woltów. Do jednego z tych transformatorów podłączono 1000 żarówek, po 16 świec (55 watów) każda, a do drugiego podłączono duży trójfazowy silnik Dolivo-Dobrovolsky, znajdujący się w innym pawilonie. Napięcie sieciowe generatora w Laufen wynosiło 95 woltów. Transformator podwyższający napięcie miał współczynnik transformacji 154. Dlatego napięcie robocze w linii elektroenergetycznej wynosiło 14650 woltów (95×154). Jak na tamte czasy było to bardzo wysokie napięcie. Jej budowa zaniepokoiła rządy ziem, przez które przebiegała linia energetyczna. Niektórzy odczuwali strach nawet przed drewnianymi słupami, na których umocowane były tabliczki z czaszkami. Szczególnie niepokojąca była możliwość zerwania drutu i jego upadku na tory kolejowe. Komitet wystawienniczy i budowniczowie linii musieli wykonać wiele pracy wyjaśniającej, aby przekonać urzędników państwowych, że przewidziano wszystkie możliwe zagrożenia i że linia jest niezawodnie chroniona. Administracja Baden nadal nie pozwalała na połączenie odcinka już ukończonej linii na granicy badeńskiej. Aby usunąć ostatnie przeszkody i rozwiać wątpliwości lokalnych władz, Dolivo-Dobrovolsky przeprowadził niebezpieczny, ale bardzo przekonujący eksperyment. Kiedy linia została po raz pierwszy pod napięciem, jeden z przewodów na granicy Badenii i Hesji został sztucznie odcięty i z jasnym błyskiem spadł na tory kolejowe. Dolivo-Dobrovolsky natychmiast podszedł i gołymi rękami podniósł drut: był tak pewien, że zaprojektowana przez niego ochrona zadziała. Ta „metoda” dowodu okazała się bardzo obrazowa i usunęła ostatnią przeszkodę przed testowaniem linii. 25 sierpnia 1891 r. o godz. 12 na wystawie po raz pierwszy rozbłysło 1000 lamp elektrycznych zasilanych prądem elektrowni wodnej Laufen. Lampy te obramowały tarcze i łuk nad wejściem do tej części ekspozycji, której eksponaty należały do linii przesyłowej Laufen-Frankfurt. Następnego dnia pomyślnie przetestowano 75-kilowatowy silnik, który 12 września po raz pierwszy zasilał dziesięciometrowy wodospad. Pomimo tego, że linia, maszyny, transformatory, rozdzielnice zostały wykonane w pośpiechu (niektóre szczegóły, według Dolivo-Dobrovolsky'ego, zostały przemyślane w ciągu zaledwie godziny), cała instalacja została włączona bez wstępnych testów, ku zaskoczeniu jedni i ku uciesze innych od razu zaczęli dobrze pracować. Wodospad zrobił szczególne wrażenie na zwiedzających wystawę. Jednak ludzie bardziej znający się na fizyce i elektrotechnice cieszyli się tego dnia nie ogromnym wodospadem mieniącym się tysiącami rozprysków szkła, oświetlonym dziesiątkami wielokolorowych lamp. Ich zachwyt wiązał się ze zrozumieniem, że ten piękny sztuczny wodospad zasilany jest ze źródła oddalonego o 170 km na rzece Neckar w pobliżu miejscowości Laufen. Widzieli przed sobą genialne rozwiązanie problemu przenoszenia mocy na duże odległości. W październiku międzynarodowa komisja rozpoczęła testy linii przesyłowej Laufen-Frankfurt. Stwierdzono, że straty na przesyle wynosiły tylko 25%, co było wartością bardzo dobrą. W listopadzie linia została przetestowana pod napięciem 25 21 woltów. Jednocześnie wzrosła jego sprawność, a straty spadły do XNUMX%. Ogromna większość elektryków z całego świata (ponad milion osób odwiedziło wystawę) doceniła znaczenie eksperymentu Laufen-Frankfurt. Prąd trójfazowy otrzymał bardzo wysoką ocenę i od tej pory otworzyła się dla niego najszersza droga do przemysłu. Dolivo-Dobrovolsky natychmiast stał się jednym z wiodących inżynierów elektryków na świecie, a jego nazwisko stało się znane na całym świecie.
W ten sposób rozwiązano główny problem energetyczny końca XIX wieku - problem centralizacji produkcji energii elektrycznej i przesyłania jej na duże odległości. Dla wszystkich stało się jasne, w jaki sposób prąd wielofazowy może być doprowadzony z odległej elektrowni do każdego pojedynczego warsztatu, a następnie do pojedynczej maszyny. Bezpośrednią konsekwencją pojawienia się technologii prądu wielofazowego było to, że w kolejnych latach we wszystkich krajach rozwiniętych rozpoczęła się szybka budowa elektrowni i najszersza elektryfikacja przemysłu. To prawda, że we wczesnych latach było to nadal komplikowane przez zaciekłą walkę między konkurencyjnymi firmami starającymi się wprowadzić taki lub inny rodzaj prądu. Tak więc w Ameryce najpierw przejęła firma Westinghouse, która wykupiwszy patenty Tesli, próbowała rozprowadzać prąd dwufazowy. Triumfem systemu dwufazowego była budowa w 1896 r. potężnej elektrowni wodnej na wodospadzie Niagara. Ale prąd trójfazowy wkrótce został powszechnie uznany za najlepszy. Rzeczywiście, system dwufazowy wymagał czterech przewodów, a system trójfazowy tylko trzech. Oprócz większej prostoty obiecywał znaczne oszczędności kosztów. Później Tesla, idąc za przykładem Dolivo-Dobrovolsky'ego, zaproponowała połączenie ze sobą dwóch przewodów powrotnych. W tym przypadku prądy zostały dodane, a w trzecim przewodzie płynął prąd około 1,4 razy większy niż w pozostałych dwóch. Dlatego przekrój tego drutu był 1 raza większy (bez tego wzrostu przekroju występowały przeciążenia w obwodzie). W rezultacie koszty okablowania dwufazowego nadal okazały się wyższe niż w przypadku trójfazowego, podczas gdy silniki dwufazowe były pod każdym względem gorsze od trójfazowych. W XX wieku wszędzie powstał system trójfazowy. Nawet elektrownia Niagara została ostatecznie przebudowana na prąd trójfazowy. Autor: Ryzhov K.V.
▪ Karabin
Hałas drogowy opóźnia rozwój piskląt
06.05.2024 Bezprzewodowy głośnik Samsung Music Frame HW-LS60D
06.05.2024 Nowy sposób kontrolowania i manipulowania sygnałami optycznymi
05.05.2024
▪ Odkryto kosmiczne cegiełki życia ▪ MSP430FR6989 - nowy mikrokontroler do samodzielnych mierników ▪ Zestaw rozwojowy interfejsu kamery ▪ Pozyskiwanie prądu za pomocą cienia
▪ sekcja witryny Film artystyczny. Wybór artykułu ▪ artykuł Abaja Kunanbajewa. Słynne aforyzmy ▪ artykuł Ciliate z kolczastego włosia. Legendy, uprawa, metody aplikacji ▪ artykuł Instalacja, podłączenie przełącznika. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki ▪ artykuł Złamana magiczna różdżka. Sekret ostrości
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Polecamy ciekawe artykuły Sekcja 
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony