Электрификация на основе трехфазной системы токов

Возникновение техники трехфазных токов решало не только задачу использования электроэнергии, но и ее передачи на значительные расстояния. Оно знаменовало собой новый, современный этап в развитии электроэнергии и обусловило переход к широкой электрификации.

Трехфазная система впервые демонстрировалась на Международной электротехнической выставке 1891 г. во Франкфурте-на-Майне. По инициативе видного немецкого электроэнергетика О. фон Миллера организаторы выставки обратились к фирме АЭГ, где работал Доливо-Добровольский, с просьбой устроить передачу энергии мощностью 300 л. с. от водопада на р. Неккар (близ Лауфена) на территорию выставки.

Под руководством М. О. Доливо-Добровольского была сооружена линия передачи протяженностью 175 км при линейном напряжении около 15 кВ. На выставке горела тысяча ламп накаливания, асинхронный двигатель мощностью 100 кВт нагнетал воду для декоративного водопада. Максимальный КПД передачи составлял 75,2%, что в то время убедительно доказывало экономичность энергетической установки.

После закрытия выставки гидростанция в Лауфене перешла в собственность города Хейльбронна и использовалась для питания осветительной сети города и ряда небольших заводов и мастерских. Это была первая промышленная установка трехфазного тока.

В 1892 г. была готова электропередача Бюлах — Эрликон в Швейцарии, а затем довольно быстро был введен в работу ряд электростанций в Германии. В Америке первая установка трехфазного тока введена в Калифорнии в 1893 г. и в том же году в России на Новороссийском элеваторе. Примечательно, что мощность установки в Новороссийске (1200 кВт) превосходила все существовавшие до того трехфазные электростанции.

Внедрение системы трехфазных токов протекало в атмосфере напряженной борьбы. Противниками этой системы были в США Эдисон, в Англии — Свинберн, в Австро-Венгрии — Дери, в Швейцарии — Броун. Все они были главами или представителями ведущих электротехнических фирм, которые в течение ряда лет активно внедряли одни постоянный, другие — однофазный или двухфазный переменный ток.

Их сопротивление было сломлено на рубеже XIX—XX столетий, когда со всей определенностью выявились преимущества техники трехфазного тока. Она обусловила возможность концентрации производства электроэнергии и передачи ее токами высокого напряжения на значительные расстояния.

По мере строительства высоковольтных сетей возрастало их напряжение: в середине 90-х годов оно не превышало 10 кВ, а к концу столетия вводятся линии напряжением 50—60 кВ. Система трехфазного тока способствовала быстрому внедрению в производство относительно более дешевых и надежных асинхронных электродвигателей.

Процесс электрификации промышленных предприятий сопровождался вытеснением паровой машины из системы привода и ограничением ее назначения в качестве первичного двигателя, т. е. ее переходом из производственных цехов в машинные залы электростанций.

Эксплуатация мощных дуговых электропечей была связана с существенными трудностями из-за огромных толчков тока — номинальный ток печей достигал нескольких сотен ампер.

На технологический процесс решающее значение оказывали характеристики самой дуги. В частности, удлинение дуги способствовало экономичности печей, так как дуга при этом делалась более устойчивой и улучшалась передача тепла к металлу. Для придания дуге желаемой формы и размеров прибегали, начиная с первой печи Сименса, к установке электромагнитов.

Удачный способ удлинения дуги был найден русским инженером С. И. Тельным (1916 г.): в под печи закладывался медный соленоид, включенный последовательно с электродами; взаимодействие электромагнитного поля соленоида с дугой приводило дугу во вращение, отчего она удлинялась.

Продолжались поиски рациональных методов индукционного нагрева. В 1900 г. швед Ф. А. Челлин изобрел индукционную печь, питаемую током нормальной частоты (для выплавки цветных металлов). В 1907 г. А. Н. Лодыгин предложил нагревать и плавить металлы с помощью вихревых токов. В промышленных установках в первом десятилетии XX в. использовали трехфазные индукционные печи Рёхлинг -Роденгаузера и Челлина.

В конце прошлого века электрохимия, электрометаллургия и электротермия вошли в тесное взаимодействие. Со временем эти направления электротехники выделились в самостоятельные отрасли науки и техники. Эти электроемкие производства развивались по мере централизации производства электроэнергии и ее удешевления. Наиболее перспективным в данном случае оказалось электроснабжение от гидроэлектрических станций. В России, не располагавшей мощными ГЭС, электроемкие производства развились незначительно. В основном электроэнергию использовали для электропривода.

В рассматриваемый период электротехника выделялась из физики и становилась самостоятельной отраслью техники и промышленности. В 90-е годы на основе развивающейся системы трехфазного переменного тока обрела самостоятельность электроэнергетика. Это повлекло за собой глубокие преобразования во всех отраслях общественного производства. Начался переход от механических систем передачи энергии к электроприводу рабочих машин.

Шухардин С. "Техника в её историческом развитии"