М.О.Доливо-Добровольский как электротехник

   В августе 1891 г.  на выставке впервые зажглись 1000 ламп накаливания, питаемых  током от Лауфенской гидростанции; 12 сентября того же года двигатель Доливо-Добровольского привел в действие декоративный водопад. Налицо была своеобразная энергетическая цепь, небольшой искусственный водопад приводился в действие энергией естественного водопада, удаленного от первого на 170 км.

Что же представляла собой  эта первая трехфазная линия?

   На гидроэлектростанции  в Лауфене энергия, развиваемая турбиной, передавалась через коническую зубчатую передачу на вал трёхфазного синхронного генератора (230 кВ А. 150 об/мин, 95 B, соединение обмоток в звезду). От генератора медные шины вели к распределительному щиту. На последнем были установлены амперметры и вольтметры, свинцовые предохранители и максимально-минимальные токовые реле, воздействовавшие на цепь возбуждения.

   В Лауфсне и Франкфурте находилось по три трехфазных трансформатора с магнитопроводом призматической формы. В начале испытаний на каждом конце линии было включено по одному трансформатору мощностью 150 кВ • А каждый, с коэффициентами трансформации 154 в Лауфене и 116 во Франкфурте. Поскольку приборов для измерения высокого напряжения не было, вторичное напряжение определяли простым умножением первичного на коэффициент трансформации. Трансформаторы были погружены в баки, наполненные маслом.

    Трехпроводная линия была выполнена на деревянных опорах со средним пролетом около 60 м. Медный провод диаметром 4 мм крепился на штыревых фарфорово-масляных изоляторах. Интересной деталью линии являлась установка плавких предохранителей со стороны высокого напряжения. В начале линии в разрыв каждого провода был включен участок длиной 2,5 м, состоявший из двух медных проволок диаметром 0,15 мм каждая. Для отключения линии во Франкфурте посредством простого приспособления устраивалось трехфазное короткое замыкание, плавкие вставки перегорали, турбина, начинала развивать большую скорость, и машинист, заметив это, останавливал ее.

   На выставочной  площадке во Франкфурте был  установлен понижающий трансформатор,  от которого при напряжении 65В  питались 1000 ламп 

стр.15

накаливания, расположенных на огромном щите. Здесь же был установлен трехфазный асинхронный Двигатель Доливо-Добровольского, приводивший в действие гидравлический насос мощностью окаю 100 л.с. Двигатель был выполнен обращенным, то есть с питанием со стороны ротора. Одновременно с этим мощным двигателем Доливо-Добровольский экспонировал асинхронный трехфазный двигатель мощностью окаю 100 Вт, с вентилятором на его валу и двигатель мощностью 1,5 кВт с сидящим на его валу генератором постоянного тока, последний питал лампы накаливания.

   Перед пуском электропередачи  возникли неожиданные затруднения.  Дело в том, что линия пересекала  территории четырех германских  земель, и местные власти очень  опасались высокого напряжения. Люди испытывали страх перед  деревянными столбами с табличками, на которых был изображен череп.  Знающих людей смущало то, что  оборудование на электростанции  было заземлено, как заземлена  была и нейтраль трансформатора. В связи с этим очень опасались обрыва провода и падения его на землю. Выставочный комитет провел огромную разъяснительную работу, убеждая местных правительственных чиновников в том, что все опасности предусмотрены и линия надежно защищена. Доливо-Добровольскому пришлось провести опасный, но убедительный эксперимент. На границе двух земель собрались представители местных властей. Включили линию под напряжение и на глазах у присутствующих искусственным путем оборвали провод, который с яркой вспышкой упал на рельсы железной дороги. Доливо-Добровольский сейчас же подошел и поднял провод голыми руками – настолько он был уверен, что спроектированная им защита сработает надежно.

   25 августа 1891 г.  официальный пуск линии состоялся.  Несмотря на то, что линия, машины, трансформаторы, распределительные  щиты изготовлялись в спешке, что некоторые детали по свидетельству  Доливо-Добровольского придумывались в течение часа, вся установка, включенная без предварительных испытаний, сразу же стала работать вполне хорошо. Доливо-Добровольский, ставший знаменитым изобретателем, рассказывал, что среди непосвященной публики существовало мнение, будто в этом выставочном водопаде журчит «настоящая вода из Неккара», переданная во Франкфурт по проводам.

   Испытания электропередачи,  которые проводились Международной  комиссией, дали следующие результаты: минимальный кпд электропередачи  (отношение мощности на вторичных  зажимах трансформатора во Франкфурте  к мощности на валу турбины   в Лауфене) — 68,5%, максимальный кпд — 75,2%; линейное напряжение при

стр.16

испытаниях составляло около 15 кВ.

   Характерен заключительный  вывод комиссии: «...работа линии  с переменными токами напряжением  от 7500 до 8500В (фазное – авт.), изолированной маслом, фарфором и воздухом, длиной больше ста километров, протекала всегда равномерно, безопасно и без нарушений, как и работа с переменными токами напряжением в несколько сотен вольт и при длине линии в несколько метров». Было  также проведено дополнительное испытание линии электропередачи при более высоком напряжении – 25,1 кВ; максимальный кпд составил 78,9%.

   Результаты испытаний  электропередачи Лауфен – Франкфурт не только продемонстрировали возможности электрической передачи энергии, но и поставили точку в давнем споре. В борьбе «постоянный – переменный ток» победила техника переменного тока. Как на любопытный рецидив уходившей в историю борьбы идей, можно указать на следующее свидетельство М. О. Доливо-Добровольского: «В сентябре 1889 г. Эдисон посетил Берлин. При сделанном ему предложении осмотреть новый электродвигатель переменного тока он буквально замахал руками: «Нет, нет, переменный ток – это вздор, не имеющий будущего. Я не только не хочу осматривать двигатель переменного тока, но и знать о нем». И он не пришел!

   Эта же электропередача  убедительно показала, что среди  систем переменного тока преимущества  находятся на стороне трехфазных  систем. Международная электротехническая  выставка и приуроченный к  ней Международный конгресс электротехников  (7–12 сентября 1981 г., Франкфурт-на-Майне)  открыли этой системе электрических  токов широкий путь в промышленность. Началась эпоха электрификации.

 

Стр.17

4. Великий электротехник.

Доливо-Добровольский первый предложил широко применяющийся метод гашения электрической дуги в выключающих аппаратах (1910-14). В 1919 Доливо-Добровольский выдвинул положение о том, что передача электрической мощности переменным током на большие расстояния (сотни и тыс. км) окажется нерациональной из-за значительных потерь  в линии.

 В конце 80-х годов  XIX века встал вопрос о сооружении  центральной электростанции во  Франкфурте-на-Майне. Многие германские  и иностранные фирмы предлагали  городским властям различные  варианты проектов. Обер-бургомистр  Франкфурта не мог сделать  выбор. Для выяснения спорного  вопроса и решено было устроить  международную электротехническую  выставку. Ее главной целью должна  была стать демонстрация передачи  и распределения электрической  энергии в различных системах  и применениях. К началу выставки  различные фирмы должны были  построить свои линии передачи  электроэнергии. Фирме АЭГ было  предложено осуществить передачу электроэнергии из местечка Лауфен во Франкфурт на расстояние 170 км.

 

  

 

Рис.2 Передача электроэнергии на расстояние 170 км.

По тем временам это  было огромное расстояние, и очень  многие считали саму идею фантастической. Однако русский электротехник Михаил Доливо-Добровольский, работавший в АЭГ, был настолько уверен в своей системе использования трехфазного тока, что убедил директора Ротенау

согласиться на эксперимент. 

 

Стр.18

Правительства земель, через  которые проходила ЛЭП, были встревожены  ее сооружением. У некоторых возникало  чувство страха даже перед деревянными  столбами, на которых были укреплены  таблички с черепами. Особые опасения вызывала возможность обрыва провода  и падения его на рельсы железной дороги. Выставочному комитету и сооружавшим  линиями фирмам пришлось провести огромную разъяснительную работу, чтобы убедить  правительственных чиновников в  том, что линия надежно защищена. Администрация Бадена все же не разрешала  соединять участок уже готовой  линии на баденской границе. Для того чтобы рассеять сомнения местных властей, Доливо-Добровольский провел опасный эксперимент. Когда линия была впервые включена под напряжение, один из проводов на границе Бадена и Гессена был искусственно оборван и с яркой вспышкой упал на рельсы железной дороги. Доливо-Добровольский сейчас же подошел и поднял провод голыми руками: настолько он был уверен, что сработает сконструированная им защита. 26 августа 1891 года был успешно испытан двигатель мощностью в 75 киловатт, который 12 сентября впервые привел в действие десятиметровый водопад. Особое впечатление на посетителей выставки произвел водопад. Однако восторг специалистов был связан с пониманием того, что этот прекрасный искусственный водопад приводится в действие источником, находящимся на расстоянии 170 км на реке Неккар. Они видели перед собой блестящее решение проблемы передачи энергии на большие расстояния (К. Рыжов)

 

Стр.19

5. От ГОЭЛРО до наших дней.

План ГОЭЛРО являлся символом эпохи, символом надежд и невиданного  энтузиазма. По словам Владимира Путина, реализация этого плана началась со становления России как индустриальной державы. Причем, как заметил Президент, 80-летие ГОЭЛРО "праздник не только России, это праздник всех народов".

План ГОЭЛРО, сказал Путин, осуществлялся в тяжелых условиях. "Однако это был проработанный  и долго готовившийся документ", - сказал он. Как напомнил Президент, план начал готовиться еще до Первой мировой войны и был осуществлен с превышением, что позволило России стать второй в Европе и третьей в мире энергетической державой.

Несмотря на великие технические  и научные открытия в области  электротехники в конце XIX – начале XX века, среди которых немалое  число принадлежит нашим соотечественникам (П.Н. Яблочкову, А.Н. Лодыгину, М.О. Доливо-Добровольскому и др.), Россия перед революцией в техническом плане оставалась крайне отсталой, темной, в прямом смысле слова, страной. Решать проблему электрификации государства пришлось уже советскому правительству.

Ленин  интересовался «возможностями электричества» еще в начале века. Став политическим лидером страны, он инициировал создание плана ГОЭЛРО, концепцию которого изложил, по существу, в двух документах: «Набросок плана  научно-технических работ» (апрель 1918 года) и письмо к Г.М. Кржижановскому (январь 1920 г.). К работе по созданию плана были привлечены лучшие специалисты  того времени — около 200 человек. Был создан уникальный, не имевший  аналогов, программный документ развития огромного государства, в котором  энергетика играла роль того конца, потянув  за который, удалось распутать клубок многих проблем: организационных, научно-технических, политических и социальных.

Осуществление этого грандиозного плана буквально преобразило  страну.

 

Стр.20

 

Рис.3 Строительство энергетической базы.

За 10 лет в результате напряженного труда была создана мощная энергетическая база России: реконструированы все  существующие электростанции, построены 20 тепловых и 10 гидравлических электростанций общей мощностью 1750 МВт (см. табл. 1). Созданы первые электрические сети, связывающие между собой отдельные электростанции и крупных потребителей.

Предусмотренное планом ГОЭЛРО удвоение довоенного уровня промышленного  производства было осуществлено уже  в 1930 г. В третьем году первой пятилетки (1931 г.) план ГОЭЛРО по электростроительству был выполнен. Выработка электроэнергии и мощности электростанций росли быстрыми темпами. Если в 1930 г. производство электрической энергии в СССР составляло 8368 млн. кВт-ч, то в 1931 г. уже 13540 млн. кВт-ч. Если в 1930 г. прирост новых энергетических мощностей составлял 579 тыс. кВт, то в 1931 г. он возрос почти вдвое - до 1097 тыс. кВт. Таких темпов не знала ни одна страна мира. К 1934 г. установленная мощность районных электростанций составляла 3666 тыс. кВт, что означало превышение заданий плана по электростроительству более чем вдвое.

                                                   

 

Стр.21

                   

Таблица1.                  Итоги выполнения плана ГОЭЛРО

Показатели  План

ГОЭЛРО  1931г.  1935г.  Процент к плану ГОЭЛРО

1931  1935

Валовая продукция

промышленности, % к 1913 г.  180-200  233  411  129-116  228-205

Мощность районных

электростанций, МВт  1750  2560  4338  146.0  247.9

Добыча,млн.т:   

    Угля  62.3  56.7  109.4  91.5  175.9

    Нефти  11.8-16.4  22.4  25.2  190-137  213-153

    Торфа  16.4  12.4  18.5  75.5  112.8

Производство, млн.т:   

    Чугуна  8.2  4.9  12.5  60.5  152.4

    Стали  6.5  5.6  12.6  90.0  193.8

    Цемента  3.7  3.3  4.5  89.0  121.3

 

Стр.22

 Заключение.

М. О. Доливо-Добровольский - русский электротехник, создатель техники трехфазного переменного тока. Работал в Германии. Он доказал оптимальность системы трехфазного тока, доказал что трехфазная цепь экономичнее однофазной, она позволяет простыми средствами получать вращающееся магнитное поле в электродвигателях. Доливо-Добровольский создал в 1888 – 1889 годах трёхфазный асинхронный двигатель, осуществил в 1891 году первую электропередачу трехфазного тока. В трехфазной электрической цепи переменного тока действуют 3 синусоидальных напряжения одинаковой частоты, сдвинутые по фазе друг относительно друга на угол 1200.

Трехфазный асинхронный  двигатель состоит из статора  и ротора. На статоре расположены 3 обмотки, на которые подаётся трехфазный ток и в результате получается вращающееся магнитное поле. Обмотка  ротора представляет собой систему  медных стержней, заложенных в пазы ротора и соединенных с торцов медными кольцами. Простота изготовления асинхронных двигателей и надежность их в эксплуатации привели к тому, что большая часть двигателей применяемых в хозяйстве приходится на долю асинхронных.

Д. усовершенствовал электромагнитные амперметры и вольтметры для измерения  постоянного и переменного токов (1887—1888). Для различного рода измерительных  приборов удачно применил принцип двигателя  с вращающимся магнитным полем (1892). Д. создал также приборы для  устранения в телефонах помех  от электрических сетей сильных  токов (1892), изобрёл способ деления  напряжения постоянного тока, основанный на применении неподвижной катушки  индуктивности, которую он назвал делителем  напряжения (1893). В 1888 Д. построил первый трёхфазный генератор переменного  тока с вращающимся магнитным  полем мощностью 2,2 квт, предложил асинхронный двигатель трёхфазного переменного тока с ротором из литого железа с насаженным полым медным цилиндром. Вскоре конструкция асинхронного электродвигателя была значительно улучшена применением ротора типа "беличьего колеса" (1889). В этот же период разработал все элементы трёхфазных цепей переменного тока: трансформаторы трёхфазного тока (1890), пусковые реостаты,