Техника - молодёжи 1953-06, страница 25

к

Рис. с. вецрумб и а.

указывает, что надо сделать, чтобы «подогнать» генераторы друг к другу.

Замечательной особенностью генератора-модели является возможность быстрого изменения схемы ее обмоток. Очень немного времени нужно, чтобы превратить модель-генератор, по существу, в другую машину.

Напряжение генератора в Куйбышеве будет равно 13 800 в. До 400 000 в его поднимут трансформаторы. На модели в Энергетическом институте тоже есть трансформаторы, повышающие напряжение, но только до 400 в — в тысячу раз меньше, чем в натуре.

За трансформаторами модели идет подстанция - помещение, где будут производиться всевозможные переключения «тысячекилометровой» линии. Дальше следуют, пожалуй, самые удивительные части установки - модель линии длиною в 925 км, умещающаяся в небольшом зале, и даже... модель нашей планеты, правда в ее чисто электрическом представлении, отражающем способность влиять на провода, подвешенные на опорах.

Современная линия сверхдальней передачи со всеми ее дополнительными устройствами не может исследоваться отдельно от источника тока. Генераторы, трансформаторы, линии, нагрузка представляют систему, сложные явления в которой должны изучаться с учетом влияния каждой части, входящей в систему.

В истории электротехники известны случаи, когда постройка сравнительно длинных линий для передачи энергии оканчивалась большим конфузом для инженеров: на одном конце линии полным ходом работали все машины, а на другом чуть-чуть тлели нити ламп, — такие потери энергии происходили в самих проводах.

При передаче энергии постоянным током по длинным линиям коэфициент полезного действия тем выше, чем меньше нагружена линия. Это, конечно, не значит, что выгодно пустить мощную гидроэлектростанцию и на другом конце, за тысячу километров, питать током несколько электрических ламп. Это только характеризует передачу энергии постоянным током — для нее не страшен даже «холостой ход», так как потерь при этом в линии фактически не будет. С длинной линией переменного тока, особенно высокого и сверхвысокого напряжения, дело обстоит иначе. Тут линия независимо от воли человека, даже при «холостом ходе», сама начинает работу, живет как бы своей внутренней жизнью: по ней текут токи, энергия в проводах то накапливается в них, то устремляется к генератору и к нагрузке. Величина тока в одном и другом конце линии различна.

Это происходит потому, что при переменном токе длинная линия всегда то заряжается, то разряжается, как огромный конденсатор, обкладки которого — провода — растянуты параллельно друг другу на сотни километров.

Ток, текущий по проводам, в этом случае называется емкостным. Как всякий ток, он неразрывно связан с магнитным полем, и создаваемое им магнитное поле будет все время изменяться. Магнитное поле проводов, в свою очередь, вызывает появление электродвижущей силы. Это сопровождается иногда нежелательными последствиями: линия словно выходит из подчинения человеку.

Снижая напряжение переменного тока, уменьшая его частоту, увеличивая уолщину провода, можно бороться с опасными и нежелательными явлениями в дальней линии, с потерями в ней. Но пойти подобным путем в случае линии Куйбышев—Москва невозможно. Снизить напряжение передаваемого тока — значит отказаться от «дальнобойности» передачи энергии. Уменьшение частоты недопустимо, так как у нас всюду принята частота в 50 гц. Утолщение проводов и связанное с этим учащение особо прочных опор превратили бы электрическую линию в невероятно дорогое сооружение. Поэтому проектировщики линии Куйбышев—Москва решали задачу в труднейшем варианте: напряжение 400 000 в, частота ~ 50 гц.

Если нет геометрического подобия между машинами модели и настоящими генератором и турбиной, то уже совсем трудно узнать длинную электрическую линию высокого на-

Dm пряжения в ее модели: она состоит из не-1 скольких десятков больших катушек и конден-I саторов. Что общего между ними и прямыми * проводами, уходящими вдаль? Каждая катушка вместе с присоединенными к ней конденсаторами — это огромный участок прово-да—20-50 км, потому что в ней сосредоточи-петрова дись, «сконцентрировались» свойства настоящего провода, его сопротивление движению тока, его способность накапливать заряды. При передаче переменного тока большое значение имеют магнии ные явления, возникающие вокруг проводов. Магнитные явления, распределенные вдоль длиннейшего провода, на каждом его отрезке внешне сказываются сравнительно слабо. Но стоит свернуть такой провод в катушку, и она превратится в сильнейший магнит. Попробуйте к зияющему отверстию катушки модели линии поднести кусок железа — он с силой будет вырван у вас из рук.

Поэтому несколько больших катушек позволяют имитировать магнитные явления, протекающие вдоль провода длиною в 925 км. Чтобы отдельные, свернутые спиралью «участки линии» не действовали друг на друга, катушки стоят в разных положениях,

У читателя может возникнуть вопрос: нельзя ли вместо нескольких десятков катушек, имитирующих длинную линию, сделать одну большую? Но хотя в модели емкость и магнитные поля, распределенные по всей огромной длине «настоящего» провода, и сосредоточиваются в определенном месте, все же и искусственная линия требует соблюдения известного подобия распределения этих величин.

Как ни высоко подняты провода над землей на опорах, но земля влияет на ток, распространяющийся по проводам.

Земля и высоковольтный провод, тянущийся над нею, представляют собой обкладки бесконечно огромного электрического конденсатора. Электрический заряд, возникающий на проводах под влиянием земли, распределяется вдоль всей линии.

На модели действие земли отражается целым рядом конденсаторов, присоединенных к катушкам, изображающим линию.

Но, кроме этих маленьких конденсаторов, сразу бросаются в глаза большие «копилки» электричества, включенные последовательно с катушками. Их роль совсем особенная. Магнитные явления, возникающие вокруг провода электропередачи, особенно длинного и несущего при больших электрических напряжениях большие мощности, затрудняют передачу энергии, вызывают потери ее. Каждое движение и покой связаны с инерцией, стремлением сохранить неизменным это состояние. Есть инерция и у электропередачи. Она определяется магнитными явлениями, связанными с прохождением электрического тока по проводу, о которых мы уже говорили выше. Разбежавшемуся человеку трудно остановиться сразу: силы инерции могут заставить его даже упасть. Но силам инерции всегда можно найти выход: подскочив вверх, бегущий человек может израсходовать накопленную энергию и опуститься на землю спокойно. Такой «прыжок», на который тратится накопляющаяся вокруг провода магнитная энергия» электрический ток заставляет делать конденсатор, поставленный на его пути, в разрез линии. Провода в эти мгновения заряда конденсатора как бы освобождаются от электромагнитного тормоза, действующего на распространение энергии, и передача происходит в несравненно лучших условиях.

Правильный подбор конденсаторов - одна из важнейших задач конструкторов грандиозной линии Куйбышев—Москва. Благодаря ему удается компенсировать до 50% вредного влияния магнитных явлений на распространение электрической энергии.

То увеличивая, то уменьшая количество «электрических копилок», включенных последовательно с катушками, исследователи модели линии день за днем изучают, как будет вести себя настоящая линия, снабженная подобными конденсаторами.

Было время, когда главными опорными пунктами каждого инженерного расчета являлись наибольшая и наименьшая статические нагрузки. Теперь при сверхвысоких напряжениях, невиданных скоростях, огромных давлениях, применяемых в технике, установлено, что не только эти моменты определяют качество работы, но и переходные величины, когда ход процесса еще не сделался ровным, постоянным. Изучение переходного, неустановившегося режима грандиозной линии представляет одну из важнейших и, надо сказать,

2Я