История электротехники

В дальнейшем функции разрядников расширились, и они стали использоваться для защиты от внутренних перенапряжений, возникающих в энергосистеме, в частности, из-за коммутации цепей с индуктивным характером сопротивления. С расширением функций одновременно усовершенствовались технические характеристики разрядников и их техническая реализация.

Начиная с 30-х годов стали широко использоваться трубчатые разрядники многократного действия. Такой разрядник состоял из дугогаси-тельной трубки, содержащей электроизолирующие материалы, например фибру или винипласт, которые генерируют газы под воздействием дуги. Эти газы повышали давление и создавали эффект газового дутья для гашения дуги.

В дальнейшем получили распространение разрядники на основе нелинейных резисторов, способных поглощать кратковременные импульсы энергии при перенапряжениях. Большая часть таких резисторов имеет вентильные вольт-амперные характеристики и создавалась на основе специальных материалов — тирита, вилита и др. В настоящее время в качестве разрядников преимущественно используются нелинейные резисторы, созданные на основе оксида цинка.

Для защиты электрооборудования в системах высокого напряжения также используются ограничивающие и шунтирующие реакторы.

Реакторы без стали для ограничения токов короткого замыкания начали использоваться с 20-х годов. Отечественные реакторы такого типа на напряжения 3—6—10 кВ и токи до 100 А были созданы в период 1921–1927 гг. Конструкция первых реакторов была сборной, а в качестве конструктивных элементов использовались деревянные прокладки, стягиваемые при помощи изолирующих болтов (шпилек). В дальнейшем для повышения динамической прочности провода реакторов стали помещать в специальные бетонные колонки, а для улучшения технико-экономических характеристик реакторов стали использовать ферромагнитные материалы.

Шунтирующие реакторы для снижения перенапряжений первоначально подключались к токопроводам или отключались от них посредством выключателей высокого напряжения для компенсации избытка реактивной мощности и снижения возникающего при этом перенапряжения. В дальнейшем в целях повышения быстродействия стали использовать управляемые шунтирующие реакторы с подмагничиванием. В настоящее время на основе полупроводниковых приборов (тиристоров) созданы шунтирующие реакторы с быстродействием не более 0,01 с на частоте 50 Гц.

Большой вклад в развитие отечественных аппаратов высокого напряжения внес Г.Н. Александров.

6.4.3. АППАРАТЫ УПРАВЛЕНИЯ, РЕГУЛИРОВАНИЯ И АВТОМАТИКИ

Автоматические электромагнитные выключатели (автоматы). Этот вид ЭА находит основное применение в системах распределения электроэнергии. Автоматы предназначены для включения и выключения цепей постоянного и переменного тока на напряжения до 1000 В и автоматической защиты цепей от коротких замыканий и токов перегрузки.

Широкое практическое применение автоматических выключателей началось в 20-х годах, когда электроэнергию стали интенсивно использовать в промышленном производстве. Первые отечественные автоматы начали разрабатывать в 1923 г. Б.Ф. Вашур, Д.А. Ступель и К.Н. Петров.

В 30-х годах была разработана серия отечественных универсальных автоматических выключателей типов А2000 — А2050 на токи от 200 до 1500 А.

Для защиты ртутных выпрямителей и генераторов постоянного тока А.И. Голубевым в 1936 г. была разработана оригинальная конструкция быстродействующего автомата типа ВАБ-2. В дальнейшем конструктивные решения А.И. Голубева были положены в основу серии быстродействующих выключателей, освоенной заводом «Уралэлектроаппарат». Основным направлением развития автоматов являлось совершенствование их защитных устройств, обеспечивающих срабатывание при заданных временных параметрах. В настоящее время в автоматах широко используются достижения современной электроники, в частности микропроцессорная техника.

Контакторы. Для автоматизации электропривода и управления распределением энергии по разным потребителям широко используются контакторы, которые являются одним из наиболее распространенных видов ЭА. Контакторы существенно отличаются от автоматов большим числом срабатываний за период эксплуатации, что обусловливает высокие требования к механической и электрической стойкости их контактной системы.

Первые контакторы начали выпускаться фирмами АЕГ и «Вестингауз» в начале XX века. Отечественная промышленность наладила серийный выпуск контакторов в 30-х годах (серии КП-900 и КТ). В послевоенный период на Чебоксарском электроаппаратном заводе были освоены серии КП-500 постоянного тока и КТП-500 переменного тока на токи от 50 до 100 А. Эти серии контакторов отличались высокими технико-экономическими характеристиками, в частности, их механическая износостойкость была доведена до 20 млн. включений за счет уменьшения вибраций контактов, сокращения времени горения дуги, улучшения магнитной системы и кинематики подвижных частей. Общий вид контактора серии КП-500 приведен на рис. 6.13.

Совершенствование контакторов происходило в направлении уменьшения их габаритов, повышения быстродействия и увеличения срока службы. Для повышения электрической износостойкости контактов были проведены работы по ограничению дугообразования в контакторе.

Один из способов реализации этого направления связан с синхронизацией процессов перехода тока через нуль и началом размыкания контактов. Подобные работы для выключателей высокого напряжения проводились в 50-х годах Г.И. Атабековым и Г.В. Буткевичем.

Теоретические основы физических явлений, связанных с восстановлением электрической прочности между контактами, успешно развивались И.С. Таевым [6.52], который внес большой вклад в развитие отечественных контакторов.

Развитие силовой полупроводниковой техники создало новую возможность для реализации методов ограничения дугообразования за счет интеграции силовых диодов и тиристоров с электромеханическими контактами. Первые образцы подобных отечественных аппаратов были разработаны в 60-х годах Г.В. Могилевским, А.Г. Сосковым и другими специалистами. Такие аппараты позволили существенно ограничить процесс дугообразования и улучшить технико-экономические показатели контакторов. Поскольку такие контакторы объединяют электромеханические и силовые полупроводниковые ключи, они получили название гибридных контакторов.

В 80-х годах достижения в области силовых электронных приборов активизировали работы в области гибридных аппаратов. В результате рядом ведущих зарубежных фирм «Сименс», «Телемеханика» и «Мерлин Жерин» («Simens», «Telemecanique», «Merlin Gerin» и др.) создана широкая номенклатура высокоэффективных гибридных контакторов. Работы по их совершенствованию продолжаются.

Аппараты регулирования. Первые отечественные регуляторы напряжения были реостатного типа и воздействовали на цепь возбуждения генераторов первых в России электростанций. Реостатные регуляторы выпускались заводами «Электросила», «Динамо» с 1917 по 1928 г.

В 30-х годах в электротехнике получили широкое применение угольные регуляторы для генераторов и двигателей. Принцип действия таких регуляторов был основан на изменении сопротивления угольного столба, включенного в обмотку возбуждения, под воздействием давления, создаваемого электромагнитом.

В развитие теории автоматического регулирования большой вклад внесли русские ученые И.А. Вышнеградский, М.А. Ляпунов. В 30-х годах начинают развиваться частотные методы анализа в работах X. Найквиста (1932 г.), А.В. Михайлова (1938 г.) и других ученых. Особенно следует отметить работы в этой области акад. B.C. Кулебакина.