Особенности передачи электроэнергии в период зарождения электротехники
В первые годы развития техники сильных токов считалось необходимым для питания каждого приемника иметь отдельный генератор.
В 1877 г. Павел Яблочков, соединив последовательно несколько своих свечей, дал первое решение задачи одновременного питания нескольких приемников от одного источника энергии.
В 1878 г. Рихард Вердерманн впервые осуществил параллельное включение приемников энергии. Отсюда уже нетруден был переход к центральным электростанциям (первые из которых появились в США в 1879 г.), питавшим сперва отдельные дома или кварталы. Вскоре Томас Эдисон предложил идею питательных проводов (фидеров), которая позволила удешевить распределительные сети и увеличить охватываемую ими площадь.
С появлением в 1883 г. трехпроводной системы постоянного тока, предложенной Эдисоном и изобретением трансформаторов (1885 г.) становится возможным снабжать целый город от одной центральной электростанции. Вскоре в больших городах заставляют несколько электростанций работать совместно на общую электрическую сеть. При этом время до 1885 г. является периодом расцвета машин постоянного тока.
Этот период продолжается до 1891 г., но с появлением трансформатора начинается уже борьба между постоянным током и переменным (однофазным), который оказался весьма выгодным для целей передачи, но тогда еще непригодным для силовых применений (в то время еще не было подходящего электродвигателя).
Одним из наиболее знаменательных событий в истории электротехники является международная электротехническая выставка во Франкфурте (в 1891 г.). К ее открытию было приурочено сооружение первой трехфазной линии передачи, положившей начало необыкновенно быстрому распространению трехфазного тока.
Обнаружившиеся уже ранее тенденции к повышению экономичности методов получения энергии начинают, с развитием техники передачи энергии (канализации электрической энергии), находить себе выражение в постройке — в начале XX века — районных электростанций для снабжения энергией районных сетей, охватывающих крупные районы.
Наконец, около в 20-х годах XX века, стали соединять сети отдельных районов для параллельной работы: когда две соседние сети достаточно сближались, их соединяли между собой. Соединение сетей особенно развилось в США к концу Первой мировой войны и в Италии во время катастрофической засухи 1921—1922 гг.
Вскоре были оценены его значительные выгоды: лучшее использование установок и уменьшение резервов, надежность работы, возможность использования разнообразных естественных источников энергии (силы морских приливов и отливов, силы ветра и пр.), упрощение и рациональное развитие генераторных установок, уменьшение сжигания и транспорта топлива и др. В то время также уже активно шли эксперименты и попытки создать экономически выгодную модель ветроэнергетической установки.
Первая мировая война, приведшая, в связи с вызванным ею топливным кризисом, к стремлению возможно рациональнее использовать все естественные запасы энергии, заставила мировое энергетическое хозяйство вступить на новый путь планомерной электрификации, которая характеризуется комбинированным и концентрированным использованием энергетических ресурсов различных районов и стран.
С этой целью создаются сверхмощные системы, охватывающие целые страны и континенты, с производством энергии, сосредоточенным на сверхмощных электростанциях, занимающих выгодное положение (у источников водной энергии, близ месторождений топлива) и с соединением этих электростанций между собой посредством сверхмощной сети очень высокого напряжения. Оказалось, что у технологии объединения электростанций для параллельной работы в энергосистему есть очень много преимуществ.
Подробнее этот вопрос рассмотрен здесь:
Конструктивные решения
В начальный период развития идеи передачи электрической энергии по проводам еще отсутствовало представление о неизолированном проводе, подвешенном на изоляторах в качестве воздушной линии. Подземная проводка казалась чем то более близким и естественным. Таким образом, задача сводилась к тому, чтобы проложить провод под землей, изолируя его при этом. Поэтому техника изготовления развилась в этой области, как усовершенствование техники прокладки.
Уже в XVIII веке во Франции неоднократно предлагалась для целей "мгновенной корреспонденции" (т. е. передачи сообщений помощью электричества) идея подземной проводки.
В начале XIX века телеграфные линии осуществлялись помощью изолированных (пропитанных шелком) железных проводов, прокладывавшихся под землей в железных или глиняных трубках. В Англии же и США прокладывали, кроме того, и голые провода в деревянных колодах. Эти линии давали неудовлетворительные результаты из-за неумения предохранить изоляцию от проникновения влаги.
Техника подземной проводки пошла по новому пути, когда около 1879 г. был изобретен пресс для покрытия кабельных жил изоляцией из гуттаперчи и гидравлический пресс для изготовления кабельной свинцовой оболочки без шва. Его создал Франсуа Борель. Он же построил в Швейцарии первый в мире завод по производству кабелей со свинцовой оболочкой. После этого начинается быстрое развитие освинцованных кабелей, которые быстро стали популярными в системах передачи электроэнергии.
В 1885 г. фирмой Siemens было введено применение для защиты кабелей брони из железных полос. Дальнейший прогресс в области кабельной техники характеризуется следующими этапами: от двух- и трехжильных концентрических кабелей к скрученным и от резины и джута к изоляции из пропитанной бумаги.
Пропитанную бумагу для кабелей начинают применять около 1890 г., и в течение первого пятилетия XX века бумажная кабельная изоляция становится наиболее распространенным видом изоляции для силовых кабелей.
К началу Первой мировой войны активно начинает использоваться экранирование жил помощью металлических оболочек.
В 1925 г. итальянская компания Pirelli начинает изготавливать кабели с масляным наполнением. Последняя система дала возможность делать кабели на более высокие напряжения: в начале XX века выпускаются кабели на 132 кВ (Нью-Йорк, 1926 г.), затем фирма Pirelli проектирует кабель на 220 кВ.
В 30 - 40 годах XX века опыты по прокладке кабелей в трубах, наполненных газом под высоким давлением. Эта технология получила быстрое развитие. В наше время высоковольтные кабели с масляным и газовым наполнением очень часто используются для передачи электроэнергии на большие расстояния.
Воздушные линии сильных токов на первых порах строились по образцам, выработанным практикой телеграфных линий. В дальнейшем на конструкцию их наиболее существенное влияние оказало развитие идей в области основной проблемы связанной с изоляцией линий электропередачи — изолированного укрепления проводов точке подвеса: от простого штыревого изолятора к великанам — многоюбочным изоляторам для высоких напряжений.
Совершенно новую идею представлял собой появившийся в 1907 г. подвесной изолятор, который позволил повысить напряжение воздушных линий сперва до 110, а затем до 220 кВ и более.
Кроме того, в развитии воздушных линий можно проследить влияние проблемы предохранения проводов от соприкосновения друг с другом (при раскачивании их), от аварий, вызываемых птицами, влияние защиты от перенапряжений атмосферного происхождения. Все эти факторы оказывают непосредственное влияние на устройство воздушных ЛЭП разного напряжения.
Первоначально в качестве материалов проводов воздушных линий электропередачи чаще всего использовалась медь, но затем недостаток меди повысил интерес к проводам из других металлов, в особенности из сталеалюминия, алюминия и его сплавов.
Оборудование кабельных и воздушных высоковольтных линий электропередачи тесно связано с техникой высоких напряжений.
В наше время передача электроэнергии на большие расстояния часто осуществляется с помощью линий электропередач постоянного тока. У этого подхода есть много преимуществ: Преимущества высоковольтных ЛЭП постоянного тока по сравнению с ЛЭП переменного тока
Смотрите также по этой теме: Технический прогресс в передаче электроэнергии, современные воздушные и кабельные линии электропередачи