© © ©
I I 1
I /сеяц.ая |£секция
ЗсЫи,и.~
Рисунок 5.
что является недостатком схемы А. При коротком замыкании на одной секции напряжение на других, отделенных от места повреждения реакторами, не упадет до нуля, а будет несколько снижено до тех пор, пока выключатель, включенный последовательно с реактором, не произведет отключения больпри выпадении одного из генераторов питание этой секции берут на себя в равной доле все генераторы через два реактора, работая в идентичных условиях, результатом чего будет одинаковое напряжение на всех секциях, кроме больной.
Недостатком схемы звезды является
Рисунок 6.
ной секции. Это действие реактора мы; поясним несколько ниже.
Отмеченные недостатки схемы А особенно резко выступают в эксплуатации, когда число секций будет больше трех. В таком случае лучше перейти к схеме В или С, вообще говоря равнозначущим по своим достоинствам. Схема В (кольцо) обладат большими преимуществами перед схемой А в смысле надежности питания любой секции от соседних с меньшей
j необходимость в особой шине, на которую включаются концы всех реакторов. Действие реактора в смысле его благоприятного влияния на поддержание напряжения на здоровых секциях можно проследить на рисунке 6, представляющем часть прямой или кольцевой системы. Допустим, что у нас на 2-ой секции в точке К произошло короткое замыкание. Генератор 2, снабженный автоматическим выключателем, по-истечении времени выдержки релеотключится. Питание точки К генераторами 1 я 3 происходило через реакторы, то есть уменьшенными по сравнении с генератором 2 токами. Напряжение на 1 и 3 секциях от нормального нор. упало до Пост., но не спустилось до нуля, так как главное падение, как видно из. чертежа, происходит в реакторах. Это остающееся напряжение может быть подсчитано по формуле:
Хрост. v нор. Х2 4- ’
где Хр и Х2 соответственно обозначают реактивные сопротивления реактора и генератора секции (если последних на секцию несколько, то надо взять их общее, результирующее сопротивление).
Пропускная- способность реакторов при прямолинейной кольцевой системе берется 75°/0, а при звезде—100% мощности одного генератора и при индуктивности реактора равной до 10%; это значит, что при прохождении соответственного тока, принятого за нормаль-I X
ный, отношение -100 =Х% будет
U нор.
равно 10%. Здесь UROp обозначает нормальное фазовое напряжение установки.
Районные электрические станции в зависимости от того, снабжают ли они энергией отдаленные или близлежа-
В отличается тем, что станция оборудована 3-хобмоточными трансформаторами и одновременно может отпускать энергию напряжением 110 кв и 38 кв, причем первым снабжаются отдаленные, а вторым близлежащие потребители. Наконец, схема G дает иное решение той же задачи. Каждая система напряжений имеет отдельные блоки (генератор, трансформатор), а для взаимного резервирования устанавливается генератор с трехоэмоточным трансформатором или особый трансформатор связи, который, в виду того, что направление энергии может меняться и он работает как понижающий и повышающий (реверсирование), берется регулируемым.
Иногда районные станции, находящиеся в центре потребления и снабжающие отдаленных потребителей, могут коммутироваться по схеме,позволяющей одновременно или разновременно работать как на генераторном напряжении, так и через трансформатор (рисунок 8).
Схема рисунок 8 А изображает обычно применяемое устройство для подобного рода станций. При этом необходимо иметь в виду, что общая мощность параллельно работающих на генераторном напряжении машин не должна быть больше при 6.000 в 25.000 квт, а при 10.500—50.000 квт, по причинам,
щиб центры потребления, могут иметь несколько принципиальных схем, обобщенных на рисунке 7. Схема А представляет собой принципиально выдержанное устройство, по которому генератор и трансформатор представляют единое целое, то есть рассматриваются и включаются как единица, как блок. Схемаизложенным выше. Каждый генератор может работать на шины местных фидеров или на линии электропередачи, или на те и другие вместе. Схема рисунок 8 В в своей правой части представляет обычную станцию, снабженную двойной системой полос на генераторном напряжении, от которых питаются .местные фидера. Повысительные для линий передач трансформаторы рассматриваются как подобные лее фидера. Эта система применима тогда, когда мощность каждого генератора больше
Линии передачи.
Рисунок 8А.
потребления линиями высокого напряжения. Если же мощность, потребляемая трансформатором, с течением
времени возрастает и начинает близко подходить к мощности генератора, то устраивают перемычку, замыкая разъединитель К и отключая выключатель И с соответствующими разъединителями. Тогда генератор и левый трансформатор будут работать как единица, как блок, а правая часть питать местные фидера. Междушинный выключатель А может быть применен как резервный для любого из выключателей, для чего следует замкнуть его оба разъединителя, а ответвление (фидер или трансформатор) перевести на другую систему шин. Допустим, мы работаем на верхней системе шин и испортился фидерный выключатель В. Включая выключатель А, мы при заложенных его разъединителях даем напряжение на нижнюю систему шин. Закладывая разъединитель 2 и отключая 1, мы фидер перевели на питание с нижних шик, после чего можно отключить выключатель А. Если после осмотра оказалось, что выключатель В испорчен и непригоден к работе, то на нем делают перемычку (смотрите пунктир) и продолжают работать через выключатель А. Так. обр., шинный соединительный выключатель А является необходимой принадлежностью при двойной системе шин, применяемой всегда на ответственных станциях. Для уменьшения сечения сети и облегчения аппаратуры у потребителей при мощных генераторах на каждом фидере ставят реактор подходящей реактивности (порядка от 3 до 10%).
К числу ответственных потребителей всякой электрической станции относятся приводные механизмы самой станции, объединяемые под названием „собственные нужды“. Для их удовлетворения применяются различные схемы снабжения. Наиболее распространенной является схема питания от главных собирательных шин непосредственно или через понизительный трансформатор. В целях исключения влияния неисправностей в системе собственного расхода на главную установку и обратно, применяют отдельные турбогенераторы, так называемые домашние, от которых совершенно изолированно питаются собственные нужды. Однако, домашняя турбина, имея мощность до 10 °/о главных, является менее экономичной в работе, и производство ей одного квтчаса обходится дороже получаемого от главных шин. Иногда, в целях разделения всей установки на отдельные части, независимые от неисправностей в других, применяют особые домашние генераторы, сидящиена валу с главными и снабжающие энергией двигатели всех вспомогательных механизмов, принадлежащих только к соответствующей части установки. Котел (или группа в несколько котлов), турбо-генератор, трансформатор и линии являются составными элементами одной части станции, т. н. блоком, собственные нужды которого и обслуживаются этим домашним генератором. Современная тенденция применения для приводов собственных нужд коротко замкнутых асинхронных двигателей больших мощностей (порядка 1.000 квт) обусловливает предпочтение системе питания от главных шин.
Выбор той или иной схемы электрического соединения на станции зависит от ее мощности и назначения, местонахождения приемников и соотношения мощностей, подаваемых при различных напряжениях. Коммутационная схема каждой станции должна обеспечить наиболее целесообразную связь основных ее элементов, облегчить эксплоата-ционные переключения и обеспечить надежность манипулирования при нормальных условиях и при аварии. Кроме того, установка, построенная по данной электрической схеме, должна быть технически совершенной и рентабельной в нормальной эксплуатации.
2. Выбор аппаратуры на электрических установках производится, принимая во внимание величину нормального напряжения, нормальную силу тока, характеризующие нормальный режим работы и значения токов короткого замыкания и возможных перенапряжений для ненормального или аварийного режима установки. Ниже мы приведем ряд соображений, связанных с выбором некоторых наиболее важных элементов оборудования.
Наиболее простой аппарат—выключатель, служащий для разрыва цепи под током, в том или ином виде известен всякому. Детали устройства его зависят от величины силы тока и напряжения, то есть разрываемой мощности. Основное требование к контактам выключателя заключается в том, чтобы они при прохождении нормального тока не перегревались выше 50° сверх окружающей среды. Температура перегрева зависит от величины переходного сопротивления между контактами, которое может быть приближенно выражено формулой:
где К — постоянная, зависящая от материала и обработки контактов, F— поверхность соприкосновения, р—давление в килограммах1см и Р-общее давление в килограммах. Конечно, этот закон справедлив только в известных пределах; для щеточных контактов, например, до тех пор, пока каждая пластина прижата всей своей поверхностью соприкосновения. Если далее увеличивать давление, то угол наклона каждой пластины и всей щетки уменьшается, и поверхность соприкосновения также уменьшается. Хотя произведение из поверхности на давление остается постоянным, но переходное сопротивление возрастает. Так как стечением бремени контакты всегда окисляются, то при расчете переходного сопротивления и возможного падения в них напряжения, а значит и температуры, рекомендуется для надежности в расчет вводить трехкратную величину значений для коэффициента К, даваемых обычно в таблицах.
Плотность тока в выключателе, кроме переходного сопротивления,зависит от условий и поверхности охлаждения, величины выключателя и прочие и колеблется в широких пределах от 0,1 до 0,2 А!мм
Рубящие выключатели строятся до 400 А, щеточные же до сил токов в 10.000 А. При наличии воздушного выключателя защита установки от перегрузки и токов короткого замыкания осуществляется помощью предохранителя, состоящего из конструкции, поддерживающей плавкую вставку и позволяющей легко заменять последнюю при ее перегорании. Широко известный предохранитель на цоколе из шифера или мрамора и предохранитель е проходными болтами для крепления на распределительной доске установки употребляются наиболее часто.
Подобные конструкции, употребля-ыые для сил тока порядка до 4.000 А, монтируются за распределительными досками, так как при сгорании вставки материал последней (свинец, сплаволова и свинца) частью образует газообразные продукты, частью же разбрызгивается и может явиться причиной несчастья с обслуживающим персоналом. Исключение составляет вставка из серебра, при сгорании не выделяющая почти совсем газов, закапчивающих окружающие аппараты распределительного устройства. Смена сгоревшей вставки производится помощью гаечного ключа, причем схему соединения установки необходимо так осуществлять, чтобы эта работа не была бы производима под напряжением. Если хотят смену вставки выполнять более удобно, то останавливаются (для рабочих токов до 1.000 А) на конструкции рубящих предохранителей. Предохранители с плавкими вставками употребляются для напряжений до 750 вольт.
Сила тока, плавящая предохранитель, определяется по формуле Приса
1~ а у d3,
где d—диаметр проволоки в миллиметров, а а— для меди равно 80, для свинца -10,8, для олова —12,8 и сплава 2 частей свинца и 1 части олова—10. Наиболее легкоплавкими материалами являются олово и свинец. Последний наиболее дешев и легче поддается обработке. Наиболее совершенным предохранителем является серебряный, но он дорог и употребляется только в ответственных установках. Самыми распространенными вставками являются свинцовые и состоящие из сплава 2 частей свинца и одной части олова или 60% свинца и 40% олова (вставка Эдисона).
Падение напряжения на предохранителе не должно быть при прохождении нормального тока выше десятых долей вольта.
Недостаток защиты установки помощью предохранителей заключается в том, что при быстром сгорании их они являются причиной перенапряжения. Особенно это заметно в установках постоянного тока. При включении нескольких предохранителей последовательно нет уверенности, что сгорит ближайший к месту короткого замыкания, так как предохранитель имеет зависимую характеристику, то есть время его сгорания зависит от силы тока,
переходя при больших значениях последнего в мгновенные. Предохранитель выбирается с таким расчетом, чтобы при токе, превышающем нормальный на 100%, он расплавлялся бы в течение одной минуты. В ответственных установках постоянного тока их заменяют поэтому автоматическими, а в установках переменного—низкого напряжения очень часто, а высокого всегда—масляными выключателями.
Наиболее часто встречаются на станциях автоматические выключатели: а) максимальные и Ь) минимальные, включаемые в рассечку проводов. Как показывает само название, одни действуют при достижении верхнего, а другие—низшего пределадопустимойи возможной по условиям эксплуатации силы тока. На рисунке 9 даны наиболее
простые конструкции подобных автоматов. Максимальный выключатель (слева) обладает катушкой „Мах“, через которую протекает рабочий ток. Если сила последнего превзойдет наперед заданные пределы, то находящийся сверху катушки якорек притянется, освободит защелку, и выключатель под действием груза G и нижней пружины будет выключен. Установка тока выключения производится натяжением пружинки, соединенной с якорьком. Справа дан минимальный автоматический выключатель, который прервет цепь рабочего тока, если величина последнего упадет ниже наперед установленного предела. В этом случае сила тока, обтекающего катушку „Min“,
будет недостаточна, чтобы удержать якорь, укрепленный на ручке автомата, и он под давлением груза и нижней пружины будет выключен. Установка тока выключения производится изменением величины груза G и натяжением нижней пружины. Минимальный автомат силы тока ставится для защиты параллельно работающих источников постоянного тока от обратного тока, то есть для исключения возможности перехода электрической машины от работы генератором к работе двигателем, что особенно опасно при поршневых первичных двигателях.
Максимальный автомат для больших сил тока схематически представлен|
Рисунок 10.
на рисунке 10. Рабочий ток протекает через электромагнит 8, воздействующий на рычаг h, который при своем отклонении вниз освобождает защелку Р и выключает щеточные контакты в автомате, пользуясь натяжением пружины F. Кроме основных подвижных щеточных контактов и неподвижных главных % и а2, существуют вспомогательные контакты: подвижной с и неподвижные и составляющие в совокупности т. н. искрогаеительное приспособление. Последнее включено параллельно основным контактам и действует при выключении, несколько запаздывая от главных. Тогда дуга размыкания образуется на вспомогательных контактах, которые при частом выключении больших токов сильно обгорают и потому делаются из меди или угля легко сменяющейся конструкции. Регулируя натяжение пружины f, мы производим установку тока выключения. Воздействием рукой вниз на ручку G мы можем выключить автомат по своему желанию. Последовательно с вспомогательными контактами включаются две катушки электромагнита т, и т2, осуществляющего магнитное гашение дуги, используя для этого принцип электромотора постоянного тока. Известно, что если мы имеем проводник с током, то при наличии магнитного поля мы будем иметь движение проводника по правилу трех пальцев левой руки.
На рисунке 11 изображена в несколько ином виде верхняя часть максимального автоматического выключателя с рабочими контактами с и с (не-подвиж-
Рисунок 11.
ными) и d (подвижным) и вспомогательными Ь и b (неподвижными) и d (подвижным). Здесь же имеются два электромагнита к я к, осуществляющих магнитное гашение. Если созданное ими поле имеет направление за чертеж, а ток дуги—слева направо, тогда механическое воздействие на дугу (аналогично проводнику с током) будет направлено вверх, выдувая последнюю, то есть гася ее.
При очень больших силахтока(4.000А) и высоких напряжениях (1.200 в) место гашения дуги разделяется изолирующими огнеупорными плоскостями на несколько малых дуг, облегчая тем их магнитное гашение. Установка тока выключения в автоматических выключателях производится от 50 до 150°/, от нормального.
В установках переменного тока низкого напряжения возможна также для защиты их от перегрузки и короткого
Рио. 12.
замыкания установка воздушных ав-тематических выключателей. Предпочтительней, однако, по удобству обслуживания и надежности в работе на станциях переменного тока от 525 вольт и выше устанавливать масляный автоматический выключатель, представляющий собой обычный выключатель, опущенный в масло (рисунок 12). При расхождении контактов, масляного выключателя между ними при разрыве цепи под током появляется дуга, разлагающая и испаряющая масло и протекающая таким образом в газовой среде. Давление последней повышается и заставляет кожух изгибаться, ставя тем требование к достаточной механической прочности последнего. Над контактами должна быть достаточная высота масла, чтобы газы, уходя вверх, успели остыть; иначе они, соединяясь с воздухом, могут явиться; причиной взрыва масляника. Разрыв переменного тока происходит в современных конструкцияхнаделено в течение, примерно, -
0,03 сек. Однако, этого времени _
достаточно, чтобы образоватьвнутри большое количество газа, -
об отводе которого необходимо также позаботиться. В настоящее время в связи с имевшими место взрывами масляных выключателей начали применять всевозможные усовершенствования в конструкции; масляное дутье, деионные решетки и различные безмасляные выключатели — деион, со сжатым газом и с расширением паров жидких смесей. Все они, хотя и стоят дороже масляных выключателей, но обладают высокоценным свойством, надежной работы без риска взрыва. Чтобы сделать масляный выключатель автоматом, применяют так называемым реле, то есть особые аппараты, замыкающие контакты а и Ь вспомогательной цепи постоянного тока, в которую введена выключающая катушка
if масляного выключателя В согласно схеме (рисунок 13). Если в сети будет перегрузка, то через обмотку максимального реле МР пройдет ток выше нормального, якорек максимального реле втянется и замкнет контакты а и Ь, то есть постоянный ток обтечет выключающую катушку М, которая подействует на защелку или иное приспособление, удерживающее масляный выключатель во включенном состоянии, и под влиянием напряжения пружины F масляный выключатель будет выключен.
Величина тока выключения устанавливается в различных реле различными способами; помощью пружин, грузов и так далее Подобные реле можно выполнять также с установкой на время, если по условиям эксплуатации необходимо осуществить не мгновенное выключение, а с выдержкой времени. В настоящее время имеется целый ряд всевозможных реле, помощью которых обеспечивается надежность работы всех элементов установки и которые имеют своей основной задачей сообщить станции автоматичность и селективность защиты, гарантирующейгкм
шх>-
L
МР
~5~gl
МР
L
Рпе. 13.
отключение со всех сторон питания дефектного участка.
Реле бывают для защиты от: 1) перегрузки, 2) замыкания на корпус в генераторе, 3) замыкания между витками отдельных фаз или витков одной из фаз, 4) повышения или понижения напряжения и т. д„ причем управляющим является сила тока, напряжение установки, напряжение смещения нулевой точки, мощность и ее направление, сопротивление полное (импеданц) и индуктивное, разность и сумма токов и так далее В каждом отдельном случае как характер защиты, так ее установка по времени и чувствительность должны быть предметом подробного обдумывания, так как неосторожность или непродуманная поспешность в деле установления защиты может быть причиной тяжелых повреждений и аварий при эксплуатации.
Для реле, счетчиков, ваттметров и прочих измерительных приборов при переменном токе с напряжением выше 525 вольт необходимым является применять не шунты, а трансформаторы тока, включаемые в рассечку проводов. Трансформатор тока представляет собой замкнутый железный сердечник (во избежание больших токов Фуко набранный из листового железа), на котором намотаны две обмотки: первичная, обтекаемая рабочим током, с малым числом витков, и вторичная— с большим числом витков, причем таким, чтобы в ней проходило при полной нагрузке первичной обмотки пять ампер, реже 1 или 10 амп. Таким образом отношение числа витков вторичной и первичной обмоток будет равно отношению пяти к величине нормального тока установки. Для безопасности обслуживающего персонала необходимо заземлять один конец вторичной обмотки трансформатора тока.
Общий вид трансформаторов тока на 500 — 1.000 А показан на рисунке 14.
Рисунок 14.
Значение в 5 А во вторичной обмотке взято для возможности точных измерений приборами на 5 А и 110 в Поэтому добавочные сопротивления для обмоток напряжения киловаттметра,
счетчика и вольтметра выполняются с тем расчетом, чтобы на зажимах прибора было всегда 110 в На станциях с напряжением 525 в и выше ставят для понижения напряжения в измерительных приборах до 110 в особые понизительные измерительные трансформаторы напряжения.
Как было указано ранее для автоматического выключения, включения на расстоянии необходимо иметь источник постоянного тока, независимого от напряжения установки. В качестве последнего употребляются аккумуляторные батареи или гальванические элементы напряжением от 110 до 240 в.
Для сбора и распределения электрической энергии на электрических станциях малой мощности устраиваются особые полосы, именуемые часто шинами. Они выполняются обычно из меди, алюминия и редко железа. Величина их сечения определяется, исходя из соображения допустимого нагревания сверх окружающей среды, но не выше 40°С. Имея величину установленной мощности на
станции и вычисляя возможную наибольшую силу тока установки, мы по существующим для этого таблицам определяем сечение шин, при котором перегрев их не будет выше допустимого. Если получается несколько полос, то расстояние между ними помощью деревянных или медных прокладок на опорном изоляторе делается обычно равным толщине каждой полосы. Крепление шин производится на особых опорных изоляторах, снабженных сверху так называемыми шино-дер жителями, некоторые конструкции которых показаны на рисунке 15. Необходимо стремиться к тому, чтобы крепление шин было надежно, так как прикоротком замыкании получаются большие электродинамические усилия между шинами, вызванные прохождением больших токов. Расстояние между шинами, так же как и между токоведущими неизолированными частями, выбирается в соответствии с напряжением установки.
Высоковольтные масляные выключатели выбираются по: 1) номинальному напряжению, 2) номинальной силе тока, 3) предельной выключаемой мощности при данном напряжении (или предельному выключаемому току при том же напряжении), 4) односекундному току (эффективному), 5) пятиеекундному току (эффективному) и 6) по амплитуде скачка тока короткого замыкания {электродинамическая устойчивость). Первые два показателя пояснения не требуют. Предельной выключаемой мощностью при данном напряжении называется произведение из предельной выключаемой силы тока на напряжение и на ]/з.
Односекундный ток дан в амперах для указания того, что масляные выключатели не должны подвергаться действию тока короткого замыкания, максимальное эффективное значение которого превышает данные, приведенные в каталогах в графе „односекундные токи“. Так. обр. величина допустимого эффективногозначенпя скачка тока короткого замыкания не должна превышать величину „односекундного тока“. Пятисекундный ток, определяющий термическую устойчивость масляного выключателя, нужен для того, чтобы иметь уверенность в надежной работе выключателя после того, как через него в течение / сек. будет проходить какой-то токП, выделяющий определенное количество тепла. При подсчете допустимых величин токов в течение f сек величину тока, указанную в данном столбце (каталог ВЭТ), надлежит разделить на квадратный корень из отношения времени / к 5 секундам, то есть
Возвысив обе части этого равенства в квадрат, будем иметь Pt /=/2кат 5,
то есть количество теплоты, выделяемое током каталога в течение пяти секунд (являющееся предельно допустимым для термической устойчивости масляника), не должно быть больше того количества теплоты, которое выделит ток U, протекая /се к.
В конкретной обстановке данной станции мы имеем установившийся ток короткого замыкания, определенный тем или иным образом (смотрите М. Ф. Поярков, „Электрооборудование ДЭС“). Для определения температуры перегрева токоведущих частей при прохождении тока короткого замыкания имеем для кабеля формулу:
//коп. екач ~
1,8 /уст J
0,6 +
t 0,0063.
Ее можно несколько преобразовать:
t +
//к р. ск V
У 1,8 /уст J
0,6
1 /Ire т -
ИЛИ 0°=157 v ) (< + Af), где At =
/кор. ск
= 1,8 /уст0’6-
Здесь /—выдержка времени реле, а At определяется характером спада кривой тока короткого замыкания в зависимости от времени. Значения /+Д/=/ и It ——/уст, будучи подставлены в формулу для проверки термической устойчивости масляника, определят величину /катал, которая должна быть равна или меньше значений, указанных в графе каталога „пятисекундный ток“. Несколько более точно, но сложнее, эту максимальную пятисекундную величину тока, эквивалентного по своим термическим последствиям действительно протекающему через масляник току /уст в течение /+Д/=/ секунд, можно определить методом Бирманса, пользуясь построенными им кривыми.
Термическое действие тока короткого замыкания, не остающегося постоянным в течение всего времени переходного режима подсчитать, вообще говоря, без ряда допущений черезвычайно затруднительно. Однако, смысл всех приемов определения этого действия заключается в том, что действительное время протекания тока короткого замыкания от его начала до включения заменяется действием постоянной величины установившегося тока короткого замыкания, но длительностью V — 7-f А7сек, называемой .фиктивным временем“ (зависящим от отношения
/кор. ск
Гв/уст’ в течение которого этот установившийся ток выделит то самое количество теплоты, которое за время длительности короткого 7 выделит действительный ток, изменяющийся по своей величине с течением времени. Бирмане построил кривые, изображенные на рисунке 16, которые по действительной выдержке времени реле 7 дают значение „фиктивного времени“ V для трех и двухплюсного короткого замыкания в зависимости от отношения
1а /кор. скач. эфект.
-, где /о=, О -, a Is =/;
1,8
установ-
Например. Пусть новку, в которой- =
мы имеем уста-
/кор. ск. эф.
= 3, вреследнего /кат=/уст
tp
- секунд. 16,0 8.0
14.0 7.0
120 6.0
..,Х “секунд.
to 0.1 01 03 0.4 0.SQ6 07 08 09 10 1.1 12 О 1.4 1.5 1.6 17 1.8 1.9 20 д/Зсраьн
> О 02 О4 06 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 20 2.2 2.4 2.6 28 30 6.2 3.4 3.63.9 4О djl и 2 х-Обозначения „ С -действительное вре/чн кор. замы к &аш,t (р- фиктивное - “ -
йЛ _ кратность тока мгиовеин.кустановившем, и У
Рисунок 16.
При пользовании этими кривыми необходимо только помнить, что они даны для времени неустановившегося режима, равного обычно 2 сек. Если, например, заданная выдержка времени 7=3,5 сек., то фиктивное время находится для 2 сек. и к полученной величине прибавляется 3,5—2=1,5. Найденная общая длительность V и является величиной полного времени действия установившегося тока короткого замыкания, которую и вставляют в формулу 2 2 Iуст V=/катал. 5.
1,8 /устмя выдержки реле пусть будет 7=3,5 сек. По кривой для 3 (цифра справа) находим соответствующее 2 сек. фиктивное время 7=5,3 сек. (для трехполюсного). Тогда полное время 7=5,3-(-+ (3,5—2)=6,8 сек. Подставляя его в вышеприведенную формулу для пятисекундного тока,определяем величину по-
6£.
Для проверки выбранного масляника на динамическую устойчивость необ-димо найти амплитуду скачка тока короткого замыкания, которая определяется величиной односекундного тока (эффективное значение скачка тока короткого замыкания) на некоторый постоянный коэффициент, учитывающий разницу между эффективным значением данной периодической кривой и ее амплитудой. Для синусоидальных кривых этот коэффициент равен, как известно, ]/2. Так как кривая тока короткого замыкания в первые доли секунды не синусоида, то значение этого коэффициента мжно определить следующим образом. Ток короткого замыкания в его неустановившемся режиме может быть приближенно заменен двумя токами — периодической или переменной составляющей и составляющей постоянного знака. Можно положить, что амплитуда переменной составляющей будет равна / =уг2 /эф. перем., как это имеет место при синусоиде. Эффективное значение полного тока короткого замыкания будет равно
=v
2. 2 ./пост + /»ф-
перем
Для самого неблагоприятного момента включения, когда значение постоянной составляющей будет наибольшее, величина ее будет равна величине амплитуды переменной составляющей, и тогда
/пол=Г (1У 2 )2 + эф=1,73 /эф.
пер. пер. порем.
Согласно опытам Рюденберга, величина амплитуды скачка тока короткого замыканиябудетравна/ск=1,8(/2 -1эф,
т пер.
так как предполагается, что постоянная составляющая в течение первой полуволны тока короткого замыкания, когда обе они складываются, претерпит некоторое уменьшение. Беря отношение амплитуды к эффективному значению скачка тока короткого замыкания, мы получим значение этого коэффициента:
1,8 -J/T /эф
ТГ деР
1,73 /эфпер
=1,47.
Американцы считают, что постоянная составляющая в течение первой полуволны тока короткого замыкания не уменьшается и остается равной амплитуде переменной составляющей. Тогда этот коэффициент будет равен:
К=
/с к т
/ск.эф
2-J/2 -/эф пер
1,73 -/эфпер
= 1,63.
Так как за односекундный ток, даваемый каталогом ВЭТ, взято эффективное значение тока короткого замыкания и масляники в СССР делаются по американским конструкциям, то для получения величины тока, определяющего динамическую устойчивость выключателя, необходимо данные для односекундного тока помножить на 1,63. Так. обр., эффективное значение скачка тока короткого замыкания, существующее в данной установке, меньшее, чем данный масляник имеет по каталогу, гарантирует установку в тог, что при коротком замыкании масляник будет в должной мере обладать электродинамической устойчивостью.
Измерительные трансформаторы тока выбираются в зависимости от: 1) классаточности, 2) нормального тока, 3) мощности, 4) термической устойчивости,
5) динамической устойчивости и 6) нормального напряжения первичного тока.
В зависимости от того, какие приборы включены на вторичную обмотку трансформатора тока, то есть требуют они точного показания или нет (к первым относятся измерительные приборы и счетчики, а ко вторым — различного рода реле), выбирается класс точности, к которому должен принадлежать трансформатор. Мощность последнего определяется классом точности и сопротивлением вторичной цепи. Это сопротивление, как состоящее из сопротивления последовательных обмоток включенных проводов (включая переходное сопротивление контактов) может быть легко определено, ибо заводы, изготовляющие приборы, дают сопротивления последних. Сопротивление проводов может быть определено по их длине и сечению, а всех контактов— ориентировочно принимается равным 0,1 ома.
Термическая устойчивость трансформатора тока определяется как способность трансформатора выдерживать без повреждений нагревы, вызываемые током короткого замыкания”. Согласно предыдущему (смотрите выбор масляника) мы имеем l)t’= 5. Если взять величину односекундного тока, то мы будем иметь I2tt =i{ 1, или IyCTf=l 1.
Отсюда легко определить величину односекундного тока и по нем найти термическую кратность по отношению нормального тока. Изготовляемые ВЭТ трансформаторы имеют 85-кратную или иную данную величину.
„ Динамической устойчивостью трансформатора тока называют способность противостоять механическим усилиям, развивающимся при коротких замыканиях”. Динамическая кратность будет поэтому называться отношением амплитуды начальной полуволны к амплитуде нормального тока, то есть
18 У 2 1эф
jr ’ г хиер.
V 2 Хлор.
Величина этого отношения не должна выходить из пределов, указанных в., каталоге.
При выборе трансформаторов тока на подстанциях, питаемых от больших объединений, вопрос о проверке их на динамическую и термическую устойчивость приобретает актуальное значение. Поэтому для маломощных фидеров приходится трансформаторы тока иногда ставить на большую, чем нормальная, силу тока (тогда кратность понижается), и точность защиты тем уменьшается. Последняя работает только при коротких замыканиях, но не при перегрузках. Моясно было бы пойти по пути уменьшения вторичного тока, но это связано с изменением конструкции трансформатора, что с точки зренияааиолимЕиняп СХЕМА коммутации
Зуевскойгоеудввеi встаи рпиоппов электрической с тяниии
Коссипоа
Токоведущие части выбираются по нормальному току и проверяются по термическому и динамическому действию тока короткого замыкания.
Остальные аппараты распределительного устройства подстанции выбираются по нормальному току, нормальному» напряжению, величинам скачка и установившегося тока короткого замыкания, а также по соображениям координации изоляции всей установки.
Выбор изоляторов на станциях производится по нормальному напряжению, напряжению перекрытия и по механическому усилию, которое прихо-
Рио. 17.
стандартности в их изготовлении едва ли молено считать рациональным. Поэтому для защиты от перегрузки фидеров, снабженных реакторами, часто ставят еще добавочные трансформаторы тока после реактора (первые должны стоять до реактора, чтобы отключать фидер при коротком замыкании в самом реакторе), так как там имеются уменьшенные значения кратностей.
При защите трансформатора часто реле перегрузки включают на низковольтной стороне, но заставляют его действовать на масляник стороны низшего напряжения.
дится на каждый из них при коротком замыкании от электродинамического действия амплитуды начального скачка тока. При параллельном размещении шин, с расстоянием между ними в а сайт., усилие на каждый погонный метр длины определяется по формуле:
2,04 (1,8 У 2 -1эф )·
Р =-кг/метр.
а 106 1 1
В заключение для ориентировки в электрических схемах и для примера выполнения мы приведем однолинейную схему Зуевской районной электрической станции (рисунок 17), на которойустановлено три турбогенератора по 50.000 квт. с напряжением 10,5 кв. по схеме генератор - трансформатор — одно целое, или блок. Так как питать энергией необходимо приемники, находящиеся на различных расстояниях, то установлены трехобмоточные трансформаторы 10,5 — 38/115 кв. Шины как второго, так и третьего напряжения взяты двойными. Для питания собственного расхода каждого генератора до повысительного трансформатора предусмотрена отпайка на регулируемый под нагрузкой трансформатор мощностью 7.500 ква, работающий с напряжением 3,5 кв. на соответствующую сборку, выполненную по способу броневого распределительного устройства и питающую соответстствующие приводы для данного блока.
В случае порчи одного из трансформаторов собственного расхода имеется резервный той же мощности, включенный на напряжение 38 кв. и через перемычки на верхних шинах сборки броне-устройетва питающий двигатели любого блока.
Для обслулсивания реле, сигналов, управления на расстояние, аварийного освещения и прочие предусмотрена емкостная аккумуляторная батарея.
Отходящие линии 115 кв. защищены дистанционными реле (БД),радиальные же линии 38 кв. — максимальными (MR), трансформаторы максимальными (MR), дифференциальными реле (DR) и газовым реле Бухгольца (Bh R), а генератор (от перегрузки) — максимальными (MR), включенными ближе к нулю. От замыкания между фазами предохраняет дифференциальное реле (DR), а от заземления (замыкания нй корпус) — реле заземления (ER). Для поддержания напряжения установлен на каждом генераторе автоматический регулятор Тиррилля. Для включения генераторов на параллельную работу предусмотрены две колонки синхронизации, питаемых от трансформаторов напряжения одной из систем шин 115 и 38 кв.
Защита отходящих фидеров с бронесборок собственного расхода произведена максимальным реле, установленным на двух фазах.
Для производства измерений всех электрических величин и контроля изоляции предусмотрены соответствующие приборы, включенные через трансформаторы тока и напряжения.
Литература: Ж. Ф. Поярков. „Центральные электрические станции“; /. G. Tarboux, „Electric Power Equipment“; L. W. Morrow, „Electric Power Stations“; L. Vellard, „Stations centrales et sous-stations“; I. Waltjen, „Schaltanlagen fiir Drestrom-braftverke- Jf. Поярков.
VIII. Передача электрической энергии. Для передачи электрической энергии на расстояние (ср. XXXI, прил. к стб. 487/88) применяется напряжение, величина которого должна соответствовать, во избежание черезмерных потерь, передаваемой мощности и расстоянию. Вообще говоря, с увеличением дальности электропередачи должно увеличиваться напряжение, но при повышении напряжения капитальные затраты тоже повышаются и становятся экономически целесообразными только при мощности не ниже определенной величины. В табл. I показаны ориентировочные величины расстояния и мощности для различных напряжений по линиям заданного сечения (при медных проводах).
Таблица I.
Пределы передачи электроэнергии при различномнапряжении.
|
Напряжение в киловольтах | |
Число линий, число проводов и поперечное сечение. | |
Расстояние | |
Мощность | |
|
60 | |
2ХЗХ 120 и! | |
100 км. | |
48 мегаватт | |
|
110 | |
2×3×120 миллиметров“ | |
200 „ | |
81 „ | |
|
200 | |
2×S×210 миллиметров“ | |
400 „ | |
280 „ | |
|
220 | |
2×з х 400 ММ9 | |
600 „ | |
360 „ | |
|
380 | |
2XSX 400 ММ | |
800 „ | |
800 „ | |
В качестве иллюстрации к таблице может служить показанный на рисунке 1 проект схемы высоковольтной передачи, соединяющей норвежские гидростанции с баварскими, хотя эта схема в условиях капиталистического хозяйства и не будет осуществлена. В СССР самая длинная линия электропередачи напряжением в 220 киловольт построена к началу 2-й пятилетки как линия, соединяющая Свирскую гидростанцию с Ленинградом (242 км).
Система передачи электрической энергии состоит из повыситЬльной подстанции, на которой напряжение доводится до требуемой величины,
одной или нескольких параллельных линий электропередач и понизительной подстанции. Если по пути следования высоковольтной линии передачи является необходимым сделать ответвление для передачи части мощности в ту или другую сторону без изменения передаваемого напряжения, то в соответствующих местах устраиваются переключательные пункты. Как правило, на магистральных линиях передач избегают устройства таких переключательных пунктов.
Рисунок 1. Проект соединения электростанций Средней Европы в единую сеть электропередач. Передачу энергии через море между Лааланд и Фемари (120 км) предполагается осуществить кабелем 100 кв. В Лааланд и Фемарн намечены подстанции 380/110 кв.
Для возможности передачи больших мощностей на более далекие растоя-ния часто по пути следования линии передачи устанавливаются синхронные компенсаторы ) (смотрите электротехника-электромашины), задачей которых является компенсировать индуктивные токи и связанное с ними индуктивное падение напряжения. Теоретически рассуждая, путем дифференциальной компенсации вдоль линии передачи можно выравнять напряжения по всему пути линии передачи, причем могут быть заданы весьма
) У нас применяется для этих машин и английский термин: синхронный конденсатор.
значительные расстояния передачи энергии, пределы которой будут поставлены только омическими потерями, связанными с передачей энергии по данной линии передачи, и потерями, вызываемыми работой синхронных подстанций.
Однако, в виду того, что устройство каждой подстанцищсвязано с добавочными расходами, а работа их—с добавочными потерями энергии, то от устройства большого числа таких подстанций обычно отказываются и в обыкновенных условиях ограничива- ются установкой одной или максимум двух подстанций. Это тем более допустимо, если на расстоянии между двумя такими подстанциями электрической энергией от линии передачи не пользуются и если в таком случае падение напряжения на этом участке не имеет практического значения.
Синхронный компенсатор по конструкции своей является синхронной машиной (генератор) и, как всякая вращающаяся электрическая машина, работает на относительно невысоком напряжении (наиболее высокое напряжение, применяемое у генераторов 3-х фазного тока, не превышает 22 т. вольт). Это обстоятельство вызывает необходимость при установке вращающегося синхронного конденсаторауста-навливать также и трансформаторы. Вольт-амперная мощность такой синхронной подстанции зависит от величины компенсируемого индуктивного тока. Чем больше расстояние и чем больше передаваемая мощность, тем больше получится и мощность компенсаторной подстанции.
Классификация электропередач. По своему назначению электропередачи подразделяются на 3 группы: питательные (трансмиссионные), распределительные и соединительные (интер-коннекционные). Принципиальная схема линий этих 3-х групп изображена на рисунке 2.
Питательные линии имеют большую протяженность, когда электростанции находятся на значительном расстоянии от центра нагрузок, например при использовании водных сил. Термическая станция может быть построена либо в центре нагрузки,
либо на месте добычи топлива; в последнем случае питательная линия электропередачи освобождает транспорт от перевозки топлива. Для решения вопроса о том, относить ли станцию к топливу или к потребителю приходится сравнивать стоимость железнодорожного транспорта энергии, заключенной в топливе, с электронным транспортом, то есть транспортом по линии электропередачи энергии, носителем которой является поток электронов. Задача эта гораздо сложнее, чем кажется на первый взгляд, и поэтому в мировой литературе можно встретить много разноречивых выводов из сравнения электронного и железнодорожного транспорта. Наиболее полное исследование этого вопроса составлено в Англии проф. Merchant (журнал The Electrician, 9/YIIf, 1929), у которого заимствована диаграмма рисунок 3 (смотрите также Е. А. Руссаковский, „ Сравнение электронного и железнодорожного транспорта“, Труды I-й всесоюзной топливной конференции 1930 г.). Задача не может иметь общего решения без целого ряда допущений, однако, в большинстве случаев справедливо нижеследующее положение: электронный транспорт выгоднее железнодорожного в случаях, когда станция пользуется низкокалорийным топливом, то есть когда сравнительно велик удельный расход натурального топлива в килограммах на квт-ч. Наоборот, железнодорожный транспорт обычно безусловно выгоднее электронного, когда станция пользуется высококалорийным топливом, и тем выгоднее, чем совершеннее станция, то есть чем меньше удельный расход топлива в килограммах на квт-ч. При прочих равных условиях выгодность электронного транспорта повышается при увеличении числа часов использования станций. Для чисто пиковых паровых станций (смотрите электростанции) длинная питательная линия не может быть, оправдана экономическим расчетом. Для грубых расчетов можно считать ежегодные расходы, связанные с содержанием, амортизацией и оплатой капитала на 1 км высоковольтной питательной линии (100 и более киловольт), по 11 коп. на киловатт в наших условиях. Исходя из этой цифры, мы будемиметь стоимость передачи одного киловатт-часа электроэнергии на расстоянии 200 км: при 2.000 часах годового использования—1,1 коп., при 4.000—0,55 при 6.000—0.37 и при 8.000—0,28. Можно считать расходы на линию электропередачи, включая 6% на капитал, на амортизацию и содержание равными. 15 % от капитальных затрат на сооружение линии. Амортизационный срок считается обычно 30 - 35 лет при железных опорах, для деревянных опор амортизационный срок порядка 10 (только
Рисунок 2. Типовые схемы передачи электроэнергии. Прямоугольник обозначает электростанцию, кружок —потребителя, прямая линия— линию электропередачи. 1-а — питательная (трансмисс.) линия;:
2- а — объединительная (пптерконнекционная) линия:
3- а— кольцевая линия одновр. питат.; 4-а — распределит. линия; б — питательная линия.
Распределительные линии служат для подведения энергии к отдельным потребителям от ближайшей станции или подстанции. Стоимость их должна быть отнесена к капитальным затратам для централизованного электроснабжения данного потребителя в тех случаях, когда производится экономическое сравнение выгодности снабжения энергией от собственной электростанции или покупка со стороны. Однако, надо иметь в виду, что распределительные линии очень часто снабжают одновременно несколько, потребителей, и поэтому расходы на них должны распределяться между потребителями пропорционально требуемой мощности. Для обеспечения бесперебойности в-электроснабжении ответственных потребителей надо им обеспечить питание по крайней мере с 2-х сторон. Прокладка двойной линии хотя и увеличивает надежность снабжения по сравнению с одинарной, но не в достаточной степени, потому что такие явления, как гололед, сильные грозовые разряды и тому подобное., могут повредить одновременно обе линии. Наилучшим способом; обеспечения по крайней мере двустороннего питания является прокладка так называемых колец высоковольтных линий электропередач, имеющих форму замкнутого многоугольника. Перерыв в одной из точек кольца не прекращает снабжения присоединенных к нему потребителей. Кольца могутстанциях, получаемой после объединения, вследствие либо уменьшения необходимого резерва, либо разновременности максимума нагрузки в соединяемых системах (например, летний максимум Нижегородско-Ивановской системы и зимний максимум Московской), либо и то и другое вместе. В статье электрификация уже отмечалось, что сооружение английской государственной сети линий электропередач напряжением- на 132 киловольта окупается за счет снижения резерва с первоначальо. ггон
ti<Ug
n| 0.12 >чйл)
%o.os
каоь
§
§
<0 0,02
Расстояние 32 Хм
|
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
& | |
| |
| |
| |
|
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
гС | |
СУ | |
о4; | |
| |
| |
|
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
пб | |
| |
| |
| |
| |
| |
|
| |
| |
| |
| |
| |
| |
И | |
V | |
V | |
| |
| |
| |
| |
|
| |
| |
| |
| |
| |
| |
№ | |
““’у | |
| |
| |
| |
р | |
Р&1 | |
|
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
Ш | |
Й | |
WT
rW- | |
| |
| |
|
| |
| |
| |
/ | |
| |
| |
| |
ty | |
д 1 | |
| |
| |
| |
| |
|
| |
У | |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
|
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
|
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
|
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
иь
0,22
С
5$ с.20 “Ч
OJS
% о ло
/ ГЧ ОЛ
%о)2
Нам
ом о
£ 0.06
0.02-h2D. О
|
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
У | |
| |
$ | |
| |
| |
|
| |
| |
| |
| |
| |
| |
г | |
| |
к | |
| |
| |
| |
|
| |
| |
| |
| |
| |
| |
4 | |
$ | |
| |
| |
| |
| |
|
| |
| |
| |
| |
Л | |
Jv | |
А | |
| |
| |
| |
| |
| |
|
| |
| |
| |
-4 | |
й | |
№ | |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
|
| |
| |
г( | |
Ус | |
У/ | |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
|
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
|
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
|
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
|
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
|
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
У
“ 0,23 0,45 0.61 0,01
facToi) угля на USmu.
при переменном уделЬ ном расходе угля на IkSmfipM У при различныхрассто-го,го яниях и уделЬномрас0 ходетоплиба0.455hеp% “ на 1 hSmy
п-оМ
£
«О ° /6 “4, 80 9 IU /># / /4а 176 У92
Рисунок 3. Пределы выгодности применения электронного транспорта энергии. Сравнение стоимости транспорта угля и стоимости передачи 1 квтч электроэнергии.
|
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
W. | |
| |
| |
| |
| |
|
| |
| |
| |
| |
| |
teg | |
№ | |
4 | |
| |
| |
| |
| |
|
| |
| |
| |
| |
2 | |
$ | |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
|
| |
| |
4 | |
& | |
У | |
| |
| |
| |
Я!е | |
го | |
| |
| |
|
| |
Й | |
л | |
| |
| |
Ге/ | |
| |
ш | |
‘кВ | |
tW- | |
| |
| |
|
| |
| |
| |
| |
| |
>гп | |
р И | |
| |
| |
| |
| |
| |
|
| |
| |
mf | |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
|
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
Расстояние в Ммприразлиинд/х расстояниях и удел д -расходе топлива 0.66Игр на / Авто.
питаться от одной станции, чаще же от нескольких.
Соединительные линии (интеркон-некционные.) служат для соединения между собою отдельных станций или сетей, в частности колец. Как видно на рисунке 2, соединительные линии часто являются элементами колец, и в этих случаях одновременно становятся и питательными. Соединительные линии дают целый ряд прямых и косвенных выгод объединяемым ими системам электроснабжения. В большинстве случаев стоимость их вполне окупается экономией в потребной мощности наных 60—70% на большом числе изолированных сравнительно мелких станций до 12% после того, как осуществится объединение системы электроснабжения Англии {см. LI. 684 сл.).
Расчеты, произведенные по УралоКузнецкому комбинату для различных этапов промышленного развития Урала и Кузнецк, бассейна, показали полную целесообразность устройства интер-коннекционной линии передачи между электрическими сетями Кузнецкого бассейна и Южного Урала. Устройство такой линии передачи длиной порядка 1.400 км с напряжением порядка 200
киловольт оказывается существенно необходимым и экономически целесообразным уже при совмещенном максимуме нагрузки порядка 2.000 тыс. квт., так как благодаря устройству такой линии передачи оказывается возможным съэкономить свыше 300 тысяч квт. установленной мощности на электрических станциях этих районов. Эта экономия получается отчасти от смещения светового максимума, а гл. обр. в виду наличия возможности в данном случае уменьшения аварийного резерва и использования остаточных (по сравнению с нагрузкой местных районов) мощностей, распределенных по различным станциям, связываемым интер-коннекционной линией передачи.
Для грубых расчетов можно принять, что соединительная линия на 100 киловольт длиною 150 км равноценна по капитальным затратам резервному аг-грегату в 24.000 киловатт.
Косвенная выгода соединительных линий иногда может быть значительно больше, чем экономия в капитальных затратах. Это имеет место в тех случаях, когда соединительная линия дает возможность так распределить нагрузку между двумя работавшими ранее самостоятельно станциями, что та из них, которая вырабатывает энергию значительно дешевле, будет нести основную нагрузку, а работа электростанции, дающей дорогую энергию, будет сокращена до самого крайнего минимума. Эта экономия в годовых эксплуат.х расходах, получаемая после соединения электростанций для совместной работы, может во многих случаях окупить с большим излишком капитальные затраты на линию, далее при отсутствии экономии в мощности. В частности, соединительные линии могут быть очень полезны для улучшения использования энергии гидростанций.
В городах, особенно крупных, передача высоким напряжением электрической энергии производится обычно при помощи прокладываемых под землей кабелей. Вообще передача электрической энергии при помощи кабелей имеет большое преимущество по сравнению с воздушной проводкой не только в крупных городах и в центрах,
где воздушная проводка и опасна, и крайне неудобна. Применение кабельной проводки в районах затруднено в виду ее дороговизны по сравнению с воздушной; при некоторых условиях, например в районах, подверженных гололеду, частым атмосферным перенапряжениям и проч., не говоря уже об оборонном значении, применение кабельной проводки имеет исключительный интерес. Возможное удешевление изготовления кабеля будет спо- собствовать более широкому его распространению, тем более, что при передаче по кабелю естественная мощность ) в 10 раз больше естественных мощностей при передаче по линиям воздушных электропередач. Ниже приводится таблица естественных мощностей для воздушной и кабельной прог водки (по Рюденбергу).
|
я | |
Воздушная линия. Естественная мощность в млн. ватт | |
Кабельная проводка. Естественная мощность в млн. ватт | |
|
| |
| |
| |
| |
| |
|
Л | |
однофазн. трехфазный | |
однофазн. | |
трехфазный | |
|
| |
| |
| |
| |
|
о
CQ вз | |
т | |
0 К | |
т | |
к | |
|
30 | |
1,2 | |
2,4 | |
12 | |
24 | |
|
50 | |
3,3 | |
6,6 | |
33 | |
66 | |
|
100 | |
14 | |
27 | |
140 | |
270 | |
|
150 | |
30 | |
60 | |
ЗСО | |
600 | |
|
200 | |
55 | |
110 | |
550 | |
1.100 | |
|
300 | |
120 | |
240 | |
— | |
— | |
|
400 | |
210 | |
430 | |
| |
— | |
|
с | |
технической стороны единствен- | |
ным отрицательным явлением в случае кабельной проводки являются гораздо большие колебания напряжения у приемников в зависимости от передаваемой покабелю мощности.Величина этих колебаний обусловливается статическим (емкостным) током, причем при малых нагрузках, особенно при дальней передаче высоким напряжением, у приемников может наблюдаться недостаточно большое повышение напряжения. Как средство борьбы с этим явлением можно указать на возможность применения саморегулирую-
-) Естественной мощностью называется такая мощность, при передаче которой вне зависимости от расстояния потери напряжения в линии передачи будут обусловлены (при cos® псиемниковщг 1) только омическими потерями сопротивлением, так как емкость и самоиндукция линии компенсируются.
щихся трансформаторов, которые во время работы путем автоматического включения и выключения части обмотки поддерживают во вторичной сети постоянство напряжения.
На рисунке 4 показан разрез кабеля на 132 киловольта, выполненный в Италии. Повышение напряжения подземных кабелей стало очень актуальной задачей в больших городах в связи с ростом нагрузки городских сетей и практическими затруднениями к увеличению числа параллельных кабелей в подземных каналах. Увеличение вдвое напряжения дает возможность уложить в том же самом канале новый кабель с более чем двойной пропускной способностью. 
Рисунок 4. Разрез однофазного кабеля на 132.000 вольт: а) канал, наполненный маслом под давлением, соединенный со специальн. резервуаром; б) спираль из твердо-тянутой меди, имеющей на наружной поверхности желобок для свободного проникновения масла к изоляции; в) медные оплетенные провода, из которых скручен кабель;
г) пропитанная маслом бумажная изоляция (бумага из древесной массы); д) свинцовая оболочка; е) два слоя бумаги для разделения меди и свинца; ж) броня из твердо-тянутой полосовой меди; з) наружная свинцовая оболочка.
В СССР мощная высоковольтная (35 киловольт) кольцевая кабельная сеть проложенав Ленинграде в 1926г.Кабель был изготовлен на советских заводах. В настоящее время в Ленинграде в целях научно-исследовательской работы проложен небольшой участок масло-на-полненного кабеля напряжением 110 киловольт, а завод Севкабель занят работой по изготовлению пробного кабеля напряжением уже в 200 киловольт.
Устройство высоковольтных воздушных линий. В статье передача энергии на расстояние (смотрите XXXI, прил. к стб. 487/88) на фигуре 2 показана воздушная линия на железных опорах (мачтах) американского типа. Опоры бывают двух родов: анкерные (некоторые из них угловые)—более массивные, и промежуточные—более легкие. Анкерные, как более прочные и устойчивые опоры, рассчитанные для воспринятая на себя предельной нагрузки, устанавливаются обязательно в начале и конце линии, везде, где меняется направление, по обе стороны пересечения линий железнодорожного полотна, рек, горных долин, улиц, на пути линий внутри города и через 5—10 промежуточных опор. Деревянные опоры для высоковольтных электропередач широко применяются в СССР и в некоторых частях С.-А. С. III. Типичные конструкции таких опор для линий напряжением порядка 100 киловольт показаны на рисунке 5.
Изображенная на рисунке 5в деревянная опора отличается от обыкновенной тем, что каждый столб закрепляется в земле при помощи двух коротышей, причем соединение с коротышами столбов производится при помощи двухрядной обмотки из толстой проволоки. Хотя для данных опор и требуется несколько большее количество лесного материала, но зато опоры в данном случае могут собираться из более коротких столбов. Основное преимущество этих опор заключается в том, что при обрыве провода они сдают по направлению действию силы, что может быть, конечно, учтено при расчете механической прочности опор. Кроме того, закопанные в землю коротыши после их порчи легко могут быть заменены новыми, не трогая при этом основной конструкции опоры. В первое время после революции в большинстве случаев опоры устанавливались без пропитки их креозотом. Опыт показал недолговечность таких опор. В силу этого в последнее время стали опоры пропитывать предохраняющим от гниения составом. В виду того, что наибольший эффект стойкости против гниения обнаруживает лес, пропитанный под давлением, в настоящее время приступлено к пропитыванию опор под давлением.
На железных опорах обычно подвешиваются 2 трехфазные линии, то есть 6 проводов, на деревянных—одна трехфазная линия с вертикальным или горизонтальным расположением проводов. Иногда одинарные линии имеют не 3, а 4 провода, один запасной на случай порчи одного из основных.
Материалами для проводов служат: медь, алюминий, сталеалюминий, железо, бронза. Провода делаются одножильными и многожильными (кабели).
твердо-тянутой меди. Во избежание перехода этой меди в мягкую отнюдь не допускается горячая пайка проводов. Железные провода применяются только в сельских местностях для линий с небольшой нагрузкой. Во избежание ржавления они обязательно делаются из оцинкованного железа. Сталь(тоже оцинкованная) применяется для проводов в случаях, когда необходим очень большой пролет (выше километра), когда обычная в этих случаях
Рио. 5-а. Типы мачт для высоковольтных линий передач в различных странах мира для двух цепей (все размеры в м).
Последние состоят из нескольких скрученных проволок. Главное их преимущество перед одножильными—большая механическая прочность. Медные одножильные провода у нас допускаются для напряжений не свыше 22 кв и сечением не свыше 16 кв миллиметров. При больших сечениях и более высоких напряжениях обязательно применяются кабели. Алюминиевые провода всегда делаются многожильными. Медные провода для высоковольтных линий обязательно делаются из полутвердой ибронза все еще недостаточно прочна и дает слишком большой провес, удорожающий переходные опоры. В этих случаях стальной трос обычно не служит в качестве проводника, а к нему только подвешивается медный кабель, по которому и протекает ток (отметим, что в СССР для пересечения такой реки, как Ока, высоковольтной линией применены в качестве переходных опор башни Шухова). Препятствием к применению железа и стали в качестве проводов является низкаяпроводимость этих металлов и большая самоиндукция линии, в особенности если она сделана из мягкого железа. Алюминий является в настоящее время главным конкурентом меди при постройке высоковольтных электропередач. Вследствие худшей проводимости сечение их должно быть в 1,64 раза больше, чем сечение медных проводов при тех же условиях. Но для очень высоких напряжений (220 кв. и выше) это явление не имеет значения,
няемой для проводов. Важно при монтаже беречь поверхностный слой алюминиевых проводов. В отношении влияния атмосферных условий алюминиевые провода не уступают медным, так как покрываются защитным слоем окислов. Но в местностях, где провода подвергаются действию газов химических заводов, применять алюминий не рекомендуется. В последнее время получили широкое применение (в том числе и в СССР) стале-алюминиевые
Рисунок 5-6. Типы мачт для высоковольтных линий передач в различных странах мира для одной цепи (все размеры в м).
так как при этих напряжениях размер провода определяется требованием избегать явления„короны“—потерь вследствие излучения электрических зарядов,. имеющих место, когда поверхность провода по сравнению с напряжением слишком мала и поверхностная плотность электрических зарядов получается слишком высокой. В таких случаях алюминиевые провода определенно дешевле медных. Недостатком алюминия является его большая мягкость по сравнению с медью, примепровода, соединяющие преимущества алюминиевых с прочностью стальных. Они состоят из стального сердечника, скрученного из оцинкованных проволок, и алюминиевых проволок, покрывающих сердечник обычно двумя слоями. Отношение сечения алюминиевых проводов к сечению стальных составляет обычно 5. Реже применяются сталемедные провода, в которых стальная сердцевина сваривается по способу Монното с медной оболочкой, причемотношение меди к стали колеблется от 1 : 1 до 9 : 1. Согласно „нормам для механического расчета электрических воздушных линий сильного тока“, одобренных IX-м Всесоюзным электрическим съездом, сечение проводов должно быть не ниже:
Для меди при низком напряжении (не свыше 250 в 6 миллиметров
„ ми высоком „ 10 „
„ железа 10 „
„ стали и бронзы при низком напряжении 6 „ „ „ „ высоком „ 10 „
„ алюминия при низком „ 16
„ „ „ высоком „ 25 „
При наибольшем провисании провода по тем же нормам расстояние наи-низшей точки его от земли не должно быть менее: а) при пересечении мо--щеных и шоссейных дорог—6 м для проводов низкого и 7 м для проводов высокого напряжения; 61 при пересечении грунтовых дорог постоян-,ного пользования—6 м во всех случаях; в) при пересечении несудоходных и несплавных рек—5 м для низкого и 6 м для высокого напряжения, считая от уровня льда зимою, но не менее 3 м над уровнем высоких вод в половодье. Для пересечения железнодорожных линий и судоходных рек существуют специальные правила, по которым низшая точка провода при наибольшем провесе не должна быть ниже 7,5 м над головкой рельса железной дороги
Рисунок 5-в. Деревянная анкерная опора в СССР.
Рисунок 5-г. Деревянная промежуточная опора в СССР.
или 1 м над наиболее высокой мачтой судов, проходящих по судоходной реке в период самого высокого стояния воды. Провода пересекающего пролета над железной дорогой должны быть подвешены на двойных изоляторах.
Гололед в некоторых местностях СССР, особенно в Донбассе, доходит до толщины слоя льда на проводе в 30 сантиметров и представляет огромные трудности для надежной эксплуатации электропередачи. Однако, местности, где встречается большой гололед, весьма ограничены по площади, и иногда можно найти трассу для линии, по которой провода в наименьшей степени подвергаются влиянию гололеда. Для плавления гололеда применяются раз. личные методы образования в линиях сильных реактивных токов, вызывающих перегрев линий. В 1933 г. испытывался в Донбассе метод проф. Кру-ковского.
Провода линии электропередачи подвешиваются на фарфоровых изоляторах. Для напряжения не свыше 20 киловольт применяются штыревые изоляторы, для более высоких напряжений—обяза-
20‘2
тельно подвесные (смотрите рис 6). Несколько подвесных изоляторов соединяются в гирлянды. Число изоляторов в каждой гирлянде зависит от напряжения. При напряжении 100 киловольт обычно помещают 7 изоляторов на промежуточных опорах и 9 на концевых. Для 220 киловольт в Америке применяют 13 или 14 для промежуточных, 15 или 16 для концевых гирлянд, хотя опыты, произведенные в Америке, показали возможность ограничиться 11 для промежуточных и 13 для концевых. Форма, которая придается подвесным изоляторам, должна предохранять от перекрытия даже в случае сырой погоды и тумана. Запас электрической прочности у отдельных изоляторов доста
точно велик, но очень трудно добиться равномерного распределения напряжения вдоль гирлянды изоляторов. Линии высокого напряжения 220 киловольт, если они проходят в местностях, подверженных частым туманам, должны иметь, на основании американской практики, изоляторы увеличенной поверхности. Наибольшая опасность перекрытия изоляторов имеет место, когда они сильно запылены и застигнуты туманом. При таких условиях на американских линиях в 220 киловольт бывали случаи перекрытия изоляторов и вывода линии из строя. Поэтому изоляторы периодически очищаются от пыли.
Провода к подвесным изоляторам обычно прикрепляются наглухо. Но в последние годы в СССР стал приме-меняться предложенный проф. Сушкиным и инж. Глазуновым способ подвески проводов на промежуточных опорах на „скользящих клеммах“. Это дает возможность облегчить конструкцию опоры, так как в случае обрыва провода опора будет испытывать меньшее одностороннее тяжение, чем при обычном способе подвески.
Очень серьезное значение имеет защита линий передач от грозовых разрядов (смотрите молния и громоотвод) и вообще атмосферных перенапряжений. Эти перенапряжения опасны не только, а может быть и не столько для линий передач, но и для трансформаторов и аппарат, ры станций и подстанций. Одним из серьезных средств защиты линии от перенапряжений или, вернее, ограничения волн перенапряжений является натяжка одного или нескольких заземленных во многих точках защитных тросов. Защитные тросы располагаются обычно выше проводов и способствуют весьма значительному снижению возникающих перенапряжений. В виду того обстоятельства, что устройство таких защитных тросов значительно удорожает стоимость соорулсения линии передачи, очень часто ограничиваются прокладкой троса на участках неблагополучных в смысле атмосферных перенапряжений, а также на протяжении 1—2 км от станциии подстанций. Значение устройства заземляющих тросов можно усмотреть из приведенной далее таблицы II. В качестве защитного средства против перехода волн с крутым фронтом на шины станции и подстанций иногда устраивают на прилегающем к станции и подстанциям участке электропередачи пониженную изоляцию провода, облегчающую возможность разряда на землю. Весьма надежным средством против перехода волн перенапряжения на станцию является перевод за несколько сот метров воздушной линии передачи в кабельную проводку; однако, этот способ применим пока для сравнительно невысоких напряжений. При таком способе защиты наиболее уязвимым местом является переходная муфта от воздушной линии в кабель и вообще ближайший кабель. Далее, в помещении станции и подстанций весьма часто устанавливаются специальные отражающие волнуприборы (реактивные катушки) и разрядники для отвода волны перенапряжения в землю. Понятие об этих приборах дано ниже.
Таблица И.
Аварии на высоковольтных линиях электропередачи
|
(район Велпких Озер) в | |
США. | |
| |
|
Аварии и перерывы в работе в | |
1928 г. | |
в %% | |
|
Длина линий в километрах | |
3,330 | |
356 | |
|
Есть ли заземляющий трос | |
есть | |
нет | |
|
°/о % повреждений | |
| |
| |
|
Перекрытие от молний | |
46.4 | |
64,9 | |
|
» „ других причин | |
2,1 | |
1,6 | |
|
Заземление | |
2,1 | |
1,6 | |
|
Короткое замыкание | |
5.3 | |
— | |
|
Механические повреждения | |
2,8 | |
2,8 | |
|
Не относящиеся к линии: | |
| |
|
Неправильное включение | |
4,6 | |
— | |
|
Неправильная эксплуатя | |
20,0 | |
17.1 | |
|
Неизвестн. причины и разн. | |
17,7 | |
12.0 | |
За последние годы в разных странах, в особенности в США и в СССР во Всесоюзном электрот. инст., производятся серьезные научно-исследовательские работы, связанные с грозовыми разрядами. Для этой цели построены специальные лаборатории и сконструированы специальные измерительные приборы. Определяется не только напряжение, индуцированное в проводе высоковольтной линии, но и продолжительность разряда и другие его характеристики. При помощи приборов, называемых клиденогра-фами, устанавливаемых на линии, производится систематическое фотографирование поля, создаваемого перенапряжением в линии. Директор наиболее мощной в мире лаборатории такого рода, принадлежащей Джене-раль Электрик Компани в Америке, Ф. В. Пик, приводит следующие характеристики молнии: напряжение порядка 100 млн. вольт, сила тока—100 тыс. ампер, продолжительность—несколько микросекунд, энергия—4 киловаттчаса (иногда много больше), мощность— порядка 1.000 млрд. лошадиных сил (максимальная мгновенная). Разрядобычно не колебательный. Индуцированная волна в линии продолжается в течение нескольких микросекунд и имеет напряжение в несколько миллионов вольт (тем больше, чем выше провод от земли, поэтому в отношении грозы надежнее горизонтальное расположение проводов). На расстоянии от 21/3 до 10 км от места возникновения грозового перенапряжения индуцированное напряжение уменьшается вдвое (это расстояние тем меньше, чем выше индуцированное напряжение). Индуцированный заряд может иметь различную полярность и в зависимости от этого клиде-нограммы имеют различный вид. Форма волны имеетбольшое значение для изоляции. Измерения, произведенные на Пенсильванской линии 220 кв., показали, что перекрытие гирляндыизоляторов, получающееся при одном миллионе вольт от 60-ти периодного тока при разрядах, вызванных грозой, наблюдаются 1 только при 2 миллионах вольт и что поэтому сопротивляемость изоляторов мгновенным грозовым разрядам примерно в 2 раза больше, чем сопротивляемость при обычной форме кривой. В лаборатории Дженераль Электрик установлен генератор искусственных грозовых разрядов, дающий 5 млн. вольт, что превышает величину наведенного напряжения высоковольтных линий, когда-либо измеренную при грозе. Пользуясь этим генератором удалось очень детально изучить явления, сопровождающие грозовые разряды. Катодным оецилятором изучались волны естественных грозовых разрядов, и потом эти волны воспроизводились искусственно и посылались по линиям электо-передач. Измерялось напряжение, перекрывающее изоляторы при естественном грозовой разряде, и сравнивалось с искусственным. Искусственная молния, полученная от „генератора молний”, была способна расщепить шестиметровую деревянную опору. Приблизительно в то же время во франции в обсерватории Пик де Миди в Пиренеях производились наблюдения над грозовыми разрядами, установившие некоторую зависимость силы грозовых разрядов от геологического строения местности. К. Доцэр в докладе на Токийском мировом инженерном конгрессе в 1929 г., описывая результаты этих наблюдений, сообщает, что, например, на сплошном известняке вовсе не бывает ударов молнии, тогда как гранит и сланец очень подвержены им. Наиболее сильные разряды бывают на линии соприкосновения двух различных геологических формаций. Автор доказывает возможность по геологической карте данной местностисоставит карту грозовых разрядов и при помощи этой карты выбрать такую трассу для линий электропередач, чтобы опасность от грозовых разрядов была уменьшена до минимума.
Перенапряжение в линии происходит не только от атмосферных влияний, но и при таких случаях, как: внезапное включение линии передачи под напряжение, при выключении работающих в холостую трансформаторов и асинхронных двигателей, при выключении большой нагрузки, при отключении работающих в холостую линий большой емкости, при замыкании на землю одной из фаз трехфазной системы.
В связи с защитой машин трансформаторов и приборов от разрушительного действия волн перенапряжений и для отвода тока в землю, как было выше сказано, применяются два основных прибора: реактивная катушка и разрядники. Простейший тип—роговой разрядник—представляет собою отогнутые в виде рогов два медных стержня с воздушным промежутком между ними. Один из них присоединен к проводу, другой заземлен; промежуток между рогами настолько велик, что он при обычных напряжениях не перекрывается; большое перенапряжение вызывает появление вольтовой дуги, причем потоком горячего воздуха эта дуга поднимается вверх по рогам, длина ее увеличивается, и в некоторый момент она разрывается и гаснет. Расстояние между рогами составляет величину порядка 6—8 миллиметров при напряжении 6,6 кв., 50 — 90 при 33 кв. и до 330 при 66 кв. В США получили большое распространение алюминиевые разрядники; они имеют искровой промежуток между рогами, последовательно с которым включается сопротивление в виде электролитического конденсатора, состоящего из ряда алюминиевых тарелок, находящихся в электролите. Алюминий покрыт окисью, не проводящей ток при нормальном напряжении. При определенном повышении напряжения изолирующая способность пленки из окиси нарушается, и разрядник дает соединение с землей. Однако, при прохождении тока через электролит химическая реакция восстанавливает изолирующую пл-енку, вследствие чего ток прекращается. Алюминиевый разрядник должен ежедневно заряжаться путем пропускания тока для поддержания изолирующей пленки, иначе последняя растворяется в электролите. Это является основным недостатком алюминиевого разрядника. Имеются и другие типы разрядников (смотрите Г. Л. Эпштейн, „Перенапряжение на электрических установках“, Киев, 1927). Электролитические и ему подобные разрядники для напряжения в 220 киловольт становятся настолько дорогими что от них в США отказываются.
Для защиты трансформаторов и генераторов от крутого фронта волны перенапряжения, идущей со стороны линий передач, ставятся защитные катушки самоиндукции, шунтированные иногда безиндукционньш сопротивлением в виде стержня из металла с высоким удельным сопротивлением, соединяющим зажимы катушки (катушки Кампоса). Применяются также более простые защитные катушки без такого шунта.
В последнее время вообще стали отказываться от установки специальных катушек самоиндукции, служащих отражателями волн перенапряжений, полагая, что сам трансформатор, являясь такой катушкой, должен справляться с этой задачей. В силу этого, обычно современные трансформаторы имеют значительно усиленную изоляцию первых витков, наиболее подверженных разрушительному действию волн перенапряжений, Высоковольтные линии электропередачи могут оказать мешающее действие на соседние линии связи путем либо электростатической, либо электромагнитной индукции. При неблагоприятных условиях эти воздействия могут быть опасны для аппаратов связи и пользующихся ими лиц. Наиболее опасным представляется акустический удар при разряде телефонной линии через телефон в тех случаях, когда замыкается на землю один из проводов соседней линии электропередачи. Лучшим способом избежать опасных воздействий линии электропередачи на линию связи является выбор достаточного расстояния между ними. i когда это возможно и экономически выгодно. Если это невозможно, необдимо принять меры для ослабления влияния, каковы: 1) установка разрядников перед телефонами во избежание акустического удара; 2) применение изолирующих трансформаторов, разделяющих линию на несколько частей;
3) такое соединение обмоток трансформатора, при котором избегается появление гармоник звуковой частоты;
4) транспозиция двухпроводных линий связи, то есть перемена их взаимного расположения через каждый километр (перекрещивание, при котором правый провод становится левым, и наоборот). Иногда применяется транспозиция и проводов линии электропередачи (через несколько десятков километров).
В трехфазных линиях электропередачи нейтральную точку часто заземляют, обычно через сопротивление илика-тушку самоиндукции. Заземление нейтрали ограничивает величину возможных на линии перенапряжений и дает путь для отвода статических зарядов. Для напряжений свыше 20 киловольт, а в особенности для напряжений порядка 100 и 200 киловольт, в настоящее время применяются открытые подстанции. На подстанции устанавливаются трансформаторы, масляные выключатели (для размыкания и замыкания цепи под током), разъединители (рубильники для размыкания или переключения цепи не под током и не под напряжением), разрядники, а также трансформаторы для измерительных приборов. Все эти механизмы соединяются е высоковольтными шинами, подвешенными на железных или железобет.х каркасах открытой подстанции. Если на подстанции устанавливаются синхронные конденсаторы, то они помещаются в специальном здании. Опыт показал, что самые сильные снегопады не мешают функционированию открытой подстанции. При очень большом развитии электрических сетей, в настоящее время связывающих иногда целый ряд мощных станций и снабжающих энергией крупные индустриальные районы, правильная и надежная работа линий передач и возможная защита электрических машин трансформаторов и аппаратуры от повреждений имеет в эксплуатации исключительно серьезное значение. Этообстоятельство, о одной стороны, является причиной устройства все усовершенствующихся способов селективной защиты, а с другой стороны-устройства центров диспетчерского управления сетями и станциями. Для всякого объединения электрических станций диспетчерская служба я диспетчерское управление являются обязательными. В последнее время, в виду наличия весьма длинных и исключительно мощных линий передач энергии, приобрел громадное значение вопрос взаимной стойкости работы сетей и станций, характеризующейся так называемой „устойчивостью работы“, то есть такой взаимной связью, при которой гарантируется невыпадение из синхронизма генераторов различных станций, связанных сетью электропередач. В случае несоблюдения условий, необходимых для устойчивой параллельной работы, электрические генераторы различных станций будут выходить из синхронизма, и работа всей электрически-связанной системы придет в расстройство, что внешне будет выражаться в сильном колебании напряжения системы и перерывах тока. Устойчивость различается статическая и динамическая. Статической устойчивостью называется такая работа электрической системы при нормальных экоплоатационных условиях, при которой имеются все факторы, обеспечивающие синхронную работу генераторов. Динамической устойчивостью называется устойчивость параллельной работы станций в периоды аварий, когда работающие параллельно станции также не должны выходить из синхронного состояния определенное, правда очень короткое, время, пока не подействует селективная защита и не выключит поврежденный участок линии. Устойчивость работы системы, которой, как уже сказано, в современных мощных сетях придается исключительное значение, в основном зависит от реактанса общей связи между станциями, длины связующей станции линии передачи, от передаваемой мощности, а также от включенной параллельно-мощности станций и от ряда других факторов. Устойчивость параллельной работы аналитически характеризуетсяуглом сдвига между напряжениями той и другой станции, причем величина этого угла будет различная в зависимости отусловий параллельной работы. Предельный угол сдвига напряжений будет порядка 90° (наличие омического сопротивления способствует некоторому увеличению этого угла). До этих пределов угол между напряжениями может расходиться в период аварии до момента ее устранения. Чтобы угол в периоды аварии (к концу ее) не превзошел 90°, он во время нормальной работы должен быть значительно меньше 90°—обычно порядка 20°.
Передаваемая от станции к станции, соединенным линией электропередачи, мощность (например,отШатурской станции на I-ую Московскую ГЭС) связана урав-
sin 9
нением W ——-
В приведеннойформуле и -E.j означают напряжение на той и на другой станции, а ж—реактивное сопротивление между ними. Для устойчивости работы электрических станций и в периоды аварий (динамической устойчивости) имеет громадное значение быстрота действия селективной защиты в целях выключения поврежденного участка в течение того времени, пока угол 9 не дошел еще до своего допустимого предельного значения. Большое влияние на устойчивость работы имеет также величина живой силы ротора генератора, а кроме того скорость действия автоматического регулятора возбуждения, который должен поднимать падающее вследствие короткого замыкания напряжение на генераторе. Так. обр. для обеспечения динамической устойчивости параллельной работы станций приходится отказаться от прежних приемов, допускающих понижение напряжения в генераторе в периоды аварий, с целью уменьшения величины тока короткого замыкания. Современный генератор должен выдерживать ток короткого замыкания при полном возбуждении.
В виду особой важности надежной работы селективной защиты линий передач, которая должнагарантировать своевременное, исчисляемое иногда долями секунды, выключение поврежденного участка, в последние годы был разработан целый ряд систем и способовтакой защиты, представляющих к настоящему времени специальную область электротехники и требующую от соприкасающихся работников серьезной подготовки. Все перечисленные условия работы современных сетей настоятельно требуют единого диспетчерского управления, которое теперь стало неотъемлемой и черезвычайно важной составной частью общего управления. Объединенные сети, распределяющие энергию нескольких станций, имеют центральный диспетчерский пункт, откуда диспетчер по своему усмотрению в зависимости от технической целесообразности производит включение отдельных станций и линий передач; делается это, при наличии полной автоматизации, непосредственно со щита управления, при отсутствии же автоматизации или неполном ее развитии-соответственным распоряжением по прямому телефонному проводу. На диспетчерском щите управления оборудована (иногда светящаяся) полная схема всех соединений сети и станций е соответствующими сигналами. На основании этой схемы диспетчер имеет полное и наглядное представление о характере работы системы для каждого данного момента и может найти наилучшее решение для переключения работы системы при обна руженных авариях. Автоматическое управление на дальнее расстояние, а также полная автоматизация электрических установок за последние годы в США получили весьма большое распространение. К 1930 г. имелись данные об автоматическом управлении,устройствах дальнего наблюдения и дальнего управления, а также дальне-измерительных установках на суммарную мощность около 5,5 млн. квт, а именно:
Синхронных преобразоват. на мощн. около 1000 т. квт Гидро-электростанций на мощность около 700, ,.
Мотор-генераторов ,
Трансформаторных установок „
Ртутных преобразователей ,
Синхронных конденсаторов . „
Устройств дальнего наблюдения и управления „
Автоматических управлений фидерами Дальне-измерит. установок ,
700
17», „ 280 „
900 .. 800 „ 400 „ „
Вопрос автоматизации в условиях СССР также имеет громадное значение, и ему уделяется за последнее время серьезное внимание.
Стоимость линий электропередач на километр.
Л м ериканскиелпнниПО кв. двойные 18т.руб. за км, „ 220кв. „ 36т. руб. „
Германские сданные по докладу О. ф. Миллер о плане электрификации Германии, 1930):
Линия 220 кв. двойная 44 т. руб. за км.
Линия 110, двойная 185 миллиметров- 18,4 т. руб. за км
Линия 110, двойная 120 миллиметров2 13,8 „ „ , „
Такая же ординарная 8,3 „ „ „ „
Ординарная сечением 95 миллиметров’1 7,85 „ „ „ „
Двойная 40—60 кв.сечение60 - 120мм-10,6 т. р. „ ,
Орднпарн. 40- 60, „ 60—120, 6,45 „ „ „ „
Литература: „СЭТ“ (справочная книга лля электротехников, 1929, т. III; там же подробный указатель литературы на русском и иностранных языках); инж. А. А. Глазунов, „Линии электропередачи. Механический расчет проводов и тросов” (1928); инж. Н. И. Сушкин и инлс. А. А. Глазунов, ..Новые конструкции высоковольтных линий передач1(193»); Г. Л. Эпштейн, „Перенапряжение на электрических установках” (1927); „Генеральный план электрификации СССР“. Госплан СССР, 1932, т. VI (Энергооборудование) и т. VII (Станции и сети); Г. Л. Эпштейн, „Районные трансформаторные подстанции“; „Защита сетей высокого напряжения“, сборн. статей, пер. под ред. проф. N. Ф. Марголина: В. И. Иванов, „Реле и релейная защита“; Ф. Кессельринг, „Электрические выключающие, пусковые и регулирующие аппараты“, пер. с нем. под ред. проф. В. С. Нулеба-кина; М. М. Михайлов, „Сетевые и кабельные измерения“ (1932); А. //. Рябков, „Электрический расчет высоковольтных линий электропередач“ (2-е изд., 1931).
С. Купель- Краевский.
JX. Электрические железные дороги. I. История развития электрических железных дорог. Первые опыты с экипажами, приводимыми в движение электродвигателями, питающимися от установленных на самих экипажах гальванических батарей, были произведены еще в первой половине сороковых годов прошлого столетия, но успеха не имели вследствие громоздкости и несовершенства как двигателей, так и батарей. В 1879 г. фирма Сименс и Гальске построила специально для Берлинской промышленной выставки небольшой электрический локомотив мощностью в 3 лошадиных силы, тащивший за собой со скоростью 7 км!час 3 вагончика, предназначенные для катания посетителей выставки, с числом пассажиров от 18 до 24-х (ср. XLI, ч. 10, 532). За истекшие с этого времени 55 лет электрическая тяга прошла огромный путь развития, и мощности современных электровозов достигли 8.000 лош. с. прискоростях свыше 120 км/час. Если не принимать во внимание электровоза Берлинской выставки, носившего демонстрационный характер, то началом эры промышленного применения электротяги следует считать 1881 год, когда фирма Сименс - Шуккерт построила в Берлине первую трамвайную линию в 2,5 км, соединявшую Ангальтский вокзал с предместьем Гросс-Лихтерфельд (ср. XLI, ч. 10, 532). В США первый трамвай был построен Бентли и Найт’ом в Кливленде в 1884 г., после чего развитие электротяги в Америке пошло таким темпом, что обогнало 4вропу и выдвинуло США на первое место по количеству электрифицированных дорог.
Сначала применение электрической тяги ограничивалось гл. обр. внутригородскими районами, где трамваи с успехом вытесняли конную тягу на городских железных дорогах и омнибусах. В 1890 г. применение электротяги на подземной железной дороге (City and South London Ry) в Лондоне показало большие ее технические пре-имуществацеред паровойтягой. В дальнейшем электрическая тяга приобретает все более доминирующее значение на внеуличных городских дорогах (метрополитенах), на пригородных дорогах и на магистралях. Так, в 1896 г. американская дорога Baltimore and Ohio электрифицирует свой подход к Балтиморе длиною в 7 км, из которых 2,5 км расположены в т.еле, что, собственно, и было главной причиной отказа от паровой тяги. Т. обр., начав с перевозки пассажиров, электрическая тяга завоевывает себе также и грузовое движение, вытесняя паровую тягу в первую очередь на тех участках, где применение паровозов встречало особенно большие неудобства.
В настоящее время (на 1. I. 1934 г.) на всем земном шаре электрифицировано общее протяжение участков магистральных ж. д. около 22.000 км, при общей длине электрифицированных путей в однопутном исчислении около
43.000 км. По отдельным наиболее крупным странам протяженность электрифицированных путей распределяется следующим образом:
|
Страна | |
Протяжениетрассы | |
В одной утн. нечислен. | |
|
США. | |
3.413 | |
8.490 | |
|
Швейцария | |
2.465 | |
4 816 | |
|
франция | |
2.292 | |
4.495 | |
|
Германия | |
1.727 | |
4.135 | |
|
Италия | |
2.113 | |
3.970 | |
|
Англия | |
955 | |
2.332 | |
|
Швеция | |
1.793 | |
2.208 | |
|
Австрия | |
900 | |
1.U8 | |
|
Испания . .. . | |
605 | |
1.115 | |
|
Индия | |
356 | |
1.103 | |
|
Япония | |
475,5 | |
1.100 | |
В России первый трамвай в Киеве был построен в 1892 г., а первая магистральная железная дорога (участок Москва—Мытищи Северных ж. д.) была электрифицирована в 1929 г. К настоящему времени в СССР электрифицировано следующее протяжение магистральных жел. дор.:
|
| |
Протяжениетра<-оы | |
В одно-путн.
исчислении | |
|
Пригородные линии: | |
| |
| |
|
Моеква-Загореки Мытищи-Щелково Сев. ж. д.. . . | |
90 | |
180 | |
|
Москва-Люберцы - Быково Каз. ж. д.. | |
34 | |
68 | |
|
Москва-Обираловка и Реутово - Балашиха Курск, жел. дор | |
35 | |
59 | |
|
«кигин-град - Ораниенбаум Окт. ж. д | |
40 | |
80 | |
|
Итого по пригороди, лйя. | |
199 | |
387 | |
|
Линии с грузовым движением:
Тифлис-Хащури - Зеетафо-ии Зкв ж. д | |
185 | |
185 | |
|
Запорожье-Никополь Ект. Ж. д.. . .. | |
95 | |
95 | |
|
К и вел - Чуоо! а и Пермск. жел. дор | |
ИЗ | |
113 | |
|
Итого по груз. ЛИН. . | |
393 | |
393 | |
Вс>то на 1/1 1935 г.. . 592 780
2. Классификация Э. ж. д. Э. ж. д. делятся на: а) городские (трамваи, метрополитены), б) пригородные, в) междугородные большой скорости и г) магистральные с грузовым и пассажирским движением. Городские Э. ж. д., не имеющие собственного полотна, а проходящие по рельсам, уложенным на уровне улиц, называются трамваями; имеющие лее собственное полотно под землей или на эстакаде в черте города называются метрополитенами. Оба вида имеют основное назначение обслуживать пассажирское движение в чертегорода. Отличие их в скоростях дни-, жения: трамваи не допускают скоростей свыше 35—40 км/ч ас., метрополитены имеют скорости до 60 км/час. Скорости, обычно применяемые на Э. магистральных жел. дорогах, таковы;
|
Т а б | |
л и ц а 1. | |
| |
|
Категория дорог | |
Средняя | |
Наиболь- | |
|
техпич. | |
ша.я | |
|
Магистральные: | |
| |
| |
|
Товарные поезда. . . | |
30—50 од/час | |
80 км / час | |
|
Пассажирок. „ . . | |
50-80 „ | |
ЮО „ | |
|
Скорые „. . | |
70—80 „ | |
с>
оо | |
|
Пригородные „ | |
40-60 „ ч | |
90 „ | |
Скорости движения на максимальном подъеме обычно равны: при товарном движении—30 - 40 км]час, при пассажирском движении—40-60 км/чле.
3. Основные преимущества электрической тяги, кроме указанных в ст. транспорт (XLI, ч. 10, 547/49), таковы: повышение скорости движения по сравнению с дорогами паровой тяги, особенно на городских и пригородных ж. д., имеющих частые остановки. Повышение скорости достигается за счет большего начального ускорения при, трогании электрического поезда. Для пригородных дорог с остановками через 1—1,2 км коммерческая скорость электрических поездов—45-50 км!час., то есть на 25—30°/0 больше, чем при паровых. Следствием повышенной скорости движения при электрической тяге является увеличение пропускной способности линий. Экономия топлива, т. к. централизованное снабжение электрической энергией жел. дор. от мощных тепловых электростанций дает сбережение на топливе около 40°/о по сравнению с расходами высокосортного топлива на паровозах. Экономия на содержании и обслуживании подвижного состава Э. ж. д., получаемая вследствие большей скорости движения, обслуживания электровозов и моторных вагонов бригадой из двух, а иногда и одного машиниста вместо 2—3 при паровой тяге и,наконец, вследствие большего пробега вагонов и электровозов по сравнению с пробегом вагонов и паровозов при паровой тяге. В среднем экономия по содержанию составляет от 25 до 35%. При постройке новой железнодорожной линии сразупод электрическую тягу достигается большая экономия за счет уменьшения земляных работ, т. к. электрическая тяга допускает значительно более крутые уклоны, чем паровая.
4. Электроснабжение Э. ж. д. Для снабжения Э.ж. д. энергией служат электростанции следующих типов: 1) центральные станции общего пользования. При больших мощностях центральных станций энергия для тяговых нужд может передаваться по линиям передачи, одновременно обслуживающим промышленную и осветительную нах-рузки без заметного влияния характера ж. - д. нагрузки на работу других потребителей. Этот способ питания широко применяется гл. обр. на дорогах постоянного тока (Америка, франция, СССР) и реже на дорогах однофазного тока (Швеция). Как показывают опыты некоторых дорог, коэффициент использования мощности централей при совмещении промышленной и тяговой нагрузок понижения не дает. Отношение пиковой нагрузки к средне-суточной на линиях с товарным движением в среднем колеблется от 2 до 2.5. 2) Специальные электрические станции Австрия, Швейцария) или же комбинированные (Бавария), на которых имеются генераторы как для промышленной, так и для тяговой нагрузки. Эта система электроснабжения имеет место на линиях однофазного тока с частотой 1б3/3 пер/сек.
Питание железнодорожных тяговых подстанций производится или по проводам линий передач обхцего пользования, или посредством специальных передач. Последнее — в случае питания от специальной ж.-д. централи или же от комбинированной. В обоих случаях устройство линий передач производится по общим правилам и нормам на высоковольтные установки. Сравнительно редко для подвески линий передач используются мачты контактной сети.. ,
В качестве рабочего тока Э. ж. д. применяется как достоянный, так и переменный. Постоянный ток с напряжением в рабочей сети (прямой—обратный провод) от 500 до 1.200 в употребляется преимущественно на городскихж. д. (трамвай—не свыше 600 в.) и в редких случаях на пригородных и дорогах с тягой электровозами(Ныо-Иорк—Нью-Хевен). Напряжение от 1.200 до 3.000 в применяется на магистральных и пригородных линиях. Свыше 3.000 в постоянного тока имеют только опытные линии (Италия). При напряжении в рабочей сети до 600 в применяются моторы, работающие при полном напряжении; при напряжении в рабочей сети свыше 600 в моторы работают нормально по 2 последовательно (на коллекторе—половинное напряжение рабочей сети).
Наиболее распространенное напряжение переменного однофазного тока Э. ж. д,—15.000 в (Европа) и 11.000 в (Америка). Частота однофазного тока европейских ж. д. нормально, принята 50/3=162/3 пер/сек. Америка применяет однофазный ток с частотой 25 пер/сек. Напряжение на коллекторе тяговых двигателей от 200 до 500 в Наибольшее развитие дороги 3-хфазного переменного тока получили в Италии. Нормальное напряжение 3.300 в при частоте 15—163/3 пер/сек. Имеются опытные линии с использованием 3-хфазного тока нор мальной частоты 50 пер/сек. Напряжение, подводимое к двигателю,—от 400 до 600 в.
Помимо указанных основных систем тока, при электрификации ж. д. применяются следующие системы.Система однофазно-трехфазного тока характеризуется однополюсным контактным проводом с питанием его однофазным током и с преобразованием на электровозе однофазного тока в 3-хфазный при помощи вращающегося преобразователя фаз (так называемым система расщепленной фазы). Имеется на дорогах Норфольк, Западной Пенсильванской (США) и пробных электровозах австрийских ж, -д. На опытном участке около Будапешта применена система расщепленной фазы с частотой 50 пер/сек. и с питанием от 3 -хфазной сети по одной фазе на участок. Система однофазно-постоянного тока: в рабочем проводе—однофазный ток с преобразованием на электровозе в постоянный ток при помощи мотор-генераторов. Дорога Детройт - Толедо (Форд), Нью-Хевен (Америка).
5. Тяговые подстанции служат для преобразования электрической энергии, получаемой от центральной станции, и непосредственного питания сети контактных проводов Э. ж. д. Расстояние между подстанциями Э. ж. д. определяется в зависимости от величины напряжения рабочего тока и от допускаемых падений напряжения в проводах (прямом и обратном) при заданных размерах движения. На дорогах постоянного тока с напряжением 3.000 в расстояние между подстанциями составляет от 25 до 40 км, для 1.500 в.—
ет 10 до 25 км. При однофазном токе в рабочем проводе с напряжением
15.000 в расстояние между подстанциями достигает 80 км, в среднем составляя 50 км. Ограничение расстояний между подстанциями в некоторых случаях вызывается нормами допускаемых падений напряжения в рельсовой цепи по условиям защиты подземных сооружений от электролиза (постоянный ток) и отметающего воздействия на провода связи (переменный ток).
Преобразователи тока, устанавливаемые на тяговых подстанциях, выбираются в зависимости от рода и напряжения рабочего тока в контактной сети и способа питания подстанций. Различают три основных типа тяговых подстанций: 1) для преобразования переменного тока в постоянный, 2) для преобразования переменного тока в переменный же, но другой частоты, и 3) для понижения напряжения переменного тока без преобразования частоты.
Первый тип применяется исключительно на дорогах с постоянным током в рабочей сети. Для напряжений от 600 до 1.500 в качестве преобразователей тока служат: а) одноякорные преобразователи, б) ртутные выпрямители и в) реже мотор-генераторы. Для напряжений постоянного тока свыше 1.500 в преобразователями служат по преимуществу мотор генераторы и ртутные выпрямители (мотор-генераторы в случае рекуперации энергии и ртутные выпрямители—без рекуперации). Второй тип преобразователей устанавливается на дорогах переменного токаниз-кой частоты (16-/3 пер/сек), питаемых от центральных станций общего пользования (50 пер/сек). Преобразователями на таких подстанциях служат: а) моторгенераторы и б) специальные машины, так называемым преобразователи частоты. Третий тип преобразователей применяется для дорог однофазного тока с питанием подстанций от собственных централей, вырабатывающих ток той лее частоты, что и в контактной сети.
Мотор-генераторы на дорогах постоянного тока состоят из моторов синхронных или асинхронных и генераторов— шунтовых или компаундных, располагаемых на одном валу с мотором. При напряжениях постоянного тока свыше 1.500 в.применяется система из двух генераторов на одном валу, соединяемых последовательно. При напря-леении первичной сети до 6.000 в моторы присоединяются к сети без трансформаторов. Коэффициент полезного действия мотор-генераторов для мощностей порядка 2.000 квт. составляет 89%. Одноякорные преобразователи применяются для напряжений постоянного тока до 1.750 в., возможно применение на линиях с рекуперацией энергии. Для мощностей 1.000 квт. коэффициент полезного действия — 93,5% и для 2.000 квт. — 94%. Ртутные выпрямители применяются для всех напряжений постоянного тока на линиях без регенерации энергии, при регенерации же—совместно с мотор-генераторами или одноякорными преобразователями (франция, Америка); коэффициент полезного действия— 96 - 97°/0 для мощностей 1.000 квт. и выше при напряжении 3.000 в Трансформаторы устанавливаются на подстанциях дорог однофазного тока.
Обычно от генератора центральной станции переменный ток идет к повышающему трансформатору, от него— в трехфазную линию передачи высокого напряжения, затем —через понижающий трансформатор—к мотор-генераторной группе; на стороне постоянного тока положительная шина ответвляется в контактный провод, и ток через распределительный щит идет в электровоз; возвращается ток по рельсам к отрицательной шине генератора постоянного тока. На рисунке 1 приведен общий вид американской подстанции Брукдэйл в плане.
6. Контактная сеть Э. ж. д.А. Общие сведения. На магистральных линиях с напряжением свыше 1.000 в контактная сеть устраивается исключительно в виде воздушных контактных линий; до
1.000 в на пригородных дорогах и чаще на метрополитенах применяется так называемым третий рельс. Воздушные контактные линии на дорогах со скоростями движения свыше 40 км!чае делаются исключительно с подвеской по цепной системе, то есть подвеской контактного провода к поддерживающему тросу помощью струн; при скоростях ниже 40 »ы»/час— простая подвеска трамвайного типа. Тип контактной сети определяет конструкцию токоприемника. При воздушном контактном проводе съем тока осуществляется или пантографом, или, реже, роликовым токособирателем; в случае 3-хфазной системы ток подводится к электровозу по двум изолированным проводам, вследствие чего и пантограф состоит из двух отдельных половин; сложность устройства контактной сети на соединениях путей является одной из причин малого распространения этой системы. Устройство 3 рельса имеет перед верхним токосниманием преимущество в смысле большей безопасности для железнодорожных агентов, а также в отношении заносимости при снегопадах.
Б. Системы цепной подвески контактного провода.
1. Простая некомпенсированная. Контактный провод по концам анкерного участкажестко анкеруетсяО. Свойства: тяжения в контактном проводе изменяются в зависимости от изменений температуры. Для регулирования тяжения в проводе применяются натяжные муфты по концам анкерного участка, регулирование по сезонам (весна, осень).
2. Простая компенсированная система. Контактный провод по концам анкерного участка закреплен на мачте подвижным образом. Конец провода может перемещаться в зависимости от изменения длины его вследствие температурных изменений. Тяжение в контактном проводе практически постоянно при всех режимах температур и равно тяжению, создаваемому весом груза на компенсаторе.
3. Цепная подвеска с поворотными консолями. Поддерживающий трос и контактный провод анкерованы на мачте подвияшым образом. Натяжение в тросе и контактном проводе, регулируемое при помощи грузового компенсатора, практически постоянно при всех режимах температур. Не годится на линиях, подверженных частым и сильным гололедным образованиям, вследствие больших провесов провода в таких случаях.
4. Сложная цепная подвеска е вспомогательным тросом (компаунд) применяется в случаях больших сечений меди е целью избежать подвески на особых изоляторах.
В. Материалы цепной подвески.
1. Контактный провод принятого в СССР профиля имеет сечения 100 или 80 миллиметров“. Изготовляется твердотянутым из электролитической меди или из бронзы.
2. Поддерживающий трое изготовляется из меди, бронзы или оцинкованной стали, а также из меди или бронзы с стальной сердцевиной. Тросы изготовляются сечением 50, 70, 95 и 120 жд2.
3. Арматуру цепной подвески (струны, струновые зажимы, стыки провода
) Анкеровкой называется защемление провода.
и так далее) предпочтительнее делать из нержавеющих металлов, остальные детали (подвесные хомуты, трубы для фиксаторов и так далее)— оцинкованными. Литые части арматуры—из ковкого чугуна или стали.
Изоляция в настоящее .время почти на всех линиях при всяком напряжении одиночная. Мачты предпочтительнее железные по соображениям срока
службы. В местностях, богатых лесом, широко применяются пропитанные деревянные мачты—сосновые и реже еловые. Срок службы от 12 до 16 лет. Размеры столбов по расчету. На станциях с большим количеством электрифицированных путей подвеска контактной сети делается преимущественно на поперечных тросах и реже на жестких поперечинах. Первая подвеска обеспечивает хорошую видимость сигналов, но требует высоких и тяжелых металлических опор.
Г. Схемы питания и секционирование сети. Для облегчения нахождения повреждений в сети при параллельной работе подстанции и параллельной работе нескольких путей контактная сеть делится но длине на отдельные участки. На границах таких участков (секций) ставятся выключатели, ручные или же автоматические, позволяющие отключить поврежденный участок сети (так называемым продольное секционирование). Для той же цели на многопутных линиях с параллельной работой нескольких путей между ними через 4-5 км устанавливаются разъединители (ручные или автоматические), дающие возможность при авариях отключить поврежденный путь (поперечное секционирование). Как правило, станции выделяются в самостоятельные секции сети. Станционные пути подразделяются также на секции, причем главные пути всегда независимы от парковых. Последние в свою очередь на развитых станциях подразделяются на группы.
7. Расход энергии на Э. ж. д. Расход энергии слагается,с одной стороны, из расхода энергии моторами на механическую работу преодоления ходового сопротивления движению, сопротивления инерции подвижного состава при трогании и расхода энергии на преодоление подъемов, а с другой стороны—из различных потерь энергии в моторах, в передаче, в линиях электрической передачи и из расхода энергии на собственные нужды электровоза. Расход энергии измеряется в ч./тн. км и относится обычно к шинам высокого напряжения подстанций. Для определения расхода энергии, включая и потери от локомотива до шин высокого напряжения подстанций, принимают коэффициенты полезного действия подстанций, рабочей сетии электровозов или моторных вагонов. С учетом всех потерь средний расход электрической энергии составляет:
Для городских и пригородных ж. д.
от 40 до 70 в т./тн. км.
„ магистральных дорог „ 20 до 50 „ я
Расход энергии на городских и пригородных ж. д. зависит от числа остановок и профиля, на магистральных — гл. обр. от характера профиля и скоростей движения. На горных участках магистралей при электрической тяге применяется так называемое .рекуперативное“ торможение, при котором
моторы работают в качестве генераторов, отдавая ток в сеть и тем самым понижая расход энергии на т. км перевозок. Рекуперация целесообразна для уклонов не ниже 10°W
8. Защита линий слабого тока от мешающего действия тока проводов контактной сети. Линпи слабого тока, расположенные вблизи Э. ж. д., подвержены воздействию индукции от линий контактных проводов. Мешающие действия сетей рабочего тока на телефонные и телеграфные линии сказываются при всех системах тока и в большей мере при переменном. Для устранения их прибегают к прокладке линий связи в кабелях и к фильтрации рабочего тока от гармоник высшего порядка (постоянный ток). Электролиз подземных сооружений возникает под действием „ блуждающих токов“ (вместе утечки из рельс) на ж. д. постоянного тока. Меры предупреждения электролиза—уменьшение падений напряжения в рельсах, хорошая изоляция рельсовой цепи (щебеночный балласт), обратные изолированные провода, присоединяемые параллельно к рельсовой цепи, и—
реже — дренирование; контактный провод всегда соединяют с положительным полюсом генератора, а обратный провод (рельс) — с отрицательным полюсом; при таком соединении разъедание труб происходит только у подстанции, тогда как при ином соединении это разъедание происходило бы под каждым вагоном.
9. Подвижной состав. В качестве основной единицы подвижного состава при мотор-вагонной тяге обыкновенно применяется моторный вагон с одним или двумя прицепными вагонами или, реже, группа из 2 моторных и 3 прицепных вагонов. Такая группа носит название мотор-вагонной поездной единицы. Единицы могут комбинироваться по 2, по 3 или по 4 в зависимости от интенсивности дневного движения, что черезвычайно облегчает задачу овладения пассажиропотоками во время наплыва пассажиров. С другой стороны, в часы затихающего движения возможно путем посылки лишь одной единицы сохранить достаточную частоту отправления, что представляет большое удобство для пассажиров и придает гибкость графику движения.
По конструкции мотор-вагонные и прицепные вагоны мало различаются между собою. Основной характеристикой, общей для обоих типов вагонов, являются: число осей, вес, длина, число мест для сидения и для стояния. В отличие от прицепных, моторные вагоны снабжены электродвигателями, характеристикой которых служат: мощность, и скорость. Моторы обычно располагаются под полом кузова моторного вагона в целях экономии полезной площади внутри вагона, предназначенной для пассажиров. Способ передачи усилия к осям—зубчатая передача. Общий вид моторного вагона
Рисунок 4.
(Иллинойс — Центральной жел. дор. в США приведен на рисунке 2. На рисунке 3 показана трехвагонная единица Северных ж. д. Московского узла. В табл. 2 приведены основные данные по некоторым типам мотор-вагокного подвижного состава.
Типы электровозов гораздо более многочисленны, чем типы мотор-вагонного подвижного состава. О конструктивной стороне электровозов см. XL1, ч. 10, 532 сл.
В табл. 3 приведены данные о современных наиболее мощных электровозах, а также о первых электровозах СССР, работающих на перевальном участке Закавказских ж. д. Общий вид электровоза серии „С приведен на рисунке 4.
Организация электровозного движения во многом сходна с организацией движения при паровой тяге. Различие же между ними проистекает из того.
что электровозная тяга имеет большие скорости и большие тяговые плечи, и, кроме того, электровоз является более простой машиной в эксплуатации, чем паровоз. При электрической тяге отпадает забота о водоснабжении, кочегарных ямах, нефтекачках, угольныхскладах, поворотных кругах, что упрощает работу станции и дает экономию в территории. Так же упрощается ремонт электровозов, поскольку отпадают такие цеха, как тендерный, котельный, трубный и так далее, необходимые для ремонта паровозов.
Таблица 2.
Главнейшие данные о современной мотор-вагонном подвижном составе.
|
| |
| |
Состав еди- | |
| |
Моторный вагон | |
| |
Прицепной вагон | |
|
Страна | |
Род точа и | |
ницы (м— | |
Числомоторов | |
Мощн. мотора, л. с. | |
Вес ва- | |
Число | |
мест | |
Вес | |
Число | |
мест | |
|
напряж. | |
моторные, и —прицепные) | |
гона
(безпасс.),
т. | |
Сидеть | |
Стоять | |
(безпасс.) | |
Сидеть | |
Стоять | |
|
Германия. . . | |
Пост. 800 в. | |
(2 м. 1.9 п. | |
2 | |
230 | |
41,0 | |
79 | |
137 | |
14,5 | |
44 | |
68 | |
|
франция. . . | |
Пост. 1.500 в. | |
,1 метров.
| 2 п. | |
4 | |
235 | |
65,1 | |
82 | |
61 | |
37,7 | |
86 | |
63 | |
|
Англия | |
Пост. | |
Г1 метров.
I2 п- | |
4 | |
280 | |
66,0 | |
84 | |
20 | |
28,0 | |
100 | |
20 | |
|
| |
» | |
(2 м. 1з п. | |
4 | |
250 | |
68,0 | |
69 | |
- | |
4’° | |
103 | |
| |
|
СССР | |
Пост. 1.500 в. | |
г-
(2 п. | |
4 | |
210 | |
58, | |
108 | |
54 | |
37,0 | |
108 | |
54 | |
Таблица 3.
Главнейшие данные о современных наиболее мощных типах электровозов.
|
Формулао«ей | |
Род тока и напряжения
— л. | |
Родслужбы | |
Вес | |
Мощность, л. <. | |
Jj О Ч “ и О 53 и о о 3 « О Й £8
я g | |
Страна | |
Примечание | |
|
Общий | |
Сцепн. | |
|
i-3-fa—1 | |
О. - Т.з) | |
тов. и | |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
|
| |
11.000 в. | |
пасс. | |
218 | |
180 | |
4.000 | |
128 | |
США | |
1) Нуль при чиеле ве- | |
|
2—30— 1 -f- | |
П.<) | |
| |
241,4 | |
150 | |
4.000 | |
104,6 | |
| |
дущих осей указывает | |
|
-f-1—30—2‘) | |
3.000 в. | |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
на зубчатую передачу. | |
|
1-24-2—1 | |
О.»)—15.000 | |
тов. | |
90,8 | |
72,2 | |
2.800 | |
6» | |
Швейцария | |
| |
|
-V-1- | |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
2) О-однофазный ток. | |
|
—2,-Н-Н- | |
О. 15.000 | |
пасс. | |
| |
| |
| |
| |
| |
3) 0. - Т. — однофазно- | |
|
- 2в—1— | |
| |
тов. | |
244 | |
— | |
8.8005) | |
100 | |
Швейцария | |
трехфазный. | |
|
-2,-1 | |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
|
2—1 | |
О.-Т. 15.000 | |
пасс. | |
99,9 | |
56,5 | |
2.000 | |
100 | |
„ | |
4) П—постоянный. | |
|
1—3,-3,-1 | |
О.—15.000 | |
тов. | |
138,8 | |
115,8 | |
3.560 | |
65 | |
Германия | |
5) Самый мощный в | |
|
1-4.-1 | |
тоже | |
пасс. | |
109,5 | |
58.6 | |
3.550 | |
НО | |
„ | |
мире. | |
|
2-343-2 | |
П. Т. 1.500в. | |
пасс. | |
158 | |
108 | |
5.340 | |
130 | |
франция | |
| |
|
2—4,—2 | |
„ | |
| |
122 | |
76,7 | |
3.200 | |
140 | |
| |
| |
|
0—2,—20—0 | |
„ | |
тов. | |
76,7 | |
76 | |
1.720 | |
85 | |
| |
| |
|
0—30-}-Зв—0 | |
П. Т. 3.000 в. | |
пасс. | |
132 | |
132 | |
2.760 | |
65 | |
СССР | |
| |
|
о - з,4-з,—о | |
| |
‘ | |
114 | |
114 | |
— | |
75 | |
, | |
| |
Литература: Пушкин, И. Д., „Электровоз на службу социалистическому транспорту“ (1932); Жапио, М., и Ферран, „Электрическая тяга в С.-А. С. Н1.“ (1931); Забродин, В. А., „Первый электрифицированный участок на магистральных ж.-д. путях“ („Гудок“, М., 1932, № 7—8); Бернацкий, Л. //., „Электрические жел. дороги“ (1926); Герливанов, Г. А., и Иванов, И. С., „Электрификация ж. д. Западной Европы44 (1932); Медель, В., „Магистральные дороги постоянного тока“ (1931).
А. Гамнов.
XI. Электрическое освещение. 1. Значение и историческое развитие Э. о. По сравнению со леем я другими видами освещения Э. о. имеет безусловно все преимущества. Научные исследования показали, что к )аботе глаза при искусственном освещении нужно относиться весьма внимательно, иначе могут происходить всевозможен, осложнения. При плохом искусственном освещении и при все развивающихся ночных работах может сильно распространиться инвалидность но зрению, увеличиться число несчастных случаев, уменьшиться производительность труда, ухудшиться качество вырабатываемых продуктов. Научные исследования показывают, что самое хорошее освещение по своей стоимости может окупиться и еще может получиться дополнительная прибыль по сравнению со всеми расходами, необходимыми для покрытия всех потерь, могущих произойти от плохого освещения. На производствах и в больших учреждениях должно быть рационально поставленное световое хозяйство. Статистика показывает, что 15-20°/о всей вырабатываемой электрической энергии используется для нужд освещения. В настоящее время не редкость электрические осветительные установки мощностью 200, 500 и 2.500 квт.
Э. о. начало развиваться примерно лет пятьдесят тому назад, хотя попытки получить свет при помощи электричества были значительно раньше. В 1801 г. Тенар и Деви производили опыты накаливания проводников электрическим током. В 1802 г. В. В. Петровоткрыл явление вольтовой дуги {см. XI, 192 сл.). В 1854 г. Гебель сконструировал впервые электрическую лампу накаливания с угольной нитью. В 1873 г. Ладыгин применил угольные электрические лампы для освещения Адмиралтейства в Петербурге. В 1877 г. Яблочков при помощи своей „сЕечи“ (вольтова дуга с вертикально поставленными и горящими вверх углями) осветил Avenue de ГОрега в Париже. В 1879 г. Эдиссон сконструировал электрическую лампу накаливания, технически пригодную для эксплуатации и получившую широкое распространение как в Америке, так и в Европе. В 1903-1904 г. были изготовлены электрические лампы с нитью накала из металла (цирконий, тантал, позднее вольфрам). В 1906 г. лампы с вольфрамовой нитью накала получили широкое распространение. В 1913 г. Всеобщ. комп, электр. выпустила газополные лампы. В последнее время имеются попытки искания более экономичных источников света. Для изготовления ламп накаливания более экономичных, чем существующие, нужно иметь в распоряжении материал для тела накала, обладающий высокой температурой плавления, незначительной способностью испарения и селективным излучением. В настоящее время производятся опыты изготовления нити накала для электрических ламп из вновь открытого металла рения, имеющего температуру плавления около 3200° С (несколько ниже вольфрама—3370° С), но менее подверженного испарению. Изготовляются также нити накала из карби-
Iюдов различных металлов, обладающих высокой температурой плавления (карбид тантала и гафния 3940°. С).
2. Световые величины и их определение. Световой поток есть лучистая мощность, оцениваемая глазом по производимому ей световому ощущению. Светимость (поверхностная плотность светового потока) есть отношение величины светового потока, испускаемого поверхностью, к ее величине. Освещенность в какой-либо точке поверхности есть плотность светового потока в этой точке, иля отношение величины светов. потока, падающ.на поверхность, к величине поверхности. Световая энергия есть произведение величины светового потока на время его действия. Количес7пво освещения (поверхностнаяплотность световой энергии) есть произведение величины освещенности на время ее действия. Сила света точечного источника есть отношение светового потока к телесному углу, в котором он заключается и вершина кото- рого опирается на точечный источник.! Для источников конечных размеров силой света считается отношение све-товога потока к телесному углу при условии, что измерение силы света производится на достаточно большом расстоянии. Яркость светящейся поверхности в данном направлении есть отношение силы света поверхности в этом направлении к площади проекции i светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную к рассматриваемому направлению.
Таблица 1. Основные светотехнические величины.
Наименование величин
Обозначение и определяющие уравнения.
Озетовой поток|
Светимость (поверхностная плотность светового потока).
Освещенность
Световая анергил
Количество освещения (поверхностная плотность еветов ш j энергии) ..j
Сила света..j
Яркость
F
Е =
F
S
L=FT
И ЕТ
R =
dF
dS
Е -
dF
dS
L ~ | FdT
M8“
dF
dto
В =
dS cosa
Обозначения: Г—время, J — площадь, u> — телесный угол, а —угол между данным направлением х нормалью к рассматриваемой поверхности.
Обозначения и определяющие уравнения приняты международной Осветительной комиссией,кроме отмеченных звездочкой. 3
3. Световые единицы, их определение 11932 г. утвержден, как обязательный,
и обозначение. Всесоюзным комитетом j стандарт на световые единицы (ОСТ
по стандартизации при СТО с 1 июля 4891):
|
Наименование единиц. | |
Сокращенное обозначение (шттфт) | |
| |
|
иностр. | |
ру сек. | |
v И О С Д С Л Ь Л Г. л | |
|
Кдиницы яркости: | |
| |
| |
| |
|
Стильб
!
!
i | |
зЬ | |
| сб 1 | |
Яркость равномерно светящейся плоской поверхности в перпендикулярном к ней направленна, испускающей в том лее направлении свет силой в одну свечу с одного кв. сантиметра. | |
|
!
МиллшстилъбI
1 | |
msb | |
мсб | |
0,001 sb. | |
Точное значение вышеприведенных световых единиц для научных и практических целей определяется по основным эталонным лампам, выверяемым и хранимым Всесоюзным научно“иссл. пнем, метрологии и стандартизации Всесоюзного комитета по стандартизация при СТО. Рекомендуется пользоваться латинскими буквенными обозначениями и употреблять рус
ские обозначения лишь в тех случаях, когда применение латинских обозначений встречает затруднения. На рисунке 1 в наглядной форме графически представлена зависимость между световыми единицами.
4. Воспроизведение световых edumttf. Для всех световых измерений служит единица силы света—международная свеча, установленная соглашением между государственными метрологическими лабораториями Англии, франции и Америки. Международная свеча воспроизведена специально приготовленными электрическими лампами накаливания, хранящимися в виде эталонов в метрологических лабораториях вышеуказанных государств. В СССР в 1925 году декретом СНК постановлено считать за единицу силы света международную свечу. Большинство стран производит световые измерения по международной свече. В Германии до этих пор единица силы света воспроизводится лампой Хефнера (ср. XLIY, 383), в которой горит амилацетат при строго определенном размере фитиля и высоте пламени 40 миллиметров. Соотношение международной свечи и свечи Хефнера в зависимости от температуры источников света приведено в таблице 3.
Таблица 3. Соотношение международной свечи и свечи Хефнера.
|
Источники света при нормальном режиме горения. | |
Переводный коэффициент международной свечи в свечу Хефнера. | |
|
Угольная лампа | |
1,11 | |
|
Вольфрамовая вакуумная лампа | |
1,145 | |
|
Гаоополвая лампа | |
1,17 | |
деления силы света, а на рисунке 3 — продольна т кривая распределения силы света вольфрамовой вакуумной лампы.
Сила света в одном каком-нибудь направлении измеряется обычно на линейном фотометре, схема которого представлена на рисунке 4, где 1D — известный по силе света источник (эталон), /у—источник света, который должен быть измерен, Ф — фотометрическая
Л
Лх
Ь— о
т
-ел
Рдс. 4.
Рисунок 2.
головка, которая устанавливается так, чтобы оса поля сравнения экрана головки имели одинакову ю яркость; тогда справедливо равенство:
нязтся распределительный фотометр, схема которого представлена на рисунке 5, где 3—зеркало, могущее вращаться вокруг испытуемого источника света; Э — экран, за- щищающпй фотометрическую головку от прямого попадания лучей от источника света; Ф— фотометрическая головка; If — испытуемый источник света или эталон; Е—промежуточная лампа; е0=a -J- Ь — расстояние ст испытуемого источника или эталона до фотометрической головки. При производстве измерений испытуемый источник света в прямом на„3
|
г
ЧГ“Т | |
i а А
j i! | |
, & | |
Ф | |
| |
|
где 1э и 1х — соответствующие расстояния от источников света до центра фотометрической головки.
Для получения кривых распределе- | |
! /л j
I э | |
| |
; | |
| |
|
| |
| |
5. | |
1 0 | |
ния силы света в продольной и поперечной плоскости (рисунок 2 и 3) примеяг
Рисунок 3.
правлении фотометрической головки закрыт экраном, и нащоловку попадет свет только от зеркала. Зеркало может Еращаться вокруг источника света на 360°. Центр вращения зеркала должен совпадать со световым центром измеряемого источника света. Головка фотометра все время остается на месте. Для достижения фотометрического равновесия меняется расстояние I промежуточной лампы до фотометрической головки. Чтобы исключить коэффициент отражения зеркала и расстояние Ц, в К помещается не самый эталон, а промежуточная лампа, сила света / которой опредексах. При больших освещенностях применяются фильтры (11), включаемые перед экраном (9) рычагом (12). При применении фильтров показания люксметра нужно множить на указанные при люксметре коэффициенты.
В настоящее время широко начинает применяться объективная фотометрия. Световые потоки и освещенности измеряются объективным методом при помощи фотоэлементов без участия глаза. Как известно, работа глаза не постоянна и зависят от многих факторов, влияющих на точность измерений. При фотометрических измерениях фотоэлементы иначе реагируют на световой поток, чем глаз, поэтому приходится дополнительно вводить светофильтры, что значительно затрудняет применение фотоэлементов. При фотометрических измерениях приме-
fHflioTCH вакуумные фотозле-j менты или с газовым капол-/ нением; светочувствительный слой таких фотоэлементов состоит из металлов калия, натрия, бария, рубидия, цезия; суммарная чувствительность таких фотоэлементов к свету колеблется в преде-рас. в лах 20:30 микроампер на люмен. Кроме указанных фотоэлементов, применяются для световых измерений купроксные и селеновые фотоэлементы; суммарная чувствительность первых около 100 миллиампер на люмен, чувствительность вторых 200 — 300 миллиампер на люмен.
Приемы измерения освещенности в помещении сводятся к нахождению средней (Е срвл), минимальной (ЕМВЯи) и максимальной (#мавс) освещенностей, а также и коэффициента неравномерности -мил.: -Wc. При производстве измерений все помещение разбивается на равные части (обычно кв. м), в каждом квадрате измеряется освещенность 2—3 раза, берется из этих измерений среднее значение освещенности и записывается на предварительно приготовленном, в определенном масштабе, плане помещения. Полученные таким измерением наибольшее и наименьшее значения освещенности принимаются за и средняя освещенностьсред. находится обычно, как среднее значение из всех освещенностей, найденных для каждого квадрата.
6. Электрические источники света можно подразделить на два класса: на источники с температурным излучением и на источники с излучением по способу люминесценции; к первым относятся лампы накаливания и отчасти вольтовы дуги с чистыми углями, ко вторым— вольтовы дуги с эффектными углями, ртутные дуговые лампы и светящиеся трубки с разреженными газами.
> Энциклопедический словарь Гранат, страница > Эксплоатация Э
