Развитие электростанций постоянного тока

Начальный период электрификации связан с использованием постоянного тока. После удачных опытов применения динамомашин в 70-х годах XIX в. возникли небольшие генераторные установки для питания одной определенной нагрузки: дуговой лампы, электрического двигателя или гальванической ванны. Это был этап децентрализованного производства электрической энергии.

Следующей ступенью в развитии электроснабжения стало питание от общего генератора ряда приемников — от домовых электростанций; затем возникли станции местного значения, служившие для электроснабжения городского квартала или завода — так называемые блок-станции. Они вырабатывали ток низкого напряжения (порядка 100 - 200 В), что резко ограничивало протяженность электрических сетей.

Первые блок-станции возникли в Париже для питания свечей Яблочкова. В России первой станцией такого рода была установка для освещения Литейного моста в Петербурге, построенная в 1879 г. при участии. П. Н. Яблочкова. В конце 1881 г. появились блок-станции, в сети которых включались дуговые лампы и лампы накаливания, например станция в Честерфилде (Англия) и станция в Лубянском пассаже в Москве.

Вместе с ростом числа потребителей электроэнергии увеличивались мощности электростанций и все более отчетливо проявлялась тенденция централизации электроснабжения.

Первая центральная электрическая станция была построена Т. А. Эдисоном в 1882 г. на Пирльстрит в Нью-Йорке для питания осветительной нагрузки. Ее общая мощность превышала 500 кВт. В 1883 г. возникла центральная электрическая станция в Петербурге для освещения Невского проспекта.

Эксплуатация первых ЦЭС обнаружила недостаток, не преодоленный в течение всего времени применения постоянного тока: ограниченный радиус электроснабжения, определяемый величиной допустимых потерь напряжения в электрической сети. Это обстоятельство заставляло сооружать электростанции вблизи от потребителей, главным образом в центральных частях города, что, в свою очередь, затрудняло снабжение водой и топливом и было сопряжено с высокой стоимостью земельных участков. Поэтому в Нью-Йорке в тот период были вынуждены прибегнуть к многоэтажному размещению станционного оборудования, а в Петербурге первые электростанции были установлены на баржах на реках Мойке и Фонтанке.

С ростом потребителей электроэнергии начинаются настойчивые поиски путей увеличения расстояния передачи энергии. Эффективными оказались трехпроводные сети по схеме, предложенной в 1882 г. Д. Гопкинсоном и независимо от него Т. А. Эдисоном. Этот способ обеспечивал повышение напряжения в линии вдвое и нашел весьма широкое распространение.

Еще более эффективной была пятипроводная сеть, так как напряжение при этом возрастало вчетверо. Автором схемы был В. Сименс. Она не нашла широкого признания, так как при увеличении радиуса электроснабжения всего до 1,5 тыс. м устройство сети существенно усложнялось.

Другой путь увеличения дальности передачи состоял в сооружении аккумуляторных подстанций. Мощность электростанций постоянного тока редко превышала 500 кВт, однако большое их число, построенное за последние два десятилетия XIX в., определяло их существенную долю в общей выработке электроэнергии.

К 90-м годам централизованное электроснабжение стало определяющим для электрического освещения, но не распространялось на силовое электрооборудование. Электрификация рабочих машин в заводских условиях носила ярко выраженный децентрализованный характер: электрифицировали отдельно стоящие крупные машины и механизмы, для которых устанавливали самостоятельные динамомашины.

Для приведения в действие группы станков через трансмиссии (крупнотрансмисснонный электропривод) вместо паровой машины устанавливали относительно крупные электродвигатели, питаемые от отдельных генераторов. Опыт применения электрических двигателей для приведения в действие разнообразных машин-орудий постепенно убеждал в их большей экономичности по сравнению с приводом от паровой машины. В начале 90-х годов начинается электрификация силовых процессов в горнозаводской и металлообрабатывающей промышленности, в текстильном производстве и т. п.

Крупная промышленность выдвинула к концу XIX в. ряд совершенно новых требований к ведению самого производства. Увеличилась его сложность и точность, произошло ускорение темпов технологических процессов, развились непрерывные виды производства, расширились площади промышленных предприятий — все это усложнило задачу управления системой машин. В ряде случаев человек оказывался не в состоянии справиться с механическими операциями без специальных дополнительных средств. Ярким примером такого производства стала металлургическая промышленность.

В начале 90-х годов электрический привод проникает на металлургические заводы США для производства проката и для осуществления загрузки мартеновских и доменных печей. В этот период зарождается автоматическое управление процессами пуска, торможения, остановки и скоростью электродвигателей с помощью релейно-контакторной аппаратуры, а также появляются схемы электромашинной автоматики.

Предвестником электромашинной автоматики следует считать изобретение русского электротехника В. Н. Чиколева — его дифференциальную лампу с электродвигателем для регулирования положения углей в дуговой лампе (1874 г.). Следующим шагом на пути к электромашинному регулированию была схема генератор — двигатель М. О. Доливо-Добровольского (1890 г.) для электродвигателей с сериесным возбуждением, с помощью которой обеспечивалась примерно постоянная скорость вращения при значительных изменениях нагрузки.

В 1892 г. американский инженер В. Леонард предложил способ плавного и в широких пределах регулирования по схеме генератор — двигатель, ставшей классической. Она нашла широкое применение для электропривода прокатных станов и подъемников начиная с 1903 г., когда немецкий инженер К. Ильгнер сделал дополнение к схеме Леонарда в виде махового колеса для выравнивания толчкообразной нагрузки. Эту систему электромашинного управления используют до настоящего времени.

С 70-х годов развертываются работы по применению электрической энергии на транспорте. В 80 - 90-х годах XIX в. появляются первые электрические железные дороги и электрический трамвай. Электрическая тяга развивалась преимущественно на постоянном токе.

Электрические двигатели постоянного тока по мере их распространения в различных отраслях промышленности приобрели репутацию универсального и безотказного источника механической энергии.

Электропривод обеспечивал простоту и быстроту пуска, возможность регулирования скорости вращения, компактность и легкость, приспособляемость к любым производственным процессам при меньших эксплуатационных затратах на единицу продукции по сравнению с паровым приводом. Однако ограниченные возможности передачи электроэнергии на расстояние постоянным током не могли обеспечить широкой электрификации.

Шухардин С. "Техника в её историческом развитии"