P R Z E G L Ą D E L E K T R O T E C H N I C Z N Y
ORGAN STOWARZYSZENIA ELEKTRYKÓW POLSKICHR o k X X . 21 G r u d n i a 1 9 3 8 r. Z e s z y ł 2 4 .
R edaktor inż. W ŁODZIM IERZ KOTELEW SKI W arszawa, Królewska 15, tel. 690-23.
P r ó b y p o ś r e d n i e w y l q c z n i k o w * )
U k ł a d y M a r x a , S k e a ł s a i B i e r m a n n s a Doc. d r inż. J. L. J a k u b o w s k i
4. U k ł a d M a r x a <
O m ijając om ów ienie dw óch interesujących ukła
dów 9), stosow anych przez M a r x a do badania prostow ników łukow ych, zajm ę się układem definityw nym do je dnofazow ych badań w yłączników , podanym na rys. 2 10).
Ź ródło prądu posiada napięcie niskie, którego wartość skuteczna ma być, w edług M a r x a , ok. 2 razy większa od najw iększej chw ilow ej wartości napięcia łuku. Ź ród łem napięcia pow rotnego jest zw ykły generator udarów (generator fal) z jednym biegunem uziemionym, w ytw a rzający odpowiednie udary napięcia o czasie trwania rzę
du dziesiątków, setek ns. M oże to być także obw ód drga
jący, którego oscylacje dostają się do obw odu wyłącznika za pom ocą transform atora Tesli. Cewki L, i L., oraz kon
densator C, służą do niedopuszczania napięcia udarowego do źródła prądu.
Najtrudniejsze do uzyskania w om awianym układzie jest zastosowanie w odpow iedniej chwili udaru napięcia, im itującego napięcie powrotne. Opóźnienie, w stosunku do chwili przejścia prądu przez zero, uzyskano przy p o m ocy obw odu sterującego, zestawionego jak następuje:
spadek napięcia na małym oporniku it3 (rys. 2), w łączo- Rys. 2.
Układ M a r x a do prób je dnofazowych. Oznaczenia:
g h— zaciski źródła prądu;
W — w yłącznik badany;
e, b— zaciski do przyłącze
nia generatora udarów (źró
dła napięcia pow rotnego);
L ,C ,L 2— filtr, chroniący źró
dło prądu od udarów ; b, f—
zaciski do przyłączenia os
cylografu katodow ego; a, b
— zaciski do przyłączenia obw odu sterującego; it.,—
opornik, spadek napięcia na którym jest proporcjonalny do prądu obw odu prądow ego; A T — transform ator Tesli, w obw odzie którego pow staje drganie pod w pływ em uda
ru, pow odującego zapłon łuku lub przepuszczonego przez sprzężenie pojem nościow e w wyłączniku.
nym w obw ód prądu, działa na siatkę lam py gazowanej (tyratronu) i pow odu je przepuszczenie prądu przez tę lam pę, gdy prąd wyłącznika spadnie do zera. Między w zm ian
kowany tyratron a drugi tyratron w łączony jest obw ód opóźniający RC, składający się z opornika i kondensatora (tyratrony i obw ód opóźniający nie są na rys. 2 zaznaczo
ne). Działanie drugiego tyratronu, następujące po upływie
opóźnienia, pow odu je zapłon iskiernika pom ocniczego, który na drodze fotoelektrycznej uruchamia generator u- darowy. Minimalny, dający się uzyskać czas t0 między zanikiem prądu a zjaw ieniem się udaru (tj. napięcia p o wrotnego) wynosił w danym przypadku 30 jłs. Możność regulowania tego czasu przez zmianę R C jest cenną za
letą układu, gdyż pozwala określać charakterystyki „n a j
większy prąd wyłączalny w fu n k cji t0“ , nie dające się zdjąć w inny sposób. Charakterystyki te są miarą w rażli
wości wyłącznika na szybkość pow rotu napięcia.
Układ pokazany na rys. 2 został — po przezw ycię
żeniu b. dużych trudności — doprow adzony do postaci całkow icie praktycznej i skończonej; m ogłem się o tym przekonać, zw iedzając w r. 1936 Instytut prof. M a r x a w Brunświku. O daleko posuniętej doskonałości technicz
nej świadczą zwłaszcza układy pomiarowe. Dzięki załą
czeniu na płyty oscylografu katodow ego (oscylografu nis
kiego napięcia) spadku napięcia na oporinku it3, a w ięc napięcia o w ielkości proporcjonalnej do prądu w yłączni
ka, i jednocześnie napięcia transform atorka Tesli, pobu dzonego w chwili zjaw ienia się impulsu napięcia p ow rot
nego (rys. 2 — punkty b i f), można dokładnie mierzyć czas opóźnienia się wystąpienia tego napięcia (rys. 3).
Rys. 3.
W idok ekranu oscylografu katodowego niskiego napię
cia, pozw alającego m ierzyć opóźnienie zjaw ienia się napięcia powrotnego. Na e- kranie w idać oscylogram , przedstawiający przejście przez zero prądu w yłączni
ka (z lew ej strony) i drga
nia w obw odzie transfor
matora Tesli, spow odow a
ne udarem napięcia p o
w rotnego (z praw ej stro
ny); to — opóźnienie zjaw ie
nia się napięcia pow rotne
go (E. M a r x).
*) Dokończenie artykułu do str. 765 „P. E.“ Nr. 23 r. b.
Kształt oscylacji, w yw ołanej przez udar w obwodzie transform atorka Tesli, świadczy o tym, czy nastąpił za
płon w wyłączniku, czy też nie.
M a r x w ypróbow ał sw ój układ przy badaniu p ro
stow ników łukow ych przy prądzie 2000 A i napięciu p o
w rotnym 150 kV, co odpow iada m ocy na jeden biegun 300 MVA. Nie widzi on przy tym istotnych przeszkód, aby m oc tę zwiększyć dowolnie. Do badania w yłączników M a r x układu swego w r. 1936 jeszcze nie stosował (zro-
P R Z E G L Ą D E L E K T R O T E C H N I C Z N Y N r 24
bili to później F. K e s s e l r i n g 12) i E. P u g n o - V a - n o n i 14). W tym przypadku są m ożliwe dwa sposoby postępowania:
a. albo ustala się dany odstęp kontaktów, zwarcie zaś w yw ołu je się, zakładając m iędzy kontakty cienki dru
cik, który przepala się pod w pływ em prądu;
b. albo bada się w yłącznik przy norm alnym ruchu kontaktów.
Jeśli w yłącznik w yłącza prąd dopiero po kilku p ó ł- okresach trwania łuku, łuk należy zapalać w każdym półokresie — aż do chwili, gdy napięcie pow rotne nie okaże się zbyt małym, aby spow odow ać zapłon.
O prócz układu do próby jednofazow ej M a r x o b myślił układ do badań trójfazow ych (rys. 4), nie przy
w iązując do niego zresztą dużej wagi. Jest to tym um o
tyw owane, że now oczesne w yłączniki są z reguły w y k o
nywane z biegunami oddzielonym i od siebie przestrzen
nie w ten sposób, że przebiegi łukow e różnych biegunów nie oddziaływ ują na siebie. W tych warunkach stosow a
nie badań trójfazow ych nie jest konieczne i wystarcza badanie każdego z biegunów oddzielnie. W układzie z rys. 4 napięcie pow rotne jest drganiem tłum ionym w iel
kiej częstotliwości, w ytw orzonym w obw odzie LC i prze
niesionym do obw odu wyłącznika za pom ocą transfor
matora Tesli. Zaletą układu jest możność przeprow adze
nia cyk lów prób złożonych z szeregu włączeń i w yłączeń—
stosownie do m iędzynarodow ych przepisów badania w y łączników (CEI— 56). Przy zbliżeniu kontaktów z chwilą załączania pow staje w układzie iskra, ja k przy próbie w zw ykłym laboratorium w ielkiej m ocy, również w ięc i przy włączaniu próba pośrednia jest rów now ażna bezpo
średniej. Ujemną cechą układu jest trudność ustalenia przy pom ocy kontaktu w irującego dokładnej synchroni
zacji chwili ukazania się napięcia pow rotnego z chwilą przejścia prądu przez zero, zwłaszcza, że ta ostatnia chwila w ykazuje w różnych fazach duże przypadkow e rozbieżności.
5. U k ł a d S k e a t s a -
Praktyczne zastosowanie układu S k e a t s a posiada wielkie znaczenie w historii prób pośrednich, jak o d o
w ód realności ich zasady. Znaczenie to jest tym większe, że była to realizacja na wielką skalę, w zastosowaniu do w yłączników o m ocy w yłączalnej trójfazow ej 2500 MVA.
Zasadą układu S k e a t s a (rys. 5) jest wytwarzanie dużego napięcia pow rotnego za pom ocą transform atora lub autotransform atora, który transform uje zbyt małe
Rys. 4.
Układ M a r x a do prób w yłączników z 3 biegu
nami w jednym zbior
niku. Tr— źródło prądu;
W K , W s , W r — kontakty wyłącznika badanego;
Tr> Ts , T t — transfor
matory Tesli. Z lew ej strony rysunku w idoczny jest przełącznik w iru ją
cy synchroniczny, który zamyka obw ody drgań, złożone z kondensatora i uzw ojeń transform ato
rów T ft, T g , Tt . Drgania w obwodach w tórnych tych transfor
m atorów grają rolę na
pięcia pow rotnego.
napięcie pow rotne obw odu p rą d o w eg o 20). A b y transfor
mator ten nie b y ł stale zwarty przed wyłączeniem , w obw ód jego w łączony jest iskiernik, którego zapłon na
stępuje dopiero przy stosunkowo dużej wartości napięcia powrotnego. Jest to konieczne, gdyż transform ator ten
b
a Rys. 6.
—Oscylogram k atodow y napięcia pow rotnego i prądu przy próbie pośredniej w układzie S k e a t s a . Skok na
pięcia pow rotnego został, jako zbyt duży, ograniczony przy pom ocy odgrom nika; stąd gw ałtow ny spadek napię
cia po osiągnięciu 290 kV.
b— Oscylogram pętlicow y prądu (krzywa B) i napięci*
pow rotnego (krzywa A) przy próbie pośredniej w układzie S k e a t s a . Nie m ające praktycznego znaczenia ząbki na krzyw ej napięcia (z praw ej strony rys.) są w yw ołane gaśnięciem iskry w iskierniku w łączającym napięcie p o
wrotne.
2°) O bw ód prądow y w układzie zrealizowanym przez S k e a t s a b y ł obw odem zw yk łego laboratorium w ielkiej mocy.
Rys. 5.
Układ S k e a t s a . Ozna
czenia: 1. źródło obwodu prądow ego; 2 — źródło na
pięcia pow rotnego (auto
transform ator lub ja k na rys. transform ator); 3— cew ka ograniczająca prąd; 4—
w yłącznik badany; 6— w y łącznik dodatkow y; 8 — iskiernik w łączający (rys.
w g B i e r m a n n s a).
zasilany jest napięciem łuku, a jego prąd zw arcia p ow o
dow ałby różnicę prądów w obu wyłącznikach. Okoliczność ta pow odu je ujemną cechę układu — zjaw ianie się na
pięcia z pew nym opóźnieniem (dziesiątki m-s — por. rys.
6). Ponadto, aby przy zadziałaniu iskiernika napięcie p o
wrotne nie było zwarte przez źródło prądu, zastosowano
'1 L .O V O L T 5 3 0 0
-t2QO
- i o o o io o
T IM E . M IC R O S E C O N D S
W Ę R E S
jednoczesne badanie dwóch wyłączników , przy czym na
pięcie pow rotne zostaje przyłożone do połączenia między nimi. Sposób ten był opublikow any przez M a r x a ju ż w r. 1932 ’ ). S k e a t s stosował wyłączniki identyczne (właściwie części tego samego wyłącznika p o ruszane w spólnym mechanizm em ); oznaką wyłączenia było niew ystępowanie zapłonu w żadnym z wyłączników.
6 . U k ł a d B i e r m a n n s a .
Ujemną cechą układu S k e a t s a jest konieczność badania dw óch wyłączników , ściśle jednocześnie przery
w ających prąd. W arunek ten ogranicza stosowanie ukła
du tylko do w yłączników , których w ytrzym ałość pow rot
na zwiększa się b. szybko w czasie od jednego przejścia prądu przez zero do następnego u).
W ady tej nie posiada układ B i e r m a n n s a , stano
w iący m od yfik ację układu S k e a t s a (rys. 7). Ulepszenie polega głów nie na za
stosowaniu cew ek (3 na rys. 7), odgraniczają
cych dla napięcia p o w rotnego obw ód prądo
w y od napięciowego.
Drugą cechą charaktery
styczną układu B i e r m a n n s a jest użycie iskierników przełączają
cych, przyczyniające się niew ątpliw ie do zm niej
szenia opóźnienia z ja wienia się napięcia p o
wrotnego. Napięcie to wytwarza się w osob
nym obwodzie, zasila
nym np. przez jedną z faz prądnicy, dostarcza
jącej prądu. Fazę skła
dow ej o częstotliwości technicznej tego napię
cia ustala się za pomocą cewek, kondensatorów i oporników (11, 12 i 13 na rys. 7) w ten sposób, aby była ona zgodna z fazą siły elektrom otorycznej obw odu prądowego. Na dol
nych iskiernikach (8) w ystępuje zaraz po przejściu prądu przez zero różnica między napięciem obw odu prądowego a napięciem powrotnym , zjaw iającym się na kondensato
rze (11). Dzięki temu przeskok na tych iskiernikach w y stępuje przy małej wartości napięcia. Pociąga on za sobą przeskok nastawionych na mały odstęp iskierników gór
nych (9), wskutek czego napięcie pow rotne zostaje przy
łożone do zacisków wyłącznika z w łaściw ym znakiem.
Rola oporników (1 0) polega w ięc tylko na udzieleniu gór
nym kulom dolnych iskierników napięcia, które ułatwia przeskok na tych iskiernikach.
Obwód, w którym pow staje napięcie powrotne, zło
żony ze źródła napięcia, transform atora (2) i kondensa
tora (1 1) można uważać za generator udarów, zasilany napięciem zmiennym. Z tego punktu widzenia układ B i e r m a n n s a stanowi m odyfik ację również układu M a r x a .
7 . Z a r z u t y s t a w i a n e p r ó b o m p o ś r e d n im .
W artość prób pośrednich zależy od tego, o ile prze
bieg w ytrzym ałości pow rotnej oraz napięcia pow rotnego Rys. 7.
Układ B i e r m a n n s a . Ozna
czenia, jak na rys. 5, a ponad
to: 7— kondensator, chroniący źródło prądu przed udarami;
9— iskierniki przełączające.
przy tych próbach odbiega od przebiegów, zachodzących w eksploatacji. Należy tu zw rócić uwagę, że próba bez
pośrednia w laboratorium w ielkiej m ocy nie zawsze od
twarza ściśle warunki eksploatacji, a to dlatego, że prze
biegi napięcia pow rotnego w liniach mogą przybierać nie
skończenie w iele p o sta ci21). Przebieg ten zależy nie tylko od drgań ob w od ów o stałych skupionych, lecz często i od przebiegów falow ych oraz drgań własnych cew ek i trans
form atorów ; przewidzenie tych drgań jest w większości przypadków zupełnie niemożliwe. Przebiegi napięcia p o w rotnego na stacji probierczej są o w iele prostsze, leżą bardziej w ręku inżyniera, dają się przew idyw ać i regu
lować. T ym nie mniej dotychczas bada się wyłączniki, nie regulując na ogół przebiegu napięcia pow rotnego, a p rzy j
m ując tę wartość, jaka w ynika z zastosowanego schematu i własności przyrządów. Ten stan rzeczy odbił się w prze
pisach m iędzynarodowych, które dotychczas nie ustaliły jeszcze norm alnego przebiegu napięcia powrotnego.
Z powyższego wynika, że przyjęcie określonego prze
biegu napięcia pow rotnego w czasie próby jest sprawą um owy. Przy próbach pośrednich m ożnaby w ięc ustalić pewien przebieg um owny, nawet inny niż przy próbach bezpośrednich, a jako podstaw ę w yboru przyjąć zacho
wanie się w eksploatacji wyłączników , które przeszły ta
kie próby pośrednie. Jednak z punktu widzenia przejścia od stanu obecnego do now ych układów, praktyczniejsze jest takie ustalenie w arunków próby pośredniej,, aby sta
wiała ona wyłącznikom wym agania takie same, albo nieco ostrzejsze, niż dotychczasowe próby bezpośrednie. Nie na
leży zapominać, że obecne laboratoria wielkiej m ocy m a
ją za sobą b. duże doświadczenie, bez którego nie można się obejść przy dalszym rozw oju techniki w yłącznikow ej.
Zarzuty stawiane próbom pośrednim starają się w y kazać, że nie odtw arzają one w arunków prób bezpośred
nich. Są to sprawy na ogół zbyt mało jeszcze zbadane, aby można b yło zająć w stosunku do nich stanowisko.
To też ograniczym y się przeważnie do podania argumen
tów przeciw ników i obroń ców prób pośrednich. M oim zda
niem, chociaż w ydaje się, że niektóre zarzuty są pow aż
ne, należy raczej zgodzić się na pewne niedokładności m etody prób pośrednich, niż z prób tych rezygnować.
Trzeba pamiętać, że korzyści z ich stosowania byłyby, niewątpliwie, ogromne.
Zarzuty można podzielić na dwie kategorie. P ierw sza zajm uje się wytrzym ałością powrotną, druga napię
ciem powrotnym .
a. Nieodtworzenie przebiegu wytrzymałości powrotnej skutkiem odkształcenia przebiegu prqdu łuku.
Gdy sinusoidalna siła elektrom otoryczna w ob w o
dzie zwarcia jest niew iele większa od napięcia łuku, prąd nie ma przebiegu sinusoidalnego (rys. 8), przy czym jego w artość szczytowa jest mniejsza, niż przy b. dużej sile elektrom otorycznej. R óżnice są duże, gdy siła jest m n iej
sza od pięciokrotnej w ielkości napięcia łuku ( 5UB na rys. 8 ) 22). Od czasowego przebiegu prądu zależy stan jo nizacji łuku, a w ięc i w ielkość wytrzym ałości pow rotnej;
zatem przy m ałych siłach elektrom otorycznych w ytrzy
małość ta może b y ć mniejsza, niż przy dużych. F. K e s - s e l r i n g 55) uważa, że zm niejszenie to zachodzi właśnie w tych przypadkach, w których stosowanie urządzenia do prób pośrednich opłaca się pod względem finansowym.
21) jak 10).
**) Na rys. 8 napięcie łuku przyjęto dla uproszczenia za niezależne od w ielkości prądu.
23) — jak ,s).
786 P R Z E G L Ą D E L E K T R O T E C H N I C Z N Y N r 24
E. M a r x 24) jest przeciw nego zdania, przy czym proponuje, aby zmniejszenie się wartości szczytowej prą
du (do 20°/o w przypadkach praktycznych) usuwać przez zmniejszenie indukcyjności obw odu prądowego. Należy zaznaczyć, że w tym przypadku prąd przed rozdzieleniem się kontaktów oraz w chwili ich rozdzielenia się miałby wielkość większą, niż przy trwaniu łuku. Jak słusznie zauważa F. K e s s e l r i n g , postępowanie takie w ym a-
Rys. 8.
Przebieg prądu, płynącego pod w pływ em siły elektrom o
torycznej o amplitudzie Um w obwodzie, zaw ierającym określoną, niezmienną indukcyjność i przerwę łukową.
Napięcie łuku założono stałe i rów ne Ub. (F. K e s s e l r i n g ) .
gałoby zmiany definicji prądu wyłączanego (prąd w yłą czany = wartość skuteczna prądu w chwili rozdzielenia się kontaktów). Obecna definicja, przyjęta m iędzynarodo
w o (CEI-56), celow o wzięła za podstawę w artość w ystę
pującą w chwili rozdzielenia się kontaktów, a nie w ar
tość w czasie łuku, gdyż istnieją wyłączniki, które nawet przy próbie bezpośredniej zm niejszają prąd w okresie łuku (należą tu np. wyłączniki firm y Delie z opornikiem włączanym przez łuk). F. K e s s e l r i n g słusznie zwraca uwagę, że interpretacja oscylogram ów, przy próbach z prądem zwiększonym według propozycji E. M a r x a , na
trafiałaby dla takich w yłączników na trudności.
O m ówiony zarzut nie w ydaje mi się ważnym, zw ła
szcza w odniesieniu do tych przypadków , w których ma się do w yboru albo określenie prądu wyłączalnego np.
z dokładnością do 20%>, albo nieokreślanie go w ogóle.
b. Nieodłworzenie przebiegu wytrzymałości powrotnej skutkiem niereprodukowania szczytu zgaszeniowego.
W wyłącznikach, zwłaszcza płynow ych, występuje czasem w okolicy przejścia prądu przez zero tzw. szczyt zgaszeniow y napięcia (Lóschspitze, pointę d‘extinction).
Polega on na tym, że napięcie między kontaktami w chwili zgaszenia łuku lub zaraz po zgaszeniu osiąga w artość du
żo większą, niż napięcie łuku przed zgaszeniem. Są tu m ożliw e dwa przypadki: albo szczyt zgaszeniowy jest napięciem łu k u 25), albo już częścią napięcia p ow rotn e
go Pierw szy przypadek zachodzi w razie istnienia b.
strom ej charakterystyki opadającej „prąd łuku — napię
cie łuku“ , drugi — gdy łuk przestaje być stabilny i nagle urywa się przy prądzie nierów nym zeru.
W obecnych rozważaniach interesuje nas pierw szy przypadek. W edług F. K e s s e l r i n g a i W. K a u f - m a n n a 23) szczyty zgaszeniowe tego rodzaju mogą osią
gać dla w yłączników płyn ow ych w ielkość siły elektrom o
torycznej obw odu do próby bezpośredniej wyłącznika, 24) — jak 13).
25) P orów naj B o r r i e s B. V. i K a u f m a n n W., Zeitschr. d. VDI, 1935/79, str. 597.
20) P orów naj J a k u b o w s k i J. L., Przegl. El. 1938, str. 226.
a w ięc nie można uzyskać ich przy próbie pośredniej.
E. M a r x uważa to za obostrzenie próby, dopuszczalne w edług niego. M ianow icie w edług M a r x a prąd zostaje przerwany przy wartości chw ilow ej różnej od zera, a w ięc jonizacja gazu, decydująca o wytrzym ałości p ow rot
nej, jest silniejsza. Należy zaznaczyć jednak, że ta opinia nie jest podzialana przez wszystkich; dow iodła tego dys
kusja na posiedzeniu K om itetu W yłączników K onferencji W ielkich Sieci.
c> Opóźnienie zjawienia się napięcia powrotnego.
W układach M a r x a , S k e a t s a i, praw dopodob
nie w m niejszym stopniu, w układzie B i e r m a n n s a 27) napięcie pow rotne zjaw ia się z opóźnieniem kilkudziesię
ciu (as po przejściu prądu przez zero. M a r x uważa, że jest to czynnik obostrzający próbę, w stosunku do bez
pośredniej. Przy próbie bezpośredniej napięcie rośnie w sposób ciągły, począwszy od chwili zaniku prądu, i w y wiera działanie dejonizujące na przerwę m iędzykontak- tową; ma to za skutek w zrost w ytrzym ałości powrotnej.
Przy próbie pośredniej działanie to nie w ystępuje w cza
sie opóźnienia zjaw ienia się napięcia. Dejonizacja, o któ
rej mowa, polega na w yłapyw aniu jon ów przez elektrody.
Na rolę opóźnienia istnieje jeszcze inny pogląd, niż M a r x a . Kom itet Angielski M iędzynarodow ej Kom isji Elektrotechnicznej (CEI) zw rócił m ianow icie osta tn io28) uwagę, iż w przypadku w yłączników cechujących się du
żą przewodnością połukow ą przerw y m iędzykontaktowej, stopniowe zjaw ianie się napięcia pow rotnego pow oduje malenie wytrzym ałości pow rotnej. Pod w pływ em takiego napięcia mogą płynąć prądy nawet rzędu amperów. W tym przypadku próba pośrednia jest w ięc zbyt mało surowa.
d. Krótki czas trwania napięcia powrotnego.
Zarzut ten dotyczy tylko układów M a r x a i B i e r m a n n s a , w których napięcie pow rotne ma postać k rót
ko trw ającego udaru (rys. 9). W układzie S k e a t s a na
pięcie powrotne, po zaniknięciu oscylacji szybkozm ien- nych, jest sinusoidą o częstotliwości technicznej, podobnie jak przy próbie bezpośredniej (rys. 6). Krótki czas trw a
nia napięcia pow rotnego może w pewnych, rzadkich przy
padkach być czynnikiem zm niejszającym surowość próby.
Zachodzi to wtedy, gdy zapłon łuku przy próbie bezpo
średniej następuje z pew nym opóźnieniem, po minięciu pierwszego szczytu napięcia pow rotnego. W razie stoso
wania napięcia pod postacią udaru, zanikającego dużo prędzej, niż napięcie przy próbie bezpośredniej, próba p o -
Rys. 9.
Przebieg napięcia pow rotnego w układzie M a r x a . W sku
tek m ałej skali czasu na rys. udar, będący napięciem p o w rotnym (u '), uwidacznia się pod postacią pionow ej kre
ski (na dole rys.). Oznaczenia: UB— napięcie łuku; e — si
ła elektrom otoryczna w obw odzie zwarcia; u — napięcie pow rotne obw odu prądowego.
27) W artykule B i e r m a n n s a (p. odnośnik 2) bra
kuje danych co do opóźnienia.
28) Dokument CEI: 17 (Great Britain) 204 z r. 1938.
średnia może w tym przypadku wykazać, że wyłącznik w yłączył.
Korzystanie z udarowego napięcia pow rotnego może pociągnąć za sobą jeszcze jedną niedogodność. W ykazały to badania porów naw cze przeprowadzone przez firm ę Siemens-Halske i zreferow ane przez F. K e s s e l r i n g a podczas dyskusji na K onferencji W ielkich Sieci w 1937 r o k u 20). Okazuje się m ia n ow icie30), że pod w pływ em uda
ru napięcia w układzie M a r x a może nastąpić przeskok iskrow y między kontaktami wyłącznika, nie pociągający za sobą łu k u 31). Przy próbach bezpośrednich otrzymano w tych samych warunkach zapłony łuku. W ydaje mi się, że okoliczność ta nie stanowi zarzutu w stosunku do m e
tody M a r x a , a wskazuje jedynie, że iskry należy trak
tować, jak zapłony łuku.
8 . W i d o k i n a p r z y s z ło ś ć .
Streszczając dotychczasowe w yw ody, można pow ie
dzieć, że pośrednie próby w yłączników pozw oliłyby na:
a. zwiększenie m ocy istniejących laboratoriów, b. tworzenie now ych urządzeń probierczych b. ta
nich, bo przy pom ocy źródeł o małej mocy.
M a r x przypuszcza, że do badania w yłączników na napięcie 100— 200 kV potrzeba byłoby źródła prądu o na
pięciu zaledw ie 5 do 7 kV. Znaczy to, że wystarczy np.
źródło o m ocy 50 M V A —• zamiast źródła 1000 M VA, p o
trzebnego przy próbie bezpośredniej.
20) — jak 10).
30) O ile dobrze rozum iem b. fragm entaryczną relację F. K e s s e l r i n g a .
31) Na m ożliw ość takich przeskoków wskazyw ał M a r x już w r. 1932, w sw ej książce Lichtbogen - Strom - richter.
K e s s e l r i n g ocenia m ożliwość prób pośrednich bardziej pesymistycznie; źródło prądu w edług niego musi m ieć napięcie wynoszące conajm niej 30°/o napięcia przy próbie bezpośredniej (tj. mieć 300 M V A zamiast 1000 MVA). Prawda leży, niewątpliwie, po środku, przy czym oszczędność zależy od typów wyłączników, jakie mają być badane. W arto zaznaczyć, że now e wyłączniki mają małe napięcie łuku — zgodnie z tendencją zmniejszania pracy w yłą cza n ia 32), która to tendencja doprowadziła do ostat
nich w ielkich postępów konstrukcyjnych w tej dziedzinie.
Z trzech znanych układów prób pośrednich sposób S k e a t s a zdaje się najm niej podlegać zarzutom. P rzy
czyniło się do tego, niewątpliwie, praktyczne jego w yp ró
bowanie na wielką skalę. Czy układy te znajdą szersze zastosowanie i w jakiej postaci — trudno na razie osądzić.
B yć może, że trzeba się będzie zgodzić na ich pewne u jem ne cechy, albo też na ograniczony zakres stosowania. P o trzebne jest tu także jeszcze w łożenie w ielkiej pracy ba dawczej. W razie wyniku pozytyw nego praca ta opłaci się całkowicie.
Zagadnienie prób pośrednich jest specjalnie ważne dla krajów , nie posiadających laboratoriów wielkiej m o
cy. Tym się tłum aczy wielkie zainteresowanie, jakim je obdarza np. Italia.
Również dla P o l s k i sprawa to posiada wielką w a gę. Należy pamiętać, że dopiero m ożność badania zdolno
ści wyłączalnej jest tym środkiem, który pozw oli na roz
winięcie tw órczej pracy w dziedzinie konstrukcji w y łącznikowych.
32) Por. J a k u b o w s k i J. L., Przegl. El., 1938, str. 695.
Współczesne poglq dy na z a g a d n ie n ia budowy
wielkich elektrowni p aro w ych*)
Inż. W i e s ł a w S z w a n d e rO g ó l n y u k ł a d e l e k t r o w n i
Znaczne zmniejszenie liczby kotłów w now oczes
nych elektrowniach w yw iera, oczywiście, podstaw owy w p ły w na ogólne rozplanowanie tych zakładów. N ajle
piej ilustrują to załączone ilustracje. Rys. 12 przedstawia plan niem ieckiej elektrowni Zschornewitz, pracującej na w ęglu brunatnym, typow ej dla przedw ojennego sposobu rozwiązywania zagadnienia (64 kotły, 8 turbozespołów).
Przykłady rozplanowania kilku now szych elektrowni przedstawia rys. 13.
Poważne rozbudowanie w nowoczesnych elektrow niach urządzeń przeznaczonych do przygotowyw ania i podgrzewania w ody zasilającej, jak rów nież wzrost m o
cy pom p zasilających wskutek stosowania wyższych ciś
nień, spow odow ały skupienie tych instalacyj w osobnym pomieszczeniu, — tzw. pom powni, znajdującej się za
zw yczaj m iędzy kotłow nią a salą maszyn, lub między dwiem a kotłowniam i. Pom pow nię taką znajdziem y nie
odm iennie na planie każdej nowoczesnej elektrowni;
oprócz w ym ienionych urządzeń znajdują się w niej zbiorniki kondensatu i w o d y zasilającej, a częstokroć również i głów ne kolektory parowe.
Układ najbardziej celow y, dający największą przej
rzystość i w ygodę w eksploatacji, um ożliw iający n ajpro
stsze rozwiązania dostawy w ęgla i usuwania popiołu, a jednocześnie zapew niający należyty dostęp światła do kotłow ni — to układ r ó w n o l e g ł y kotłow ni i sali ma
szyn, z jednym rzędem kotłów i z turbinami ustawiony
mi wzdłuż osi sali maszyn. Jak w ynika z rys. 13 został, on już zrealizowany zarów no przy dwóch, . jak i przy trzech kotłach na turbinę. Wadą tego układu jest dość
nH n n n n n n n
n [
i
i i ! 1 i !. J un n n r i 1 i i 1 1 i i
n n H □ L J u L J u
i i 1 1 i i i 1 i i
n / n
n ' n n ' i i 1 1 i i
i i n i i i i i i I..J [ J i j
C J □ L J L J J
u U L J L J
4 ■ ; ■
m
■ ■ ; ■ ■ 1 ^*) Dokończenie artykułu do str. 762 „P. E.“ Nr. 23 r. b.
Rys. 12.
Rozplanowanie elektrowni Zschornew itz:
1— kotłow nie; 2— pom pow nie; 3— kom iny; 4— sala maszyn;
5— filtry powietrzne; 6— rozdzielnia 6 kV; 7— rozdzielnia 100 kV; 8— chłodnice w od y; 9—linie dalekonośne.
788 P R Z E G L Ą D E L E K T R O T E C H N I C Z N Y N r 24
w ydłużony obraz całej elektrowni, zwłaszcza przy w ięk szej liczbie turbozespołów , oraz niem ożność stosowania kom inów budow anych na w łasnych fundamentach czyli nie obciążających konstrukcji samej kotłowni.
Przy projektow aniu rozplanowania elektrowni obok samej liczby k otłów i zespołów turbinow ych decydującą rolę będą odgrywać, oczywiście, ich w ym iary oraz w za
jem ne tych w ym iarów stosunki, jak rów nież i k on figu racja terenu przeznaczonego pod budow ę elektrowni. Z a
mieszczony na rys. 13 przykład kilku elektrowni z ukła
dem kotłow ni prostopadłym do osi sali maszyn wskazu
je, że dotychczas jeszcze żadnego ze stosowanych ukła
dów nie można uważać za bezsprzecznie lepszy od in
nych.
O □ □ o
i
□ o - m t/h ZSOOOkM'O D oo
22500 k W
50t/h n ń
d □
□ □ a □
□ □□□
30000hW
□ C3-6H/h
□ CD
cn □
C J
Nymwegen
Mikramag Ve/sen
□ □ □ O- 150t/h 120t/h
| □□OÓDD| not/h
PPDD□□□□
50000k W□ □ □ □ □ □ □ □ □ 31000kW
W e s t w e r k .
6 9 0 0 0 k W B a t t e r s e a S t . D e n i s I I
Rys. 13.
Rozplanowanie kilku nowszych elektrowni cieplnych.
M ów iąc ogólnie o rozplanowaniu elektrowni na przeznaczonym dla niej terenie, trzeba jeszcze poruszyć następujące zagadnienia: elektrownia cieplna musi p o siadać odpow iedni skład węgla, na którym m oże być przechow yw any zapas paliwa gw arantujący ciągłość pra
cy elektrow ni niezależnie od przerw w dostawie węgla, m ogących pow staw ać zarówno w normalnych, jak i w nienorm alnych warunkach. Składy w ęgla muszą być, oczywiście, szczególnie duże, jeśli trzeba się liczyć — jak to ma np. m iejsce w naszych warunkach — z m ożliw oś
cią ustania dowozu w ęgla na w ypadek w ojn y. Nadgra
niczne położenie naszych kopalń węgla, utrudniony jego dow óz z zagranicy w czasie w ojn y oraz mała ilość w kra
ju elektrow ni korzystających z innych źródeł energii p o
za węglem , jak w reszcie i m ały stosunkowo stopień p o
wiązania elektrowni m iędzy sobą, zmuszają przy p rojek towaniu elektrow ni w Polsce do poświęcenia szczególnej uwagi zagadnieniu magazynowania węgla w elektrowni.
Oczywiście, przy braku dostatecznej ilości m iejsca w bez
pośrednim sąsiedztwie elektrowni, m ożliw e jest oddzie
lanie składów w ęgla na w ypadek w ojn y od norm alnych bieżących zapasów.
P rojektu jąc rozplanowanie elektrow ni na pew nym terenie, należy zw ykle dostosow ać się do istniejących m ożliw ości doprowadzenia boczn icy k olejow ej. Rola tej boczn icy nie ogranicza się tylko do dow ozu w ęgla; w n o
w oczesnych elektrowniach — ze względu na konieczność transportu części maszyn o w ielkiej wadze (100 ton i w ięcej) — odgałęzienia torów kolejow ych doprow adza
ne są z reguły do wszystkich głów nych części elektrow ni (do kotłowni, sali maszyn i rozdzielni), gdzie m ożliw y jest w yładunek bezpośrednio z w agonów za pom ocą ist
n iejących na m iejscu urządzeń dźw igow ych (suwnic itp.).
Ze sprawą tą łączy się zagadnienie poziom ów różnych czę
ści elektrow ni: dla w prow adzenia torów kolejow ych do wnętrza b u dynk ów muszą w nich b y ć przewidziane p o
dłogi na poziom ie zewnętrznego terenu (np. w sali m a
szyn — poziom kondensacji).
W reszcie należy jeszcze pamiętać, że przy korzysta
niu z w od y rzecznej lub jeziorow ej do chłodzenia kon
densatorów, co w w iększości w yp ad k ów w dużych elek trowniach ma m iejsce, usytuowanie terenu elektrowni w zględem danego źródła w od y i sposób rozwiązania p o
bierania w od y z tego źródła też mają decydujący w p ływ na rozstawienie poszczególnych bu dynków na terenie elektrowni. Ponieważ roboty związane z w ykonaniem ujęcia w od y chłodzącej są zw ykle bardzo kosztowne, (dla elektrowni o m ocy 250 M W należy doprowadzać koło 15 m 3/sek w ody) — postulat ograniczenia tych kosztów przez najkorzystniejsze z danego punktu widzenia usta
w ienie budynków elektrow ni posiada częstokroć d ecy
dujące przed innymi postulatami znaczenie.
K o t ł o w n i a .
Zasadniczym problem em , który musi tu b y ć roz
strzygnięty, przy projektow aniu kotłow ni jest w yb ór ro
dzaju paleniska: ryszty czy pył w ęglow y. R ozw ój pale
nisk na pył w ęg low y wr ostatnim dziesięcioleciu pobudził też ze sw ej strony fabrykantów palenisk rusztowych do poczynienia w ielu ulepszeń, dzięki czemu obecnie dla średniej w ielkości k otłów oba rodzaje palenisk m ogą być uważane za mniej w ięcej rów now artościow e. Dla bardzo dużych kotłów — ponad 130 — 150 t/h — paleniska rusz
tow e nie m ogą b y ć stosowane, gdyż w zględy konstruk
cyjn e ograniczają ich w ym iary do 70 — 80 m 2 pow ierz
chni przy najw iększej szerokości ok. 6,5 m (dla p o d w ó j
nego rusztu — 2 X 6,5 m). W ielkie k otły z reguły są w ięc opalane pyłem w ęglow ym .
Now oczesne paleniska rusztowe ze strefow ą regula
cją podw iew u pod w zględem elastyczności dostosow y
wania się do obciążenia dorów nyw ują na ogół paleniskom na pył w ęglow y.
Paleniska na pył w ę g low y obciążają koszt paliwa dodatkow o kosztem m ielenia; ponadto w ym agają one za
zw yczaj stosowania kosztow nych urządzeń do oczyszcza
nia gazów spalinow ych z lotnego popiołu, bardzo uciąż
liw ego dla otoczenia. Na korzyść ich trzeba zapisać nieco wyższą sprawność, korzystniejszy jej przebieg oraz m oż
ność spalania gorszych gatunków węgla, co b y ło głów nym bodźcem stosowania palenisk na pył w ęg low y do
póki — na skutek zwiększonego popytu — cena n a jp o- śledniejszych gatunków w ęgla nie poszła znacznie w gó
rę. Ponadto stosowanie palenisk na pył w ęg low y um oż
liwia podgrzew anie powietrza do znacznie w yższych tem peratur niż przy rusztach, które nie znoszą tem peratury powietrza w yższej od 250° C. W ostatnio w ykonyw anych konstrukcjach przeważa stosowanie indyw idualnych m ły n ów dla każdego kotła — zamiast dawniej ustawianych centralnych instalacyj do mielenia węgla.
Pod w zględem stosow anych ty p ów kotłów , pom im o coraz częstszego stosowania k otłów specjalnych konst- rukcyj — o przym usow ym obiegu, najbardziej rozpow szechnione pozostają w ciąż jeszcze k otły w odnorurkow e sekcyjne lub strom orurkowe, przy czym z reguły stosuje się w łączenie do obiegu w od y w kotle rur ekrano
w ych, stanow iących ściany k om ory paleniskow ej. W o bec przejścia do w ysokich tem peratur i ciśnień, ja k ró w nież i w o b e c zasilania k otłów w odą podgrzaną do w y so
kich tem peratur i ciśnień, jak również i w ob ec zasila
nia k otłów w odą podgrzaną do w ysokiej temperatury, w łaściw a pow ierzchnia ogrzewalna k otłów jest obecnie stosunkowo m niejsza niż daw niej w porównaniu z p o
wierzchniam i podgrzew acza i przegrzewacza.
Dla om ów ionych już w yżej w zglądów stosowane są z reguły przy nowoczesnych kotłach p o d g r z e w a c z e powietrza, pozw alające jak najdalej w ykorzystać ciepło gazów odlotowych. Podgrzewacze wody, wskutek zasila
nia ich w odą podgrzaną uprzednio parą zaczepową, pra
cują w w ielu wypadkach już w zakresie temperatur, w których następuje odparow yw anie (V erdam pfungsvorw ar- mer).
W nowszych elektrowniach przeważa stosowanie w ysokich k o m i n ó w , ustawianych bądź na dachu k o
tłowni, bądź też, co jest tańsze, na w łasnym fundam en
cie. Każdy kom in obsługuje po kilka kotłów tak, że przy małej w ogóle liczbie k otłów elektrownia o m ocy 100 — 200 M W posiada najw yżej 2 — 3 kominy. Dużą zaletą tego rozwiązania jest m iędzy innymi zmniejszenie stop
nia zanieczyszczania okolicy sadzą, lotnym popiołem oraz gazami spalinowymi, w obec rozsiewania ich na znacznie większe powierzchnie, co ze swej strony pozwala p oczy
nić oszczędności na urządzeniach do oddym iania przez stawianie im m niejszych wym agań. K otły opalane pyłem w ęglow ym posiadają z reguły urządzenia do oczyszcza
nia spalin — hydrauliczne lub elektrostatyczne. Usuwa
nie popiołu spod kotłów uskutecznia się przeważnie h y draulicznie.
Stosowanie w ysokich ciśnień pary, duża w ydajność kotłów oraz skom plikowana ich budowa, jak również stosowanie w ielkich szybkości przepływ u pary w ruro
ciągach i w turbinach, spow odow ały znaczne zwiększenie w ym agań stawianych czystości w ody zasilającej kotły.
W instalacjach kondensacyjnych w oda uzupełniająca straty kondensatu musi b y ć tak oczyszczona, b y nie p o
w odow ała tworzenia się kamienia kotłow ego, ani osadza
nia się soli w kotle czy w turbinie; nie może wreszcie pow odow ać ona korozji metali, z którym i się styka.
Zależnie od lokalnych w arunków i od sprawdzonej opłacalności stosowane są albo aparaty do chemicznego oczyszczania w ody, albo też term iczne destylatory (w y
parki). D osyć celow e jest rozwiązanie, polegające na po
łączeniu obu m etod: w oda częściow o oczyszczona che
micznie zostaje następnie przedestylowana. W rozwiąza
niu tym aparatura chemiczna jest m ało skomplikowana, w yparki zaś nie zanieczyszczają się zbytnio dzięki prze
rabianiu w od y częściow o ju ż oczyszczonej. Niezależnie od m etody przygotowania w od y zasilającej, należy prze
strzegać, aby w oda ta miała pewien stopień alkaliczno
ści, co osiąga się bądź przez odpowiednią metodę przy
gotowania, bądź przez odpow iednie chemiczne dodatki (kwaśna w od a niszczy ścianki kotłów ).
Bardzo w ażnym zagadnieniem przy w yższych ci
śnieniach i tem peraturach w kotłach jest dokładne od - gazowanie całej w od y zasilającej kotły, gdyż gazy, a zwłaszcza tlen zawarty w wodzie, działają w tych tem peraturach silnie korozyjnie na ścianki kotłów . Poza od - gazowaniem w od y w specjalnych odgazow yw aczach trze
ba przestrzegać, aby nigdzie po tym nie m ogła się ona zetknąć z powietrzem , z którego ponow nie w chłonęłaby tlen.
M a s z y n o w n i a .
T u r b i n y dla w ielkich elektrowni w Europie z bardzo nielicznym i w yjątkam i w ykonyw ane są w ostat
nich czasach z reguły dla liczby obrotów na minutę rów nej 3000. Od czasu, gdy produkcja turbogeneratorów na 3000 obr/m in osiągnęła m oce jednostkow e odpow iadają
ce całkow icie zapotrzebowaniu, w ykonyw anie turboze
społów na 1500 obr/m in, jako droższe, straciło rację b y tu. Turbiny dla m niejszej liczby obrotów od 3000 zn aj
dują zastosowanie jedynie dla szczególnie wielkich, rzad
ko budow anych zespołów.
Pod w zględem konstrukcyjnym turbiny ustawiane w ostatnich czasach w elektrowniach odznaczają się w iel
ką prostotą wykonania. Tą drogą osiąga się większą pew ność ruchu oraz krótsze czasy rozruchu, a dzięki rów nolegle idącym postępom konstrukcji nie cierpi na tym sprawność. Z reguły w ięc instaluje się turbiny o jednym wale, o ile m ożności, jednokadłubow e i z jednym kierun
kiem przepływ u pary, najw yżej zaś dwukadłubowe z dwom a kierunkami przepływu. M ożliw e jest to dzięki temu, że m oc graniczna turbin kondensacyjnych na 3000 obr./min., z chłodzeniem świeżą w odą w w ykona
niu jednokadłubow ym dochodzi obecnie przy jednym kierunku przepływ u pary do 40 000 kW, turbin zaś dw u - kadłubow ych z dwom a kierunkami przepływ u — do 80 000 kW.
Bardzo w ażnym z punktu widzenia ruchu w ym aga
niem, stawianym turbinom w now oczesnych elektrow niach, jest m ożliwie krótki czas uruchamiania. Pod tym względem, przy stosowaniu wspom nianych w yżej p ro
stych konstrukcyj, przy m ocy 30 000 kW dają się osiągać czasy rzędu 10 minut, o ile w kondensatorze panuje za
wczasu próżnia. Duże dosyć rozpowszechnienie znajdują w ostatnich czasach turbiny prom ieniow e np. L junstro- ma, szczególnie korzystne pod w zględem czasu rozruchu.
Charakterystyczną cechą większości now ych elek
trow ni jest stosowanie scentralizowanego pompowania w ody chłodzącej dla kondensacji. W oda doprowadzona graw itacyjnie do pomieszczenia pom p kondensacyjnych, przylegającego zazwyczaj ze w zględów ruchow ych do sali maszyn, tłoczona jest przez pom py do kanałów doloto
w ych poprow adzonych wzdłuż sali maszyn i zasilających poszczególne kondensatory. Analogiczne kanały odloto
w e przewidziane są dla odprowadzania w od y z konden
satorów.
Ilości oraz w ielkości p o m p kondensacyjnych d o
stosow uje się z zachowaniem odpowiednich rezerw do liczby i w ielkości turbozespołów oraz do przew idyw a
nych w arunków ruchu. W kanałach niepotrzebna jest, oczywiście, tak w ielka rezerwa, jak w pom pach: istnieją wykonania z dwom a kanałami tołcznym i i z możliwością dow olnego załączania każdego kondensatora i każdej pom py na dow olny kanał; są też rozwiązania z osobnym kanałem (bez rezerwy) dla każdego turbozespołu itp.
W pomieszczeniu pom p kondensacyjnych mieszczą się też zazwyczaj i wszelkie inne pom py, jak pożarowe, w o d o ciągowe, dla chłodzenia oleju, powietrza, transform ato
rów, dla zasilania eżektorów itp. o ile te potrzeby nie są częściow o zaspakajane z głów nego kanału tłocznego.
W związku z niew ielką liczbą jednostek kotłow ych w now oczesnej elektrow ni pozostaje też ukształtowanie głów nego k o l e k t o r a parowego. M ożna tu rozróżnić dwie tendencje.
Jedna, reprezentowana silnie w elektrowniach am e
rykańskich, zmierza do w yodrębnienia grup kotłów (1,2 lub w ięcej), p racujących bezpośrednio na dany turbo
zespół; wszelkie urządzenia pom ocnicze, jak podgrzew a
cze w od y zasilającej, pom py zasilające itp. podzielone są również na odpow iednie grupy. Co najw yżej istnieją przy tym połączenia rezerw ow e m iędzy poszczególnym i gru
pami. Przykład takiego rozwiązania przedstawia rys. 14 dla grup składających się z dw óch k otłów i jednej tur
biny.
Druga tendencja, bardziej reprezentowana w Euro
pie, zmierza do układu głów nego kolektora parowego, jak również systemu przew odów w od y zasilającej, iden
790 P R Z E G L Ą D E L E K T R O T E C H N I C Z N Y N r 24
tycznego ze stosowanym w elektrycznej części urządzeń pod w ójnym układem szyn zbiorczych (rys, 15). Układ ten daje największą łatwość pracy dow olnych kotłów na dow olne turbiny i jest niesłychanie przejrzysty. Nad
układem grupow ym ma on rów nież tę przewagę, że p o
zwala zasilać z głów nego kolektora turbinę własnych potrzeb, dla której na ogół nie są przewidziane osobne kotły. K olektor parow y o układzie dw óch rów noleg
łych szyn zbiorczych może być ponadto stosunkowo bardzo krótki, co korzystne jest ze względu na koszt, gdyż w tym układzie jed y nie kolektor musi m ieć du
żą średnicę, dostosowaną do najniekorzystniejszego roz
pływ u pary, wszystkie zaś doprowadzenia do poszcze
gólnych turbin i kotłów b ę dą m iały średnice odpow ia
dające ich poborom i w y - dajnościom . Nie będzie wreszcie tu w cale na k o
lektorze kosztow nych za
w orów o w ielkiej średnicy.
Przytoczone względy nabierają szczególnie na znaczeniu w miarę wzrostu ciśnienia pary, którem u tow arzyszy p o
ważny w zrost całkow itego kosztu rurociągów.
Zaprojektow anie rurociągów parow ych o stosunko
w o niew ielkich średnicach zwiększa spadek ciśnienia na dystansie m iędzy kotłem a w lotem do turbiny; dla da
nego stanu pary przy w locie do turbiny spow oduje to konieczność w yboru stosunkowo wyższego nom inalnego ciśnienia kotłów ; z drugiej jednakże strony powstaną oszczędności na koszcie wykonania rurociągów paro
w ych. W łaściw e rozw ią
zanie wskaże każdorazo
w o kalkulacja. Mniejsze przekroje przew odów pa
row ych pow odują ró w nież zwiększenie prędko
ści przepływ u pary, a w ięc i m niejszy spadek temperatury między przegrzewaczem a turbi
ną, co doprowadza osta
tecznie do korzystnego zjawiska wyższej tem pe
ratury pary dolotow ej do turbiny przy danej m aksymalnie dopusz
czalnej temperaturze pa
ry w przegrzewaczu.
G łów ne kolektory parowe i przynależne do nich zaw ory najkorzyst
niej jest umieszczać w pom powni między ko
tłownią a maszynownią.
Z a s i l a n i e w ła s n y c h p o t r z e b .
N owoczesna elektrownia parow a odznacza się w iel
kim zapotrzebowaniem m ocy i energii dla pokrywania
w łasnych swych potrzeb. Odpow iednie dane liczbow e za
leżą od lokalnych w arunków i od szeregu szczegółów technicznych instalacji (np. od wysokości podnoszenia w od y chłodzącej dla kondensatorów, od ewentualnego mielenia węgla na pył itp.). Na ogół zużycie energii dla własnych potrzeb sięga rzędu 4— 6°/o całkow itej produk
cji energii; m oc zainstalowana w instalacji w łasnych p o
trzeb w ynosi 6— 10°/o m ocy zainstalowanych jednostek prądotwórczych, a obciążenie zasilania własnych potrzeb 4— 8°/o obciążenia elektrowni. Są to, oczywiście, dane orientacyjne.
Szereg udoskonaleń tecchnicznych poszczególnych elem entów elektrowni pociąga w następstwie wzrost zu
życia energii dla własnych potrzeb (np. zwiększenie w y dajności kotłów, bardziej zwarta a w ięc tańsza ich bu dowa itp.). Ponieważ zwiększenie własnego zużycia ener
gii obciąża dodatkow ym kosztem każdą wyprodukowaną kilowatogodzinę, będzie w ięc ono o tyle usprawiedli
wione, o ile towarzyszy mu odpowiedni równoczesny spa
dek kosztów produkcji — czy to wskutek obniżenia kosz
tów instalacji innych urządzeń (osiągalnego przy tym wzroście własnego zużycia), czy też wskutek odpow ied
niego poprawienia sprawności tych urządzeń.
0 2 0 0 0 4 0 0 0 6 0 0 0 Q O O O h Rys. 16
Powiększenie ogólnej sprawności elektrowni konieczne dla usprawiedliwienia zwiększenia w łasnego zużycia o l°/o.
przy różnych czasach użytkowania szczytu i przy różnym koszcie ciepła (P — w RM/10(i kcal). P rzyjęto koszt zakła
dow y instalacji własnych potrzeb 500 R M /kW przy 35 at i 430°C.
Za przykład tych stosunków mogą służyć rys. 16 i 17, w skazujące o ile w pew nym konkretnym wypadku musi się popraw ić sprawność urządzeń kotłowni, ew en
tualnie obniżyć się ich koszt zakładowy, aby usprawie
dliw ić w zrost własnego spożycia o 1%>. W ielkości te za
leżą, jak widać, od stopnia wyzyskania urządzeń oraz od kosztu paliwa. P rzytoczony przykład wskazuje, jak bardzo ostrożnym trzeba b y ć przy zwiększaniu własnego zużycia elektrowni, oraz jak dalece projektow anie p o
szczególnych elem entów wym aga uzgodnienia między so
bą, aby otrzym ać rzeczyw iście celow ą i najbardziej eko
nomicznie pracującą całość.
Rozwiązanie zasilania własnych potrzeb elektrowni, niezależnie od uwzględnienia czynnika gospodarności, w pierw szym rzędzie musi zapewniać absolutną pewność ruchu. Dla napędzania urządzeń pom ocniczych w elek
trowniach stosuje się praw ie w yłącznie — tak w E uro
pie, jak i w A m eryce — silniki elektryczne. Główną przyczyną tego są ogólnie znane zalety napędu elektrycz
Rys. 14.
Zgrupow anie dw óch kot
łó w i jednej turbiny, jako jednostki rob oczej: 1— kot
ły ; 2— turbogeneratory; 3, 4
— pierw sze dwa stopnie podgrzewania kondensatu w podgrzewaczach pow ie
rzchniow ych; 5— trzeci sto
pień podgrzewania— w p od grzewaczu stykowym.
Rys. 15.
Rozwiązanie kolektora paro
w ego i rurociągów w ody zasi
lającej na w zór elektryczne
go układu pod w ójn ych szyn zbiorczych (objaśnienie cy fr—
patrz rys. 14).
nego: prostota i przejrzystość instalacji, łatwość regula
cji, łatwość podziału m ocy na poszczególne napędy, duża pewność ruchu, w ygodna obsługa, m ożliw ość zdalnego sterowania itp. Przy niew ielkich m ocach poszczególnych
0 2 0 0 0 4 0 0 0 6 0 0 0 6 0 0 0 h Rys. 17.
Zm niejszenie ogólnego kosztu zakładow ego elektrowni konieczne dla usprawiedliwienia wzrostu własnego zuży
cia o 1 °/o przy różnych czasach użytkowania szczytu i przy różnym koszcie ciepła (p — w RM/100kcal). P rzyjęto koszt zakładowy instalacji w łasnych potrzeb 500 RM /kW
przy 35 at i 430° C.
silników napęd elektryczny jest gospodarczo korzystniej
szy od parow ego; natomiast przy m ocach ponad 200 — 300 kW tańszy jest w eksploatacji napęd parow y z w y korzystania ciepła odlotow ego pary; praktycznie je d nak, ze względu na w yliczone w yżej korzyści napędu elektrycznego, napęd parow y w yją tk ow o tylko byw a sto
sowany.
Pom py zasilające k otły przeważnie otrzym ują obok napędu elektrycznego również napęd turbinow y — albo w charakterze rezerw y albo dla stałej pracy; w tym osta
tnim przypadku para odlotow a tych turbinek włączana byw a do obiegów podgrzewania w od y zasilającej. Sto
sowane dawniej często turbinki dla zasilania pom p k on densacyjnych tracą obecnie na znaczeniu w ob ec om ów io
nej w yżej tendencji scentralizowania dostarczania w ody chłodzącej, przy czym odpow iednie pom py umieszczone są zw ykle w pomieszczeniach dość odległych od kotłow ni tak, że napęd elektryczny jest tu przeważnie z góry prze
sądzony.
Ciekawe jest rozwiązanie napędu parow ego w enty
latorów w yciągow ych i podm uchow ych dla kotła, oparte na zastosowaniu turbinki szeregowej, przez którą prze
pływ a cała para pobierana z kotła przy stosunkowo ma
łym, oczywiście, spadku ciśnienia i temperatury w tur
bince. Urządzenie to zapewnia idealną samoczynną regu
lację dzięki zależności liczby obrotów turbinki od ilości pobieranej z kotła pary.
W przeważającej liczbie w ypadków do zasilania w łasnych potrzeb elektrow ni stosowany jest p r ą d zmienny trójfazow y. Prąd stały wym aga stosowania spe
cjalnych przetw ornic dla połączenia sieci w łasnych p o trzeb z głów nym i szynami zbiorczym i. Użytkowanie aku
m ulatorów elektrycznych, jako rezerwy, straciło na zna
czeniu —• z jednej strony wskutek wzrostu m ocy w ch o
dzących w grę oraz spow odow anych tym w ielkich kosz
tów baterii, z drugiej zaś strony — w obec dość w ielkiej pew ności ruchu sieci zasilanych z kilku elektrowni, sta
now iących zawsze dość pewną rezerwę dla instalacji w ła
snych potrzeb.
Rys. 18 przedstawia m ożliw e rozwiązania zasilania w łasnych potrzeb elektrowni. N ow oczesne elektrownie z reguły posiadają specjalne jednostki prądotwórcze przeznaczone do zasilania w łasnych potrzeb. Z w yk le są to dwa turbozespoły (z których jeden rezerw ow y), każdy o m ocy w ynoszącej od 3 do 6%> całkow itej m ocy elek
trowni. Rezerwę stanowią transform atory pozwalające czerpać energię dla w łasnych potrzeb z głów nych szyn zbiorczych (rys. 18 — C i D).
Ciekawe i godne naśladownictwa jest rozwiązanie zastosowane w B E W A G -u (Berlin), gdzie szyny zbiorcze własnych potrzeb kilku elektrowni obsługujących miasto łączą się specjalnym i kablami, stanowiąc odrębną sieć własnych potrzeb, pracującą asynchronicznie w stosunku do w łaściw ej sieci m iejskiej. Dzięki temu sieć własnych potrzeb jest zupełnie niezależna od awarij m ożliwych w głów nej sieci, dając w ysoką pewność zasilania w ła
snych potrzeb wszystkich elektrowni. Oczywiście, wszyst
kie obw ody własnych potrzeb mogą być też w razie p o trzeby przełączane na sieć roboczą.-
Rys. 18.
Różne sposoby zasilania własnych potrzeb: A —z głów nych szyn zbiorczych; B— z zacisków generatorów; C— ze specjalnego generatora własnych potrzeb; D— z generato
ra napędzanego przez pom ocniczą turbinę przeciwprężną, której para odlotow a użyta jest do celów grzejnych (np.
do podgrzewania w ody zasilajcej, lub do doparowyw ania w ody dodatkowej).
U r z q d z e n i a e l e k t r y c z n e .
Główną cechą wspólną większości wielkich n ow o
czesnych elektrowni jest ich praca nie na sieci rozdziel
cze średnich napięć, lecz w prost na sieci przesyłow e w y ż
szych napięć (30 — 60 kV), co w ynika z w ielkości m ocy skupionych w tych elektrowniach. Powszechnie przyjęty jest przy tym schemat pokazany na rys. 19. w którym w ogóle nie ma szyn zbiorczych napięcia generatoro
w ego, każdy zaś generator pracuje wprost na szyny zbior
cze wyższego napięcia przez własny, podw yższający na
pięcie transform ator. Połączenie generatora z transfor
matorem dokonane jest przy tym bezpośrednio, bez od
łączników lub w yłączników . Stosowanie generatorów w y tw arzających bezpośrednio prąd o napięciu rzędu 30 — 35 kV nie znalazło dotąd jeszcze w w ielkich elektrow niach szerszego rozpowszechnienia.
Nieznaczne w stosunku do całości produkcji ilości energii, które mają być oddane do sieci rozdzielczych niż
szych napięć w bezpośrednim sąsiedztwie elektrowni, jak również ewentualnie energia dla własnych potrzeb elek
trowni, pobierane są z głów nych szyn zbiorczych w y ż
szego napięcia przez transform atory obniżające napięcie.
P ow stające przy tym straty podw ójnej transform acji nie
792 P R Z E G L Ą D E L E K T R O T E C H N I C Z N Y N r 24
grają roli w obec innych korzyści tego układu, jak unik
nięcie kosztow nej aparatury na w ielkie prądy dla na
pięcia generatorowego, uniknięcie w yłączników wielkiej m ocy odłączalnej na tym napięciu, zm niejszenie w ogóle ilości aparatów, szyn zbiorczych itp. w rozdzielni, od
grodzenie kosztow nych generatorów przez transform a
tory do sieci będącej źródłem w szelkiego rodzaju zakłó
ceń przepięciowych, w ielka prostota i przejrzystość roz
dzielni itd.
i! |il|jJ J J |4l| f i l f | t l|
Rys. 19.
T ypow y schemat elektryczny dużej elektrowni (elektrow nia West w Berlinie).
W obec skupienia w ielkich m ocy jednostek prądo
tw órczych w now oczesnych elektrowniach, głów ne ich szyny zbiorcze są zazwyczaj podzielone na kilka nieza
leżnych lub pow iązanych przez dław iki części, co ma na celu ograniczenie m ocy zw arciow ych zarów no w samej rozdzielni, jak i w sieci.
Z dotychczas powiedzianego wynika, że w rozpatry
w anych elektrowniach do sali maszyn przylega zwykle — po stronie przeciw ległej do kotłow n i — pomieszczenie transform atorów, ustawionych naw prost poszczególnych generatorów. Bardzo często transform atory te stoją w prost pod gołym niebem pod ścianą sali maszyn, p o- przegradzane co najw yżej ogniotrw ałym i ściankami. Bar
dzo celow e jest rozwiązanie połączenia transform atorów z zaciskami generatorów gołym i szynami; unika się przez to w ysokiego kosztu połączenia kablow ego, jak również zwiększa się tą drogą pew ność ruchu całej instalacji.
Przy bardzo dużych m ocach generatorów spotyka się dość często transform atory generatorowe w ykonane w p o
staci zespołów trzech transform atorów jedn ofazow ych;
rozwiązanie to zm niejsza też koszt rezerw ow ych jed n o
stek transform atorowych.
W ybór n a p i ę c i a generatorowego, będąc unieza
leżnionym od w arunków pracy sieci, dokonyw any jest w yłącznie na podstaw ie przesłanek g o s p o d a r c z y c h . N ajczęściej napięcie to waha się w granicach 10 — 15 kV.
W ielkie generatory z reguły są chłodzone w obiegu zam
kniętym pow ietrzem przetłaczanym przez specjalny w en tylator i chłodzonym wodą. W odór do chłodzenia gene • ratorów stosowany jest w A m eryce i to tylko do bardzo w ielkich jednostek. Rozproszenie generatorów dostoso
w yw ane jest obecnie do w ym ogów stabilnej pracy ró w noległej elektrowni, w ięc na ogół ustalane są mniejsze jego w ielkości, tym bardziej, że dążenie do powiększania rozproszenia generatorów w celu zmniejszenia prądów zwarcia straciło na znaczeniu wskutek łączenia genera
torów z siecią przez transform atory, jak też przede w szystkim wskutek stosowania w sieciach skuteczniej
szych środków ograniczania prądów zwarcia.
Rozdzielnie w yższych napięć (30 — 60 kV) przy elektrowniach budow ane są, oczywiście, w edług n a jn ow
szych poglądów , z zastosowaniem wszelkich urządzeń zm ierzających do osiągnięcia jak najw iększej pewności ruchu. Nie w d ając się w szczegóły, w arto najw yżej wspom nieć, że dołączanie transform atorów generatoro
w y ch do szyn zbiorczych w ykon yw an e jest często przez dwa w yłączniki, — tak b y naw et przy uszkodzeniu je d nego z nich m ożliwa była praca generatora przez drugi.
W A m eryce w rozdzielniach tak odpowiedzialnych, jak rozdzielnie przy w ielkich elektrowniach, rozpow szechnio
ny jest układ, w którym wszystkie odgałęzienia od obu układów szyn zbiorczych w ykonane są przez wyłączniki, a nie przez odłącznik tylko, jak w norm alnym eu ropej
skim schemacie. N orm alnie pracują tam jednocześnie oba układy szyn zbiorczych; w razie zwarcia na jednym układzie szyn — system różnicow ego zabezpieczenia od łącza wszystkie w yłączniki tego układu szyn, drugi zaś układ szyn pozostaje w ruchu bez żadnej przerw y w pracy jakiejkolw iek części sieci czy elektrowni.
Rozdzielnie napięcia 50 — 60 kV są przeważnie w y konywane, jak o rozdzielnie pod gołym niebem. Rozdział faz w rozdzielniach, gw arantujący absolutną niemożność powstawania zw arć m iędzyfazowych, wskutek wysokich kosztów instalacji jest na o g ó ł dość rzadko stosowany, jakkolw iek są na to przykłady zarów no w Europie jak i w A m eryce. Konsekw entnie system rozdziału faz jest stosowany w napowietrznych rozdzielniach 60 k V elek
trow ni regionu paryskiego. W ielkie transform atory ge
neratorow e przeważnie chłodzone są wodą.
W obec wyposażenia now oczesnych elektrowni w nie
wielką ilość dużych zespołów prądotw órczych, jak też w stosunkowo małą ilość linii odchodzących dość w ysokiego napięcia, głów ne rozdzielnie są zazw yczaj m ało skom plikow ane i bardzo przejrzyste. Za to rozdzielnie w ła snych potrzeb średniego i niskiego napięcia, w o b ec dużej różnorodności elektrycznych napędów _ stosow anych w elektrowni, ja k też i stosunkowo dużych m ocy w ch odzą
cych w grę, są z reguły poważnie rozbudowane i nieraz zajm ują nie m niej m iejsca od głów nej rozdzielni.
Z a k o ń c z e n i e .
W uzupełnieniu pow yższego przeglądu n ajciekaw szych zagadnień związanych z projektow aniem now ych elektrowni parow ych interesującym będzie w spom nieć o próbie ujednostajnienia w ytycznych b u dow y now ych elektrowni, którą stanowią w skazów ki opublikow ane w Niemczech przez „W irtschaftsgruppe Elektrizitatsversor- gung“ . W skazówki te opierają się na przyjęciu n ajw yż
szej tem peratury pary 500° C oraz najw iększej w ilg o t
ności jej w turbinie — 10°/o. Przew idują one trzy klasy urządzeń.
W pierw szej klasie para w kotle ma 125 atn i 500° C, przy w locie do turbiny 105 atn i 485° C. Para pobierana jest z turbiny w 4 zaczepach dla podgrzania w od y zasi
lającej do 200° C. Klasa ta w inna b y ć stosowana w za
kładach kondensacyjnych z m iędzystopniow ym przegrze
w aniem pary, przy m ocy turbin nie m niejszej od 32 MW, jak rów nież w zakładach p racujących z zupełnym w y korzystaniem pary odlotow ej (z turbinam i przeciw pręż- nymi).
Druga klasa przeznaczona jest dla elektrowni k on densacyjnych pracujących bez m iędzystopniow ego prze
grzewania pary, jak rów nież dla siłowni przeciw pręż- nych o m niejszym spożyciu pary odlotow ej, niż w klasie pierw szej; nadaje się ona dla w ielkości turbin od 20 MW aż do najw iększych. Stan pary w k otle: 80 atn i 500° C przy chłodzeniu kondensatorów w odą studzoną w zam kniętym obiegu oraz 64 atn i 500° C przy chłodzeniu w o -
