3-21. Запись аварий
Аварии в энергосистемах случаются довольно редко. Очень важно знать, как меняются токи и напряжения во всех цепях во время аварии.
В цепь включают электронно-лучевую трубку. Электронный луч непрерывно следит за всеми изменениями токов и напряжений и вычерчивает светящуюся кривую на экране. Экран применяется с послесвечением (инерционный экран), так что после прохождения луча еще несколько долей секунды, несколько периодов переменного тока кривая продолжает светиться, а лишь потом загасает. Эти несколько периодов экран электронной трубки «помнит» процесс.
Вот молния ударила в линию передачи. Огромные волны напряжения бегут по проводам. С грохотом пробился разрядник... Фиолетовая электрическая дуга за- змеилась вокруг гирлянды изоляторов... Рабочий ток устремился в пробитый разрядом молнии канал. Реле регистрирует короткое замыкание...
Авария!..
Выключатель отсоединяет закороченную дуговым разрядом фазу.
На экране электронно-лучевой трубки мечутся кривые. Вот их бы и надо было все записать. Но торопиться не к чему. Электромагнитные волны, вызвавшие аварию, рассеялись и угасли, но их бледное отражение все еще светится на матовом экране осциллографа. Открывается затвор фотоаппарата. На инерционном экране трубки видна не только кривая того, что происходит в данный момент, но и предыдущие процессы. Несколько периодов до аварии, само начало аварии, ее развитие и ликвидация.
Запоминающий осциллограф, «осциллограф-ябедник», как его зовут в энергосистемах, записал именно то, что было нужно.
Существуют разные составы для покрытия экранов осциллографов: одни обладают совершенно ничтожной инерций, у других послесвечение длится доли секунды, а есть и такие, что продолжают светиться несколько десятков секунд после прохождения электронного луча.
3-22. Электронная память
Вместо светящегося экрана электронный луч можно направить на пластину изоляционного материала, способную накапливать и удерживать электрические заряды. Луч прочерчивает на пластине строчку за строчкой. Скорость луча — постоянная. Если и сила тока не будет меняться в луче, то он будет откладывать на изоляционной пластине одинаковое количество зарядов на каждом участке своего пути. Но можно менять силу тока в луче, модулировать луч (подробнее о модуляции будет сказано позже в гл. 6). Тогда на разных точках изоляционной пластины будут откладываться разной величины заряды. Силу тока можно менять в такт человеческой речи, любому другому звучанию.
Электрическим узором на изоляционной пластине можно записать, запомнить самые различные события. Затем их можно воспроизвести, вспомнить, повторить, пройдя лучом вновь по пластине. Можно и стереть сделанную запись. Потом нанести новую. Подобная электронная память применяется иногда в различных вычислительных машинах.
3-23. Молоток в роли измерительного прибора
В свою первую производственную практику я попал на выучку к старому монтеру, который начал работу еще с самим Усагиным — изобретателем системы распределения электрической энергии при помощи трансформаторов. В 1882 г. он, тогда 17-летний парень, вместе с Усагиным монтировал электрическое освещение павильонов и территории Всероссийской промышленно-художественной выставки в Москве. Здесь впервые в мире были применены трансформаторы в осветительной сети.
Мне было поручено подключить к сети маленький трансформатор, предназначенный питать переносные лампы для котельных работ. Этот трансформатор понижал напряжение со 110 на 24 в. При работе внутри котла 110 в не допускается. Во влажном стальном барабане 110 в может нанести человеку смертельное поражение. Поэтому для освещения внутри котла применяется более низкое напряжение.
Я подключил первичную обмотку, трансформатора к сети 110 в, но лампочки, соединенные с вторичной понижающей обмоткой трансформатора, не загорались. Несколько раз я отключал и вновь присоединял трансформатор к питающей сети. Искра между проводниками ясно показывала, что обрыва в обметке нет. Под током трансформатор гудел, но лампочки не загорались.
— Посмотрим, какая в нем болезнь, — сказал мой шеф.
Он взял молоток и поводил им в воздухе вокруг обмоток и сердечника трансформатора.
— Все ясно, — заключил он, — вот в этой, левой катушке — короткозамкнутые витки.
По внешнему виду катушка, на которую он указывал, решительно ничем не отличалась от других таких же катушек. Но когда мы разобрали трансформатор и размотали эту катушку, то обнаружилось, что внутри, на самых нижних витках, изоляция была повреждена и несколько витков замкнулось между собой накоротко.
Это нахождение неисправности трансформатора показалось мне чудеснее подвигов проницательного сыщика.
Потом я понял физическую причину этого на первый взгляд удивительного явления.
К здоровому трансформатору железо не притягивается, а где есть короткозамкнутые витки — туда оно липнет.
В неповрежденном трансформаторе весь магнитный поток идет внутри железного сердечника. Через воздух вокруг обмоток проходит лишь небольшая часть потока — поток рассеяния, поток магнитной утечки.
Когда в обмотке есть короткозамкнутые витки, то они оттесняют переменный магнитный поток в стороны. Короткозамкнутый виток является экраном для переменного потока. Как струя воды растекается в стороны, встретив на своем пути твердую преграду, так переменный электромагнитный поток рассеивается короткозамкнутым витком. В воздухе вокруг короткозамкнутого витка много магнитных силовых линий, больше, чем во всяком другом месте вокруг трансформатора. К этому месту притягивается любое железное тело.
На силу притяжения влияет еще одно обстоятельство. Чисто переменный магнитный поток создает пульсирующее усилие. При каждом изменении направления потока, при переходе его через нуль сила притяжения становится равной нулю. Короткозамкнутые витки разбивают магнитный поток на части, которые не все одновременно принимают нулевое значение. Усилие, создаваемое суммой таких потоков, пульсирует уже значительно меньше, нежели усилие одного переменного потока. При нескольких потоках суммарное усилие ни в какой момент времени не равно нулю.
Это свойство расщепленных потоков давать мало пульсирующее тяговое усилие используется в электромагнитах переменного тока. В электромагнитах, применяемых для контакторов переменного тока, поверхность сердечника раздваивается и на одну половинку надевается медное кольцо. Оно сдвигает во времени моменты перехода магнитного потока через нуль в охваченной им части сердечника, и поэтому такой расщепленный сердечник тянет свой якорь лучше, чем нерасщепленный.
