|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
LỊCH SỬ CÔNG NGHỆ, CÔNG NGHỆ, ĐỐI TƯỢNG QUA CHÚNG TÔI
Truyền tải điện năng trên một khoảng cách xa. Lịch sử phát minh và sản xuất
Cẩm nang / Lịch sử của công nghệ, kỹ thuật, các đối tượng xung quanh chúng ta Đường dây truyền tải điện (PTL) là một trong những thành phần của mạng điện, một hệ thống thiết bị năng lượng được thiết kế để truyền tải điện thông qua dòng điện. Ngoài ra, đường dây điện là một phần của hệ thống vượt ra ngoài nhà máy điện hoặc trạm biến áp.
Trong một phần ba cuối thế kỷ XNUMX, vấn đề năng lượng trở nên rất gay gắt ở nhiều trung tâm công nghiệp lớn của châu Âu và châu Mỹ. Các tòa nhà dân cư, phương tiện giao thông, nhà máy và xưởng sản xuất ngày càng đòi hỏi nhiều nhiên liệu hơn, các nhiên liệu này phải được vận chuyển từ xa, do đó giá của nó không ngừng tăng lên. Về vấn đề này, ở đây và ở đó họ bắt đầu chuyển sang sử dụng thủy điện của các con sông, loại thủy điện rẻ hơn và dễ tiếp cận hơn nhiều. Đồng thời, sự quan tâm đến năng lượng điện đang gia tăng ở khắp mọi nơi. Từ lâu, người ta đã ghi nhận rằng loại năng lượng này vô cùng tiện lợi: điện năng được tạo ra dễ dàng và cũng như dễ dàng chuyển đổi thành các dạng năng lượng khác, dễ dàng truyền qua một khoảng cách, cung cấp và nghiền nát. Các trạm phát điện đầu tiên thường là một máy phát điện kết nối với động cơ hơi nước hoặc tuabin, và nhằm cung cấp điện cho các đối tượng riêng lẻ (ví dụ, một xưởng hoặc một ngôi nhà, trong trường hợp cực đoan là một phần tư). Từ giữa những năm 80, các trạm điện trung tâm thành phố bắt đầu được xây dựng, cung cấp dòng điện chủ yếu cho chiếu sáng. (Nhà máy điện đầu tiên như vậy được xây dựng vào năm 1882 ở New York dưới sự chỉ đạo của Edison.) Dòng điện được tạo ra bởi các động cơ hơi nước mạnh mẽ. Nhưng đến đầu những năm 90, rõ ràng vấn đề năng lượng không thể được giải quyết theo cách này, vì nguồn điện của các trạm trung tâm nằm ở khu vực trung tâm của thành phố không thể lớn lắm. Họ đã sử dụng cùng một loại than và dầu, tức là họ không loại bỏ được vấn đề phân phối nhiên liệu. Việc xây dựng các nhà máy điện ở những nơi có nguồn nước và nhiên liệu rẻ sẽ rẻ hơn và thiết thực hơn. Tuy nhiên, theo quy luật, những khu vực có thể có điện giá rẻ với số lượng lớn đã bị di dời khỏi các trung tâm công nghiệp và các thành phố lớn hàng chục và hàng trăm km. Do đó, một vấn đề khác nảy sinh - việc truyền tải điện trên một khoảng cách xa. Các thí nghiệm đầu tiên trong lĩnh vực này có từ đầu những năm 70 của thế kỷ XIX, khi chúng sử dụng chủ yếu là dòng điện một chiều. Họ chỉ ra rằng ngay khi chiều dài của dây kết nối giữa máy phát dòng điện và động cơ tiêu thụ dòng điện này vượt quá vài trăm mét, thì động cơ đã giảm đáng kể công suất do tổn thất năng lượng lớn trong cáp. Hiện tượng này rất dễ giải thích nếu chúng ta nhớ đến tác dụng nhiệt của dòng điện. Đi qua cáp, dòng điện làm nóng nó. Những tổn thất này càng lớn thì điện trở của dây dẫn và cường độ dòng điện đi qua nó càng lớn. (Nhiệt lượng Q toả ra rất dễ tính. Công thức có dạng như sau: Q = RI2, trong đó I là cường độ của dòng điện chạy qua, R là điện trở của cáp. Rõ ràng, điện trở của dây càng lớn thì chiều dài càng lớn và tiết diện của dây càng nhỏ. Nếu trong công thức này, chúng ta lấy I = P / U, trong đó P là công suất của đường dây và U là điện áp hiện tại, thì công thức sẽ có dạng Q = RP2 / U2. Từ đó có thể thấy rằng tổn thất nhiệt càng nhỏ, hiệu điện thế càng lớn) Chỉ có hai cách để giảm tổn thất trong đường dây tải điện: hoặc tăng tiết diện của dây tải điện hoặc tăng hiệu điện thế. Tuy nhiên, sự gia tăng tiết diện của dây dẫn đã làm tăng giá thành của nó lên rất nhiều, vì đồng khá đắt sau đó được sử dụng làm chất dẫn điện. Chiến thắng hứa hẹn nhiều hơn theo cách thứ hai. Năm 1882, dưới sự lãnh đạo của kỹ sư điện nổi tiếng người Pháp Despres, đường dây điện một chiều đầu tiên được xây dựng từ Miesbach đến München, dài 57 km. Năng lượng từ máy phát điện được chuyển đến một động cơ điện cung cấp năng lượng cho máy bơm. Trong trường hợp này, tổn thất trong dây lên tới 75%. Năm 1885, Despres thực hiện một thí nghiệm khác, thực hiện việc truyền tải điện năng giữa Creil và Paris trên quãng đường dài 56 km. Trong trường hợp này, một điện áp cao đã được sử dụng, đạt 6 nghìn vôn. Tổn thất giảm xuống còn 55%. Rõ ràng là bằng cách tăng điện áp, có thể làm tăng đáng kể hiệu suất của đường dây, nhưng đối với điều này cần phải xây dựng các máy phát điện một chiều cao áp, điều này đi kèm với những khó khăn kỹ thuật rất lớn. Ngay cả với điện áp tương đối thấp này, Despres đã phải liên tục sửa chữa máy phát điện của mình, trong các cuộn dây thỉnh thoảng vẫn xảy ra sự cố. Mặt khác, không thể sử dụng dòng điện cao thế, vì trong thực tế (và chủ yếu cho nhu cầu chiếu sáng), cần phải có một điện áp rất nhỏ, khoảng 100 vôn. Để hạ điện áp một chiều, người ta phải xây dựng một hệ thống biến đổi phức tạp: dòng điện cao áp làm động cơ quay, nó làm quay máy phát, tạo ra dòng điện áp thấp hơn. Đồng thời, tổn thất thậm chí còn tăng lên nhiều hơn, và ý tưởng truyền tải điện trở nên không có lợi về mặt kinh tế. Dòng điện xoay chiều có vẻ thuận tiện hơn về mặt truyền tải, nếu chỉ vì nó có thể dễ dàng biến đổi, nghĩa là, điện áp của nó có thể tăng lên và sau đó giảm xuống trong một phạm vi rất rộng. Năm 1884, tại triển lãm Turin, Golyar đã tiến hành truyền tải điện năng trên quãng đường dài 40 km, nâng hiệu điện thế trong đường dây lên 2 nghìn vôn với sự hỗ trợ của máy biến áp. Kinh nghiệm này cho kết quả tốt, nhưng nó không dẫn đến sự phát triển rộng rãi của điện khí hóa, vì như đã đề cập, động cơ xoay chiều một pha kém hơn động cơ điện một chiều về mọi mặt và không có sự phân bổ. Do đó, việc truyền tải dòng điện xoay chiều một pha trên một khoảng cách xa là không có lợi. Trong những năm tiếp theo, hai hệ thống dòng điện nhiều pha đã được phát triển - hai pha của Tesla và ba pha của Dolivo-Dobrovolsky. Mỗi người trong số họ đều tuyên bố một vị trí thống trị trong kỹ thuật điện. Sự nhiễm điện nên đi theo con đường nào? Lúc đầu, không ai biết câu trả lời chính xác cho câu hỏi này. Ở tất cả các quốc gia đã có một cuộc thảo luận sôi nổi về những ưu điểm và nhược điểm của từng hệ thống dòng điện. Tất cả họ đều có những người ủng hộ nhiệt thành và những người phản đối quyết liệt. Một số rõ ràng về vấn đề này chỉ đạt được trong thập kỷ tiếp theo, khi một bước đột phá đáng kể đã được thực hiện trong điện khí hóa. Triển lãm Quốc tế Frankfurt năm 1891 đóng một vai trò rất lớn trong việc này. Vào cuối những năm 80, câu hỏi đặt ra về việc xây dựng một nhà máy điện trung tâm ở Frankfurt am Main. Nhiều công ty của Đức và nước ngoài đã đề nghị chính quyền thành phố các phương án khác nhau cho các dự án sử dụng dòng điện một chiều hoặc xoay chiều. Thị trưởng Frankfurt rõ ràng đang ở trong một tình thế khó khăn: ông không thể đưa ra lựa chọn mà ngay cả nhiều chuyên gia cũng không thể làm được. Để làm rõ vấn đề gây tranh cãi, người ta đã quyết định tổ chức một cuộc triển lãm điện quốc tế đã được lên kế hoạch từ lâu tại Frankfurt. Mục tiêu chính của nó là trình diễn sự truyền và phân phối năng lượng điện trong các hệ thống và ứng dụng khác nhau. Bất kỳ công ty nào cũng có thể chứng tỏ sự thành công của mình tại triển lãm này, và một ủy ban quốc tế gồm các nhà khoa học có thẩm quyền nhất đã phải nghiên cứu kỹ lưỡng tất cả các cuộc triển lãm và trả lời câu hỏi chọn loại hiện tại. Vào đầu triển lãm, các công ty khác nhau đã phải xây dựng đường dây tải điện của họ, và một số sẽ chứng minh khả năng truyền tải dòng điện một chiều, số khác - dòng điện xoay chiều (cả một pha và nhiều pha). Công ty AEG đã được yêu cầu thực hiện việc truyền tải điện từ thị trấn Laufen đến Frankfurt trên quãng đường dài 170 km. Vào thời điểm đó, đó là một khoảng cách rất xa, và nhiều người coi ý tưởng này là tuyệt vời. Tuy nhiên, Dolivo-Dobrovolsky quá tin tưởng vào hệ thống và khả năng của dòng điện ba pha đến nỗi ông đã thuyết phục giám đốc Rothenau đồng ý thử nghiệm. Khi những báo cáo đầu tiên về dự án truyền tải điện Laufen-Frankfurt xuất hiện, các kỹ sư điện trên thế giới đã chia thành hai phe. Một số nhiệt tình hoan nghênh quyết định táo bạo này, một số khác coi đây như một chiêu quảng cáo ồn ào nhưng không có căn cứ. Các tổn thất năng lượng có thể xảy ra đã được tính toán. Một số người tin rằng chúng sẽ là 95%, nhưng ngay cả những người lạc quan nhất cũng không tin rằng hiệu suất của dây chuyền như vậy sẽ vượt quá 15%. Các nhà chức trách nổi tiếng nhất trong lĩnh vực kỹ thuật điện, bao gồm cả Despres nổi tiếng, bày tỏ nghi ngờ về tính khả thi kinh tế của cam kết này. Tuy nhiên, Dolivo-Dobrovolsky đã thuyết phục được ban lãnh đạo công ty về sự cần thiết phải đảm nhận công việc được đề nghị. Vì chỉ còn rất ít thời gian trước khi khai mạc triển lãm nên việc thi công đường dây điện diễn ra vô cùng gấp rút. Trong sáu tháng, Dolivo-Dobrovolsky đã phải thiết kế và chế tạo một động cơ không đồng bộ 100 mã lực có công suất chưa từng có. và bốn máy biến áp cho 150 kilowatt, mặc dù thực tế là công suất tối đa của máy biến áp một pha khi đó chỉ là 30 kilowatt. Không thể nghi ngờ gì về các thiết kế thử nghiệm: đơn giản là không có đủ thời gian cho việc này. Ngay cả động cơ và máy biến áp được chế tạo cũng không thể được thử nghiệm tại nhà máy, vì không có máy phát điện ba pha có công suất thích hợp ở Berlin (máy phát điện cho nhà ga Laufen được xây dựng ở Erlikson). Do đó, tất cả các yếu tố truyền tải điện phải được bật trực tiếp tại triển lãm trước sự chứng kiến của nhiều nhà khoa học, đại diện của các hãng cạnh tranh và vô số phóng viên. Sai lầm nhỏ nhất sẽ không thể tha thứ. Ngoài ra, mọi trách nhiệm về thiết kế và lắp đặt trong quá trình xây dựng đường dây điện đều đổ lên vai Dolivo-Dobrovolsky. Trên thực tế, trách nhiệm còn lớn hơn - sau cùng, câu hỏi không chỉ được quyết định về sự nghiệp của Dolivo-Dobrovolsky và uy tín của AEG, mà còn về con đường phát triển của kỹ thuật điện. Dolivo-Dobrovolsky hoàn toàn hiểu tầm quan trọng của nhiệm vụ trước mắt và viết sau này: “Nếu tôi không muốn mang nỗi xấu hổ không thể xóa nhòa về dòng điện ba pha của mình và khiến nó bị mất lòng tin, điều khó có thể nhanh chóng biến mất sau này, tôi đã có nghĩa vụ đảm nhận nhiệm vụ này và giải quyết nó. Nếu không, các thí nghiệm Laufen-Frankfurt, và nhiều thí nghiệm được phát triển trên cơ sở của chúng, sẽ đi theo con đường sử dụng dòng điện một pha. Một nhà máy thủy điện nhỏ đã được xây dựng ở Laufen trong một thời gian ngắn. Tuabin 300 mã lực quay một máy phát điện ba pha, được thiết kế và chế tạo, như đã đề cập, tại nhà máy ở Erlikson. Từ máy phát điện, ba sợi dây đồng khổ lớn dẫn đến tổng đài. Ở đây đã lắp đặt các ampe kế, vôn kế, cầu chì và rơ le nhiệt. Từ tổng đài, ba dây cáp đi đến ba máy biến áp ba pha kiểu "lăng trụ". Các cuộn dây của tất cả các máy biến áp được nối thành hình sao. Nó được cho là truyền tải điện ở hiệu điện thế 15 nghìn vôn, nhưng tất cả các tính toán đều được thực hiện ở mức 25 nghìn vôn. Để đạt được điện áp cao như vậy, người ta đã lên kế hoạch bao gồm hai máy biến áp ở mỗi đầu của đường dây, để các cuộn dây điện áp thấp của chúng được mắc song song và các cuộn dây điện áp cao hơn được mắc nối tiếp. Từ các máy biến áp ở Laufen, một đường dây ba dây bắt đầu, được treo trên 3182 cột gỗ cao 8 và 10 m với nhịp trung bình 60 m. Không có công tắc nào trên đường dây. Để nhanh chóng tắt dòng điện nếu cần, hai thiết bị gốc đã được cung cấp. Gần nhà máy thủy điện Laufen, hai cột chống được lắp đặt cách nhau 2 m. Ở đây, một bộ chèn nóng chảy, bao gồm hai dây đồng có đường kính 5 mm, được đưa vào khe hở của mỗi dây của đường dây. Ở Frankfurt và gần các ga đường sắt (một phần của tuyến chạy dọc theo đường ray), cái gọi là các chốt chặn ở góc đã được lắp đặt. Mỗi người trong số họ là một thanh kim loại được treo bằng dây trên một giá đỡ hình chữ L. Chỉ cần kéo dây là đủ, và chùm tia rơi vào cả ba dây, tạo ra một mạch ngắn nhân tạo, khiến các cầu chì trong Laufen bị cháy và toàn bộ đường dây bị khử năng lượng. Ở Frankfurt, dây dẫn đến các máy biến áp bậc thang (chúng ở triển lãm trong một gian hàng đặc biệt), làm giảm điện áp đầu ra xuống còn 116 volt. Một trong những máy biến áp này được kết nối với 1000 bóng đèn sợi đốt 16 ngọn nến (55 watt) mỗi chiếc - một động cơ Dolivo-Dobrovolsky ba pha lớn, nằm trong một gian hàng khác. Điện áp đường dây của máy phát điện ở Laufen là 95 vôn. Máy biến áp bậc thang có tỷ số biến đổi là 154. Do đó, điện áp hoạt động trong đường dây điện là 14650 vôn (95 × 154). Đối với thời điểm đó, nó là một điện áp rất cao. Chính phủ của các vùng đất mà đường dây điện đi qua đã phải lo lắng về việc xây dựng nó. Một số có cảm giác sợ hãi ngay cả khi đứng trước những cột gỗ, trên đó có gắn những viên đầu lâu. Mối quan tâm đặc biệt là khả năng đứt dây và rơi xuống đường ray. Ủy ban triển lãm và những người xây dựng đường dây đã phải làm rất nhiều công việc giải thích để thuyết phục các quan chức chính phủ rằng tất cả các mối nguy hiểm có thể xảy ra đã được nhìn thấy trước và đường dây được bảo vệ một cách đáng tin cậy. Chính quyền Baden vẫn không cho phép nối đoạn của đường đã hoàn thành trên biên giới Baden. Để tháo gỡ những chướng ngại vật cuối cùng và xóa tan những nghi ngờ của chính quyền địa phương, Dolivo-Dobrovolsky đã tiến hành một thí nghiệm nguy hiểm nhưng rất thuyết phục. Khi đường dây lần đầu tiên được đóng điện, một trong những sợi dây ở biên giới Baden và Hesse đã bị đứt một cách giả tạo và rơi xuống đường ray với một tia sáng chói lòa. Dolivo-Dobrovolsky ngay lập tức đến và nhặt dây bằng tay không: anh ta chắc chắn rằng lớp bảo vệ mà anh ta thiết kế sẽ hoạt động. "Phương pháp" chứng minh này hóa ra rất minh họa và đã loại bỏ chướng ngại vật cuối cùng trước khi kiểm tra đường dây. Vào lúc 25 giờ trưa, ngày 1891 tháng 12 năm 1000, 75 ngọn đèn điện chạy bằng dòng điện của nhà máy thủy điện Laufen lần đầu tiên lóe sáng tại triển lãm. Những chiếc đèn này đóng khung các tấm chắn và mái vòm phía trên lối vào phần đó của triển lãm, các vật trưng bày thuộc về đường dây truyền tải Laufen-Frankfurt. Ngày hôm sau, một động cơ 12 kilowatt đã được thử nghiệm thành công, lần đầu tiên nó cung cấp năng lượng cho một thác nước cao XNUMX mét vào ngày XNUMX tháng XNUMX. Mặc dù thực tế là đường dây, máy móc, máy biến áp, tổng đài được thực hiện một cách vội vàng (một số chi tiết, theo Dolivo-Dobrovolsky, được nghĩ ra chỉ trong một giờ), toàn bộ quá trình cài đặt vẫn được bật lên mà không cần kiểm tra sơ bộ, trước sự ngạc nhiên của một số và trước sự hài lòng của những người khác, ngay lập tức bắt đầu hoạt động tốt. Thác nước đã gây ấn tượng đặc biệt đối với khách tham quan triển lãm. Tuy nhiên, những người hiểu biết hơn về các vấn đề vật lý và kỹ thuật điện đã vui mừng vì ngày hôm đó không phải là một thác nước khổng lồ lấp lánh với hàng ngàn mảnh thủy tinh, được chiếu sáng bởi hàng chục ngọn đèn nhiều màu. Niềm vui của họ được kết nối với sự hiểu biết rằng thác nước nhân tạo tuyệt đẹp này được cung cấp bởi một con suối nằm cách đó 170 km trên sông Neckar gần thị trấn Laufen. Họ đã nhìn thấy trước mắt họ một giải pháp tuyệt vời cho vấn đề truyền tải điện năng trên một khoảng cách xa. Vào tháng 25, một ủy ban quốc tế đã bắt đầu thử nghiệm đường truyền Laufen-Frankfurt. Người ta thấy rằng tổn thất đường truyền chỉ là 25%, đây là một con số rất tốt. Vào tháng 21, đường dây đã được thử nghiệm ở mức XNUMX vôn. Đồng thời, hiệu suất của nó tăng lên và tổn thất giảm xuống còn XNUMX%. Đại đa số các thợ điện từ khắp nơi trên thế giới (hơn một triệu người đã đến thăm triển lãm) đánh giá cao ý nghĩa của thí nghiệm Laufen-Frankfurt. Dòng điện ba pha nhận được đánh giá rất cao, và từ bây giờ con đường rộng lớn nhất đến ngành công nghiệp đã được mở ra cho nó. Dolivo-Dobrovolsky ngay lập tức trở thành một trong những kỹ sư điện hàng đầu thế giới, và tên tuổi của ông trở nên nổi tiếng thế giới.
Do đó, vấn đề năng lượng chính của cuối thế kỷ XNUMX đã được giải quyết - vấn đề tập trung hóa việc sản xuất điện và truyền tải điện trên một khoảng cách xa. Mọi người đều hiểu rõ cách thức mà dòng điện nhiều pha có thể được đưa từ một nhà máy điện ở xa đến từng phân xưởng riêng lẻ, rồi đến từng máy riêng lẻ. Hệ quả ngay lập tức của sự xuất hiện của công nghệ dòng điện nhiều pha là trong những năm sau đó, ở tất cả các nước phát triển, việc xây dựng nhanh chóng các nhà máy điện và điện khí hóa rộng rãi nhất trong ngành công nghiệp đã bắt đầu. Đúng như vậy, trong những năm đầu, nó vẫn còn phức tạp bởi một cuộc đấu tranh gay gắt giữa các công ty cạnh tranh đang tìm cách giới thiệu một loại dòng điện này hay một loại sản phẩm khác. Do đó, ở Mỹ, công ty Westinghouse đầu tiên tiếp quản, sau khi mua lại các bằng sáng chế của Tesla, đã cố gắng phân phối dòng điện hai pha. Thành công của hệ thống hai pha là việc xây dựng vào năm 1896 một nhà máy thủy điện mạnh mẽ trên thác Niagara. Nhưng dòng điện ba pha đã sớm được mọi người công nhận là tốt nhất. Thật vậy, hệ thống hai pha yêu cầu bốn dây, và hệ thống ba pha chỉ cần ba dây. Ngoài sự đơn giản hơn, nó hứa hẹn tiết kiệm chi phí đáng kể. Sau đó, Tesla, theo ví dụ của Dolivo-Dobrovolsky, đề xuất kết hợp hai dây trở lại với nhau. Trong trường hợp này, các dòng điện đã được thêm vào, và trong dây thứ ba một dòng điện chạy lớn hơn khoảng 1,4 lần so với hai dây kia. Do đó, tiết diện của dây này lớn hơn 1 lần (nếu không tăng tiết diện này, thì trong mạch đã xảy ra quá tải). Do đó, chi phí cho hệ thống dây điện hai pha vẫn cao hơn so với ba pha, trong khi động cơ hai pha kém hơn động cơ ba pha về mọi mặt. Trong thế kỷ 4, hệ thống ba pha được thiết lập ở khắp mọi nơi. Ngay cả trạm điện Niagara cuối cùng cũng được chuyển đổi sang dòng điện ba pha. Tác giả: Ryzhov K.V.
Da nhân tạo để mô phỏng cảm ứng
15.04.2024 Cát vệ sinh cho mèo Petgugu Global
15.04.2024 Sự hấp dẫn của những người đàn ông biết quan tâm
14.04.2024
▪ Bí mật của vân sam thường xanh được tiết lộ ▪ Truyền dữ liệu không dây 40Gbps ▪ Nestle tăng tiêu thụ năng lượng gió
▪ phần trang web đèn LED. Lựa chọn bài viết ▪ bài viết Biến dạng màu khi quay video. video nghệ thuật ▪ bài viết Thợ sửa khóa lắp ráp và hàn kết cấu kim loại. Hướng dẫn tiêu chuẩn về bảo hộ lao động ▪ bài viết Quả bóng được sơn lại. bí mật tập trung
Trang chủ | Thư viện | bài viết | Sơ đồ trang web | Đánh giá trang web
www.diagram.com.ua |
Chúng tôi giới thiệu các bài viết thú vị razdela 
Xem các bài viết khác razdela 
Tin tức khoa học công nghệ, điện tử mới nhất:
Tất cả các ngôn ngữ của trang này