Історія розвитку основного високовольтного обладнання. Частина 2

Починаючи з 1880 р робляться спроби прокласти силові кабелі, розраховані на напругу до 200 В. Попередній багаторічний досвід експлуатації телеграфних ліній ліг в основу побудови перших сільноточних кабелів. В якості ізоляції використовували гутаперчу і просочений джут. У 1882 р Т. А. Едісон розробив спеціальну конструкцію кабелю і кабельної муфти для мережі першої центральної електричної станції в Нью-Йорку. У 1884 р у Відні був прокладений кабель з робочою напругою 2 кВ.

В кінці 80-х і початку 90-х років в кабельній техніці відбулися вирішальні зміни завдяки введенню нового виду ізоляційного матеріалу: просоченого паперу замість джуту. Паперова ізоляція дозволила підвищити напругу силових кабелів з 2 до 10 кВ. Для збільшення механічної міцності і герметичності силові кабелі, так само як і кабелі зв'язку, стали покривати свинцевою оболонкою. У 1908 р з'явилися перші трижильні кабелі на напругу 20 кВ з поясною ізоляцією і в'язкою просоченням. Такий кабель був прокладений в Баку (працює до теперішнього часу). У 1910 р в Німеччині між Дессуа і Биттерфельд вперше був прокладений одножильний кабель на напругу 60 кВ. Більш широке поширення силових високовольтних кабелів (на напругу 35 кВ) почалося лише після закінчення першої світової війни.

Кабельна техніка розвивалася в тісній взаємодії з науковими дослідженнями електричного поля. Розробкою теорії електричного кабелю займався російський фізик П. Д. Войнаровський. У 1913 р Хох-штедтер (Німеччина) на основі теоретичних розробок запропонував конструкцію кабелю з екранованими жилами. Екранування жив дозволило в 1918-1919 рр. почати виготовлення трьохжильних кабелів на напруги до 60 кВ. Однак у міру зростання електричних розподільних мереж переважне поширення набули більш дешеві повітряні лінії.

Ізоляція повітряних ліній електропередач спочатку була цілком запозичена у телеграфних ліній. Спочатку це були штирові, скляні або фарфорові дзвоновидні ізолятори. На рубежі 80-90-х років треба було посилення ізоляції: спеціальну виїмку в штирьових ізоляторах заповнювали маслом - так виникли фарфоро-масляні ізолятори. Емпірично була визначена їх найбільш раціональна конструктивна форма - з довгими і тонкими порцеляновими спідницями типу «Дельта» (Німеччина). Цей ізолятор міг бути використаний для напруг 60-70 кВ. Але на початку XX ст. при будівництві високовольтних трас на одне з перших місць знову вийшла проблема лінійної ізоляції. Недостатня механічна і електрична міцність штирьових ізоляторів обмежувала пропускну здатність електропередач. Сприятливий вихід знайшов в 1906 р Хьюлетт: він розробив конструкцію підвісних фарфорових ізоляторів, що дозволило різко збільшити напругу електропередач. У 1908-1912 рр. із застосуванням підвісних ізоляторів були споруджені перші лінії на напругу 110 кВ в США, а пізніше і в Німеччині. Область застосування штирьових ізоляторів, як правило, стала обмежуватися 60 кВ і нижче.

Інше ускладнення на шляху запровадження високих напруг виникло в зв'язку з явищем корони на високовольтних дротах. Коронування супроводжувався значною втратою енергії. Перші спроби експериментально визначити втрати енергії на корону були зроблені американським дослідником Ч. Скоттом в 1898 р в лінії електропередачі напругою 20 кВ. Подальші теоретичні і експериментальні дослідження в 1910-1914 рр. проводили В. Ф. Міткевич в Росії ,. Ф. Пік в Америці, Г. Капп в Англії. Результати цих досліджень показали, що зменшити втрати на корону можна, збільшивши дійсний ,, або «електричний», діаметр проводу. Цей висновок послужив основою для широкого поширення сталеалюмінієвих і алюмінієвих проводів, оскільки при рівній провідності діаметр цих проводів опинявся більше, ніж мідних. Використання алюмінію вперше почали в США на електричній установці Ніагари в кінці 90-х років минулого століття. До 1910 р алюмінієві дроти отримали досить широке поширення.

В кінці першого десятиліття XX ст. стали застосовувати мідні дроти з конопляної основою - провісники порожніх проводів, також використовуються для зменшення втрат на тихий розряд. Висновок про раціональність збільшення діаметра проводів привів В. Ф. Миткевича (1910 р) до ідеї-розщеплених проводів, поширених в сучасних електропередачах надвисоких напруг.

Одночасно зі спорудженням перших електричних установок виникла проблема боротьби з перенапруженнями. Реальну небезпеку представляли перенапруги, індуковані в повітряних проводах при близьких грозових розрядах. Історично першими засобами захисту від атмосферної електрики були пристосування, запозичені з практики грозозахисту будівель і телеграфних ліній зв'язку: заземлення троси, стрижневі громовідводи і забезпечені плавкими вставками телеграфні громовідводи, є прототипом розрядників.

У 90-е-роки з'явилося багато видів грозозахисних апаратів, заснованих на різних принципах дії: водоструминні заземлювачі, поступово знижували перенапруги електростатичного походження; розрядники з іскровим проміжком і примусовим гасінням дуги, котушки самоіндукції, запропоновані англійським фізиком О. Лоджем в якості фільтрів для імпульсних струмів блискавки та ін.

При конструюванні розрядників найбільш складне завдання полягала в надійному гасінні дуги супроводжуючого струму, величина якого стрімко росла разом з підвищенням потужностей електричних станцій. Багато винахідливості і невдалих спроб вчених і інженерів різних країн було пов'язано зі створенням розрядників.

У 1891 р І. Томсон запропонував конструкцію з багаторазовим розривом дуги - принцип, який знайшов повне визнання лише в 20-30-ті роки XX ст. при одночасному використанні в розрядниках токоограничивающих опорів з вентильними властивостями.

Починаючи з 1896 р найпоширенішим видом розрядника стає рогової громовідвід, запропонований німецьким іелектротехніком Е. Олиплегером. До 1900 р він завоював майже повну монополію в мережах напругою до 10 кВ. Завдяки численним удосконаленням рогових розрядників цей тип грозозахисту надовго втримався в європейських мережах напругою до 50-60 кВ. Америка пішла іншим шляхом.

Починаючи з 1907 р там поширилися алюмінієві розрядники, що відповідають вимогам роботи мереж напругою 100- 150 кВ. Розрядник не володів бездоганними характеристиками і надійністю дії і з'явився лише тимчасовою захисною мірою (до початку 20-х років).

Протягом двох перших десятиліть XX ст. не припинялися пошуки інших засобів захисту від перенапруг, в тому числі обстежилася ефективність грозозахисних тросів - теорія тросової захисту була висунута німецьким вченим В. Петерсеном в 1914 р Перевірялися захисні властивості високовольтних конденсаторів і котушок індуктивності. В цілому захист від перенапруг залишалася невирішеною проблемою. Запобігання від прямих ударів блискавки вважалося абсолютно неможливим. Це пояснювалося малої вивченістю блискавки і процесів поширення хвиль перенапруг по дротах, а також швидким моральним старінням захисних засобів, розвиток яких не встигало за стрімким зростанням напруги і потужностей електричних установок. Ситуація погіршувалася тим, що в потужних мережах виявлялися комутаційні перенапруги. Техніка захисту пішла хибним шляхом поєднання в одному апараті функцій захисту від атмосферних і від внутрішніх перенапруг.

Засоби захисту від надструмів також пройшли тривалий шлях розвитку, перш ніж стати спеціальної галуззю - релейного захистом. Запобігання від струмів коротких замикань спочатку було досить примітивним. До кінця 90-х років XIX ст. практично єдиним засобом захисту електрообладнання від надмірно великих струмів були плавкі запобіжники. Це були надійні пристрої, що застосовувалися на напрузі до 6 кВ. Однак плавкі запобіжники не могли забезпечити селективного відключення пошкоджених ділянок мережі, а також впоратися з перериванням великих струмів в потужних мережах, обмежуючи тим самим зростання потужності електричних установок.

На зміну плавких запобіжників прийшли реле. Ще в 90-х роках стали застосовувати спочатку максимальні автоматичні вимикачі, а потім максимальні електромагнітні реле, які налаштовували на певні значення струму. Перевищення встановленого струму при аваріях викликали спрацьовування реле, що подає сигнал на відключення пошкодженої ділянки.

Захист удосконалювалася. На початку 900-х років з'явилося кілька типів реле: струмові, напруги, напрямки потужності. Але поки питання правильного узгодження значень струму, напруги та витягів часу були мало вивчені і їм не надавалося ще потрібного значення, відбувалися часті неселективні спрацьовування.

У першому і на початку другого десятиліття XX в. зародилися нові напрями релейного захисту: пристрої, засновані на застосуванні нелінійних елементів електричних ланцюгів, і перш за все насичених сталей. Так, в 1911 р в Америці були застосовані бистронасищающіеся трансформатори, які змінюють відповідним чином час спрацьовування реле.

Шухардін С. "Техніка в її історичному розвитку"