Школа для Электрика. Все Секреты Мастерства. Образовательный сайт по электротехнике  
ElectricalSchool.info - большой образовательный проект на тему электричества и его использования. С помощью нашего сайта вы не только поймете, но и полюбите электротехнику, электронику и автоматику!
Электрические и магнитные явления в природе, науке и технике. Современная электроэнергетика, устройство электрических приборов, аппаратов и установок, промышленное электрооборудование и системы электроснабжения, электрический привод, альтернативные источники энергии и многое другое.
 
Школа для электрика | Правила электробезопасности | Электротехника | Электроника | Электрические аппараты | Электрические машины
Автоматизация | Робототехника | Возобновляемая энергетика | Тренды, актуальные вопросы | Научно-популярные статьи | Контакты



 

База знаний | Избранные статьи | Эксплуатация электрооборудования | Электроснабжение
Электрические аппараты | Электрические машины | Электропривод | Электрическое освещение

 Школа для электрика / Воздушные линии электропередачи / История электричества / Развитие систем передачи электрической энергии - от линий постоянного тока до первой трехфазной линии переменного тока


 Школа для электрика в Telegram

Развитие систем передачи электрической энергии - от линий постоянного тока до первой трехфазной линии переменного тока


В 1777 году итальянский физик Алессандро Вольта предложил идею извещателя в виде пистолета, который бы выстреливал пробкой от возгорания болотного газа, тогда как причиной для воспламенения газа выступала бы электрическая искра.

Новшество предложения Вольты заключалось в том, что пистолет он предлагал разместить в Милане, а лейденскую банку, соединенную с ним, - в Комо.

Тогда энергию электрического разряда лейденской банки можно было бы передать по поводам из Комо — в Милан, то есть на расстояние около 50 км. Так, впервые в научном сообществе, именно Вольта озвучил мысль о передаче электрической энергии на расстояние по проводам.

Тем не менее, пройдет еще более века, прежде чем появится необходимость, а главное — реальная возможность для системной поставки электроэнергии на расстояние многих километров от места ее производства.

Передача электрической энергии на расстояния по воздушным линиям электропередачи

В 1880-е годы в США и Европе стали появляться первые мощные гидроэлектростанции, могущие производить столько электрической энергии, что ее хватило бы не только для питания потребителей вблизи станции, но и тем потребителям, что находятся в пределах значительного радиуса от нее (смотрите - Историческая электростанция Эймса в США).

Тут же стали появляться и кабельные линии электропередачи, необходимые для питания электрического освещения в близлежащих городах.

С развитием электротехники, а именно — к концу 19 века, гидроэлектростанции достигли такой мощности, что и линии электропередачи к ним потребовались сделать более мощными. К тому же появились электродвигатели, которые необходимо было питать, электроэнергией, передаваемой через большое расстояние.

Очевидно, чтобы снизить джоулевы потери в проводах, необходимо было либо повышать напряжение, либо понижать ток, либо и то и другое. На протяжении лет инженеры трудились над устранением экономических препятствий.

Началось все, конечно, с постоянного тока. В 1873 году Ипполит Фонтен показал на Венской международной выставке возможность передачи электрической энергии мощностью в одну лошадиную силу на расстояние в 1 километр. Его двигатель приводил во вращение насос искусственного водопада.

Джоулевы потери в проводах были колоссальными, нужно было их как-то снизить. Следовало либо увеличить сечение провода в линии, либо повысить напряжение передачи.

Воздушная линия электропередачи

В 1875 году военный инженер Федор Пироцкий предложил передавать электроэнергию по железнодорожным рельсам и таким образом увеличить сечение передающего проводника.

Эксперименты Пироцкого с рельсами, конечно, привлекли к проблеме передачи электроэнергии внимание многих мировых ученых, так что они стали искать более рациональное решение.

Братья Сименсы, вдохновленные идеями Федора Пироцкого, в 1881 году запустили первый электрический трамвай по маршруту Берлин — Лихтерфельд. Так или иначе, позже для всех стало очевидным, что лучше повышать напряжение, а не увеличивать сечение проводов.

В 1880 году профессор Дмитрий Лачинов предоставил убедительные и однозначные расчетные доказательства того, что экономически выгоднее будет все же повышать напряжение, а не уменьшать сопротивление линии.

Позже, в 1881 году, французский инженер Марсель Депре на выставке в Париже реально продемонстрировал передачу электричества от экспериментальной динамо-машины постоянного тока.

Он предположил также, что по проводу диаметром 4 мм сможет передать электрическую мощность в 10 лошадиных сил (л.с.) на расстояние в 50 километров, при том, что мощность генератора будет равна 16 л.с.

В 1882 году Депре воспользовался гидротурбиной на водопаде близ Мюнхена и передал от нее электричество на двигатель насоса, установленный на расстоянии 57 км внутри модели водопада на выставке.

Для передачи энергии использовалась бывшая в употреблении телефонная линия, а постоянное напряжение составляло 1,3 кВ. КПД оказался 25%.

Эксперименты Дерпе на этом не закончились. В 1883 году он построил 14-километровую линию, простирающуюся от гидротурбины на водопаде в городке Визиль - до города Гренобль, где необходимо было питать электроэнергией двигатели печатных станков. Мощность, забираемая от генератора, составила 11,5 л.с. Двигатели на другом конце потребляли 7 л.с. КПД получился 62%.

Спустя три года Ипполит Фонтен улучшил эту систему, предложив объединить последовательно четыре генератора постоянного тока, каждый по 25 л.с. и напряжением 1,5 кВ. В итоге получилось 100 л.с при напряжении в 6 кВ. Мощность нагрузки составила 50 л.с.

Швейцарец Рэне Тюри далее оптимизировал схему Фонтена. Он мыслил следующим образом: нужно соединить последовательно не только источники, но и потребители. Причем потребители на приемной стороне — это двигатели, вращающие генераторы.

В 1893 году заработала первая линия передачи системы Тюри длиной 60 км в Генуе. Напряжение передачи достигало 14 кВ при мощности в 1260 л.с.

Позже он построил самую протяженную свою линию Мутье — Лион длиной в 180 км. Напряжение на линии составило 57 кВ, а мощность - 5 МВт.

Мощность потребления можно было изменять путем варьирования соединенных последовательно генераторов, максимальное количество которых - 16. Генераторы на передающей стороне могли переключаться при помощи специальных коммутаторов.

К 1923 году напряжение линии Тюри доходило до 125 кВ, а мощность — до 20 МВт, протяженность проводов была увеличена до 220 км.

От постоянного тока — к переменному току

Так или иначе, недостатки передачи электроэнергии на постоянном токе к концу 19 века стали очевидными. Начались работы по использованию тока переменного.

Переменный ток оказался гораздо практичнее постоянного с точки зрения передачи электроэнергии на расстояние. Можно легко повышать переменное напряжение при помощи трансформатора, подавать его на линию, а на приемной стороне — так же, при помощи трансформатора, понижать напряжение без всяких высоковольтных моторов-генераторов, снижающих КПД.

Трансформаторная подстанция

Люсьен Голар в 1884 году реализовал первую дальнюю передачу электроэнергии на переменном токе. Это было в Турине. Длина передающей линии составляла 40 километров, напряжение 2 кВ, мощность 20 кВт. В России и Украине генерация переменного тока начинала выходить на государственный уровень.

С 1885 года активно разрабатывались трансформаторы. В Царском Селе в 1890 году сеть постоянного тока протяженностью 64 км была впервые переведена на однофазный переменный ток. В 1897 году в одесском Оперном театре электрические лампы питались переменным напряжением 2 кВ.

Первая промышленная линия переменного тока в США была построена в 1889 году в районе города Портленда. Она имела протяженность 28 км и предназначалась исключительно для питания освещения. 19 генераторов питали в общей сложности 1900 ламп.

Цементный завод на берегу реки Неккар в немецком городе Лауфен получал энергию от близлежащего водопада. Часть энергии, получаемой от водопада, владельцы завода решили продавать, поставляя электричество во Франкфурт-на-Майне, расположенный на расстоянии в 175 км от завода. Для передачи стали использовать трехфазные электрические цепи. Год ввода линии в эксплуатацию — 1891 г. 

Три водяные турбины по 300 л.с. каждая вращали через редуктор генератор переменного тока. Три провода линии были подвешены на столбах высотой 8 м и закреплены на изоляторах. Напряжение составляло 8,5 кВ. На приемной стороне напряжение понижалось трансформатором до 65 вольт и использовалось для питания освещения и двигателей. КПД составлял 75% (смотрите - Первая в истории передача трёхфазного тока из Лауффена на Франкфурт).

Изобретенные в начале 20 века подвесные изоляторы позволили повысить напряжение при передаче до 110 кВ. Первые электростанции на такое напряжение появились в период с 1908 по 1912 годы в США и Германии.

Смотрите также: 

Война токов - Тесла против Эдисона

Всемирная беспроводная система Николы Тесла

Технический прогресс в передаче электроэнергии, современные воздушные и кабельные линии электропередачи

Преимущества высоковольтных ЛЭП постоянного тока по сравнению с ЛЭП переменного тока