Історія розвитку основного високовольтного обладнання. Частина 1

Одним з найважливіших елементів електроенергетичної установки є трансформатор. Розвиток цього апарату залежало від зростання потужностей і напруг ліній електропередачі. Як уже зазначалося, конструкції перших трансформаторів стрижневого і броньового типу були розроблені в 70-х роках XIX ст.

Перші конструкції трансформаторів були недосконалі, мали велике магнітне розсіювання, так як їх первинна і вторинна обмотка розташовувалася на різних сердечниках муздрамтеатру. Подальші пошуки раціональних конструкцій трансформаторів були спрямовані на зменшення магнітного розсіювання (перш за все шляхом концентричного розташування обмоток), поліпшення междувітковой ізоляції, розробку систем охолодження і т. Д.

На рубежі 80-х - 90-х років були зроблені спроби використовувати для охолодження та ізоляції обмоток мінеральне масло. Протягом перших двох десятиліть нинішнього століття переважне поширення в американських установках отримали трифазні групи з однофазних трансформаторів, а в європейських - трифазні масляні трансформатори стрижневого і броньового типу з охолодженням циркулюючої водою.

Стрижневою і броньовий типи трансформаторів збереглися до теперішнього часу, причому перший отримав переважне поширення. Як матеріал обмоток використовували майже виключно смугову мідь прямокутного перетину. Іноді, як це було в Німеччині під час першої світової війни, будували трансформатори потужністю до 60 тис. КВ-А з алюмінієвої обмоткою. В цілому вдосконалення обмоток трансформаторів полягало в підвищенні їх механічної та електричної міцності, теплостійкості, економічності і поліпшенні технологічних способів виготовлення.

Зазнала суттєвих змін одна з найважливіших конструктивних деталей трансформаторів - вводи високої напруги. Для порівняно невисоких напруг, порядку 35 кВ, різні фірми, такі, як «Westinghouse» і деякі інші, зазвичай застосовували порцелянові конструкції. Для більш високих напруг, починаючи з 50-60 кВ, найбільш поширеними були два різновиди: конденсаторні вводи і пустотілі з масляним наповненням. Конденсаторні вводи були запропоновані в Німеччині в 1906 р

У трансформаторобудуванні велику роль грало зменшення розмірів і ваги апаратів. У цьому відношенні характерні такі показники: якщо в 1900 р масляний трансформатор потужністю 1200 кВ-А важив 18 100 кг, то в 1920 році цей же тип апарату тієї ж потужності важив 7550 кг, т. Е. Його вага становила всього 41, 7% по відношенню до зразка 1900 р

З ростом потужностей електричних станцій все більше ускладнювалася завдання відключення робочих струмів, особливо струмів коротких замикань. Що використовувалися для відключення особливі високовольтні пристрої - вимикачі пройшли тривалий шлях розвитку. Найпростіші комутаційні пристрої з'явилися приблизно в 20-х роках XIX століття. Це були металеві стрижні, впущених в судини зі ртуттю. Такими перемикачами користувалися Д. Генрі і А. М. Ампер ( «коромисло Ампера») для зміни напрямку струму в електричних ланцюгах.

Принцип ртутних контактів зберігся в вимикачах до початку 90-х років уже в зв'язку з енергетичними застосуваннями електрики. Подібні апарати діяли, наприклад, на електростанції в Римі, яка працювала на лінії передачі напругою 2 кВ при струмі 200 А. Будапештська фірма «Ганц і К ^0» будувала вимикачі з ртутними контактами для напруг до 10 кВ. Але ртутні контакти були незручними: пристрої виходили громіздкими, нетранспортабельними, не забезпечували надійного відключення.

У 90-х роках з'явилися конструкції з рухомими контактними елементами, серед яких автоматичний вимикач М. О. Доліво-Добровольського (1893 г.) відрізнявся оригінальністю пластинчастих пружних контактів. До тих пір, поки напруга електричних установок не перевищувало 15 кВ, а струми 300 А, застосування подібних апаратів було допустимо без спеціальних засобів для гасіння дуги. Однак підвищення напруги до 22 кВ, як це було, наприклад, на Ніагарському гідроелектростанції в 1901 р, викликало нагальну потребу в вимикачах, в яких би забезпечувався надійний розрив дуги за допомогою додаткових дугогасильних засобів. Одним з перших дугогасильних пристроїв, які отримали широке визнання, стали рогообразние контакти, застосовані спочатку в грозозахисних розрядниках. Масивні роги сприяли швидкої деионизации дугового проміжку. Вимикач з рогообразние контактами, запатентований фірмою «Brown, Boveri & С0» в 1897 р довго використовували в електротехніці. Для прискорення переривання дуги стали застосовувати також «магнітне дуття» штучно створюваним магнітним полем. Цей принцип дугогасіння також був запозичений з практики грозозахисту - розрядники з магнітним гасінням були запропоновані І. Томсоном і широко застосовувалися в 90-і роки для захисту установок постійного струму.

У міру зростання потужності установок виникло нове утруднення: дуга, вільно піднімався по роговим електродів, поширювалася на досить значні відстані і загрожувала безпеці розташованого поблизу обладнання. Запобіжний засіб запропонував М. О. Доліво-Добровольський: на шляху дуги встановлювали поперечні перегородки з ізоляційного матеріалу. Дуга, вигинаючись навколо нижніх крайок пластин, видовжувалася, опір дугового проміжку зростала, дуга швидше деионизирован.

У 1912 р Доливо-Добровольський вніс ще один перспективний пропозицію: встановлення на рейки дуги грати з металевих пластин - так звану іскрогасні грати. Цей винахід до теперішнього часу широко використовують у багатьох видах комутаційної апаратури: контакторах, рубильниках, роз'єднувачах.

Однак вимикачі з відкритою дугою в повітрі не могли повністю вирішити задачу надійного відключення великих струмів короткого замикання. Тому паралельно з розвитком цього виду апаратів починаючи з 50-х років не припинялися спроби створити плавкі запобіжники і вимикачі з використанням високих електроізоляційних властивостей мінеральних масел. Перші конструкції масляних запобіжників і вимикачів, створені І. Томсоном в Америці і С. Ферранте в Англії, представляли собою пристрої, в яких контакти розривалися в повітрі з подальшим відведенням рухомого контакту під шар масла.

Наступним кроком у розвитку масляних вимикачів був поділ функції робочих і дугогасильних контактів. У 1898 р Ч. Броун розробив конструкцію, в якій на кожну фазу доводилося по два робочих і по чотири дугогасильних контакту. Процес гасіння дуги в такому апараті прискорився, а допустима розривна потужність значно зросла завдяки ряду істотних особливостей: дугогасительниє контакти, розбиваючи дугу на кілька коротких дуг, знаходилися глибоко під шаром масла і швидко розлучалися сильними пружинами.

У 1898 р подібного типу вимикачі були побудовані в Америці інженером Е. М. Хьюлеттом. Вони наближалися до сучасних видів масляних вимикачів, хоча перші конструкції не мали спеціальних дугогасильних камер. Гасіння здійснювалося в результаті збільшення відстані між розбіжними контактами. Але це збільшення не могло бути безмежним, і в той час як напруги і потужності електричних установок продовжували підвищуватися, габарити вимикачів і обсяг масла неприпустимо зростали. Виникла потреба в нових дугогася-чих засобах, першим з яких стало газомасляної дуття, що створюється в спеціальних дугогасильних камерах. У 1908 р американські інженери Д. Хіллард і Ч. Парсонс побудували масляний вимикач з гасітельних камерою поздовжнього дуття. Надалі принцип газомасляної дуття міцно утвердився в виключателестроеніі.

У 90-ті роки XIX ст. і на початку XX ст. з'явилося ще кілька принципово нових пристроїв для розриву дуги, таких, як водяні, трубчасті, автогазовий і, нарешті, повітряні вимикачі, але вони не отримали в перші два десятиліття XX в. скільки-небудь широкого визнання і практичного застосування.

У початковий період розвитку потужнострумової техніки видавалася більш зручною передача електричного струму по проводах за допомогою кабельних підземних ЛІНІЙ. Вважали, що підземна проводка убезпечить електричні мережі від механічних пошкоджень і атмосферних перешкод і не буде псувати зовнішнього вигляду міст.

Шухардін С. "Техніка в її історичному розвитку"