Техника - молодёжи 1969-12, страница 11

спокойствием, их плавные обводы радуют глаз, они крепки и надежны, как атланты, несущие на своих плечах тяжкое бремя энергетики Но эта неподвижность кажущаяся: обмотки обтекаются токами, а по стальному остову движутся магнитные потоки. Впрочем, всерьез говорить о движении электронов как-то неловко. Заряженные частицы едва ползут по проводникам, перемещаясь за час всего на каких-нибудь полметра. Между моментами входа и выхода «меченой» группы электронов проходит около года.

Почему же тогда напряжение во вторичной обмотке возникает практически одновременно с включением? Ответить нетрудно: скорость распространения электроэнергии определяется не скоростью движения электронов, а связанных с ними электромагнитных волн. Импульсы энергии развивают 100—200 тыс. км в сек.

Трансформатор «не суетится», но это ни в коем случае не говорит о его «внутреннем» тяготении к покою. Взаимодействие токов в проводниках приводит к появлению сил, стремящихся сжать обмотки по высоте, сместить их относительно друг друга, увеличить диаметр витков. Приходится сковывать обмотки бандажами, распорками, клиньями.

Распираемый внутренними силами, трансформатор напоминает скованного гиганта, стремящегося порвать цепи. В этой борьбе всегда побеждает человек. Но за укрощенными машинами нужен глаз да глаз. На каждой конструкции устанавливают около десятка электронных, релейных и газовых защит, которые следят за температурами, токами, напряжениями, давлением газа и при малейшей неисправности отключают питание, предотвращая аварию.

«ИМЕННО ДУРНАЯ СТОРОНА ДЕЛАЕТ ИСТОРИЮ...»

Произнося эти слова, Гегель трактовал развитие как борьбу с недостатками. Мы уже знаем: главный недостаток сегодняшних трансформаторов — их гигантизм. Причина этого тоже ясна: все зависит от свойств применяемых материалов. Так, может быть, если хорошо поискать, найдутся другие идеи преобразования электричества, кроме той, которую предложил когда-то Фарадей?

К сожалению (а может, и к счастью — кто знает), пока таких идей нет, и появление их маловероятно. Пока в энергетике будет царствовать переменный ток и останется потребность в изменении его напряжения, идея Фарадея — вне конкуренции.

Раз нельзя отказаться от трансформаторов, то, быть может, удастся уменьшить их количество? Да, удастся. если применять высоковольтные генераторы, успешно разрабатываемые в нашей стране. Один из них, на 120 тыс. в, уже работает на Сходненской ГЭС под Москвой. На очереди — создание гидрогенератора с вдвое большим рабочим напряжением. Его включат в высоковольтную линию непосредственно, без повышающего трансформатора.

Сверхмощный трансформатор с регулированием под нагрузкой. Его номинальная мощность 250 тыс. ква, напряжение 500 кв.

Можно «сэкономить» на трансформаторах, если усовершенствовать систему подвода тока. Современная городская электросеть напоминает кровеносную систему человека. От главного кабеля ответвляются «по цепной реакции» линии к местным потребителям. Напряжение — максимум 220—400 тыс. в — постепенно, ступенями понижают до минимума — Д20 в, и на всех уровнях приходится ставить трансформаторы. Английские специалисты детально разработали другой, более выгодный вариант. Они предлагают питать Лондон по такой схеме: кабель на 275 тыс, в входит в центр города. Здесь ток выпрямляется, а напряжение «автоматически» понижается до 11 тыс. в, постоянный ток подается заводам и жилым районам, снова преобразуется в переменный и понижается по напряжению. Отпадает несколько ступеней напряжения, меньше трансформаторов, кабелей и связанных с ними аппаратов.

Частота колебаний тока в СССР —-50 гц. Оказывается, если перейти на 200 гц, вес трансформатора снизится вдвое! Вот, казалось бы, реальный путь к усовершенствованию конструкции, Однако с увеличением частоты тока в 4 раза одновременно во столько же раз вырастут сопротивления всех элементов энергосистемы, общие потери мощности и напряжения. Изменится режим работы линии, и ее перестройка не окупится экономией. В Японии, например, часть энергосистемы работает на 50 гц, часть — на 60 гц. Чего проще привести систему к одному «знаменателю»? Но нет: этому препятствует не только частное владение электростанциями и высоковольтными линиями, но и дороговизна предстоящих переделок.

Размеры трансформаторов можно снизить, если заменить сегодняшние магнитные и проводниковые материалы новыми, с гораздо лучшими свойствами. Кое-что уже сделано: например, построены и испытаны в лабораториях трансформаторы на 250 квт со сверхпроводящей обмоткой. Конечно, охлаждение усложняет конструкцию, но выигрыш налицо: плотности тока увеличиваются до 10 тыс. а против прежнего (1 а) на каждый квадратный миллиметр сечения провода.

Однако лишь очень немногие энтузиасты рискуют делать ставку на низкотемпературные трансформаторы, потому что выгода на обмотке начисто нейтрализуется ограниченными возможностями стального магни-

топровода. Но и тут в последние годы наметился выход: или связывать первичную и вторичную обмотки без посредника — стали, или найти материалы, которые по магнитным свойствам лучше железа. Первый путь очень перспективен, и такие «воздушные» трансформаторы уже испытаны. Обмотки заключены в короб, сделанный из сверхпроводника — идеального «зеркала» для магнитного поля. Короб не выпускает поле наружу и не дает ему рассеяться в пространстве. Но мы уже говорили: магнитосопротивление воздуха очень велико. Придется наматывать слишком много «первичных» витков и подавать в них слишком большие токи, чтобы получить заметный «вторичный».

Другой путь — новые магнетики — тоже обещает многое. Оказалось, при очень низких температурах гольмий, эрбий, диспрозий становятся магнитными, причем поля насыщения у них в несколько раз больше, чем у железа (!). Но, во-первых, эти металлы относятся к группе редкоземельных, а стало быть, редки и дороги, и, во-вторых, потери в них на гистерезис окажутся, по всей вероятности, гораздо выше, чем в стали.

Заглядывая в ближайшее будущее, можно так или иначе, оптимистически или пессимистически, анализировать и обсуждать различные способы улучшения параметров трансформаторов. Но одно можно сказать уверенно: эти конструкции не исчезнут. Производить, передавать и распределять энергию можно и не в виде тока, а, скажем, электромагнитных волн, магнитного или светового потока. Но все эти необычные способы — сегодня нереальны. Да и нужно ли избавляться от трансформаторов, которые больше столетия служат человеку? Может быть, следует присоединиться к мнению одного из крупнейших английских электриков, доктора Вилкинсона? Он несколько лет назад заявил: «Сверхпроводящие трансформаторы еще не созрели для того, чтобы родиться».