История развития электроэнергетики и электромеханики в россии учебное пособие
Скачать 1.21 Mb.
|
РАЗВИТИЕ СИСТЕМ ПРОИЗВОДСТВА И ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В РОССИИ С созданием М.О.Доливо-Добровольским трехфазной системы появилась возможность передавать энергию на значительные расстояния, т.е. получать электроэнергию там, где это экономически выгодно, и передавать ее туда, где в ней имеется потребность. Такие идеи высказывали Н.Н.Бенардос, Ф.А.Пироцкий, Д.А.Лачинов. В первую очередь это касалось источников гидроэнергии, но, конечно, относится и к твердому топливу (трудно перевозить на большие расстояния золу, например, для сланцев, да и потери угля при перевозке велики). В России первым предприятием, где начали применять трехфазный ток, был Новороссийский элеватор. Созданием системы в 1893 г. руководил инженер А.Н.Щенснович. Для питания сети использовались четыре синхронных генератора по 300 кВт. В 1895–1896 гг. под руководством В.Н.Чиколева и Р.Э.Классона была построена гидростанция на Неве мощностью 300 кВт (два генератора по 125 кВт и 170 кВт, которые могли работать порознь и совместно) для освещения Охтинского порохового завода. Первая в России линия передачи энергии длиной 21 км вела от реки Награ на Павловский прииск Ленского золотопромышленного района. Линия шла от синхронного генератора 98 кВт, 140 В. Для передачи напряжение повышалось до 10 кВ. В 1899 г. введена в действие электростанция в Баку. Увеличение числа электростанций и длины линий передачи электроэнергии создали условия для возникновения энергетических систем, объединявших электростанции, находящиеся на значительных расстояниях друг от друга. В 1892 г. в Швейцарии были объединены в систему две электростанции в Гледфельдене (120 кВА) и Гохфельдене (360 кВА), находящиеся на расстоянии 2 км и соединенные линией с напряжением 5 кВ. От этих станций подавалась энергия заводу фирмы «Эрликон», расположенному на расстоянии 24 км. Напряжение линии передачи 13 кВ. Возбуждение генераторов регулировалось с одного щита, т.е. создавался прообраз диспетчерского управления. В 1913 г. в России были объединены в систему две электростанции: тепловая станция в Пятигорске и гидростанция «Белый уголь» на реке Подкумок. В работе по объединению станций в систему принимал участие М.А.Шателен. От объединенной системы питалось 400 уличных фонарей и 3000 ламп накаливания, насосы перекачки минеральных вод (30 электродвигателей общей мощностью 110 л.с.), трамвай в Пятигорске – 3 версты, Кисловодская грузовая дорога – 2 версты. Общая протяженность электрических линий составила 62 км. Объединение электростанций дало ряд экономических преимуществ: унификация частоты и напряжения, а, следовательно, унификация параметров приемников; уменьшение потребности в резервах отдельных станций, возможность ремонта оборудования без отключения потребителей; возможность перераспределения нагрузки между гидро-, тепловыми электростанциями и разделения их на базисные и пиковые. Более мощные энергосистемы в России появились в ХХ веке. Первая из них – это разветвленная система с кабельными сетями 20 кВ в Баку, питаемая двумя электростанциями: к 1914 году мощность одной из них достигла 36,5 МВт, другой – 11 МВт. Московская энергосистема имела две станции: Московскую городскую и станцию «Электропередача» в г. Богородске (Ногинск), работавшую на торфе. В создании энергосистемы участвовал Р.Э.Классон (1868–1926). С начала ХХ века создание энергосистем стало определяющим для прогресса электроэнергетики. Развитие энергосистем, связанных длинными линиями со значительным индуктивным сопротивлением, поставило вопрос об устойчивости параллельной работы генераторов и о последствиях, наступающих при нарушении их синхронной работы. В этом случае начинается перегрузка отдельных генераторов или электростанций, приводящая к их отключению от энергосистемы, т.е. развал системы. Такое событие произошло в 1965 г. в Нью-Йорке. Одним из путей повышения устойчивости является применение вставок постоянного тока. Возможно применение также электромеханических преобразователей. В 1910 г. инженер Г.О.Графтио (1869–1949) разработал проект Волховской гидростанции с передачей энергии в Петербург. Начались также изыскательские работы по созданию электростанций на реках Свири, Днепре, Чусовой, Тереке, Вуоксе. В 1918 г. создан Центральный электрический совет (ЦЭС), в который входили Г.О.Графтио, Шпергазе, А.А.Смуров, Егиазаров. К работам ЦЭС большое внимание проявил В.И.Ленин, поручивший руководство работой Г.М.Кржижановскому (1872–1959). В 1919 г. по поручению В.И.Ленина Г.М.Кржижановский опубликовал в «Правде» статью о торфе, а затем написал в правительство записку (изданную позже в виде брошюры) «Основные положения и задачи электрификации России». 11 февраля 1920 г. состоялось заседание ЦЭС с представителями Электроотдела ВСНХ, Наркомзема, Электротреста, Электростроя, Теплового комитета и др. Г.М.Кржижановский сообщил решение ВЦИК о создании Комиссии по электрификации для объединения работ «разрозненных групп» и направления их по государственному руслу. Работа комиссии ГОЭЛРО поддерживалась правительством, которое вело широкую пропаганду его работы. Был создан «План электрификации России» (672 страницы текста с большим числом схем и графиков). Разделы записки были следующими: А. Электрификация и план Государственного хозяйства (Г.М.Кржижановский); Б. Электрификация и тепло-, водоснабжение (Г.М.Кржижановский); В. Электрификация и водное хозяйство (Г.М.Кржижановский); Г. Электрификация и сельское хозяйство (Г.М.Кржижановский); Д. Электрификация и транспорт (И.Г.Александров, Г.О.Графтио); Е. Электрификация и промышленность (К.А.Круг, А.Г.Коган, Л.К.Рамзин). Пояснительная записка к схематической карте электрификации составлена Е.Я.Шульгиным. Программа выполнения плана ГОЭЛРО была рассчитана на 10-15 лет и состояла из двух частей: Программа А – план восстановления и реконструкции довоенного электрохозяйства, увеличения мощности имеющихся электростанций, объединения их в системы, улучшения показателей; Программа Б намечала сооружение 30 крупных районных паровых и гидростанций общей мощностью 1700 тыс. кВт. Первенцем плана ГОЭЛРО стала Каширская ГЭС на подмосковном угле мощностью 12 тыс. кВт и линия передачи Кашира – Москва. Затем была построена Шатурская ГЭС на торфе и линия Шатура – Москва. Первая турбина этой ГЭС мощностью 16000 кВт была пущена 23 сентября 1925 г., а 13 октября была пущена вторая турбина, которая довела мощность станции до 32000 кВт. Затем были построены Волховская и Земо-Авчальская гидроэлектростанции. В результате выполнения плана ГОЭЛРО был создан ряд энергосистем: 1. Мосэнерго – общей мощностью 820 тыс. кВт. 2. Донбассэнерго – 665 тыс. кВт. 3. Днепроэнерго – 610 тыс. кВт. 4. Горьковэнерго – 230 тыс. кВт. 5. Ленэнерго – 550 тыс. кВт. В 1933 г. в системе Ленэнерго была введена первая линия от Свирской ГЭС до Ленинграда напряжением 220 кВ. Укажем некоторые даты, характеризующие размах электрификации: 1927 г. – вступила в строй Кувшиновская ГРЭС, начато строительство Днепровской и Нижнесвирской ГЭС; 1928 г. – Ивановская ТЭЦ, Ярославская ГРЭС, Кондопожская и Ленинаканская ГЭС; 1929 г. – Криворожская и Шахтинская ГРЭС; 1930 г. – Саратовская, Новороссийская, Харьковская, Челябинская, Ивановская, Белорусская ГРЭС; 1931 г. – Зуевская, Брянская ГРЭС, Березниковская и Кузнецкая ТЭЦ; 1932 г. – Днепровская ГЭС; 1933 г. – Воронежская ГРЭС, Казанская ГЭС; 1940 г. – Угличская ГЭС; 1942 г. – Новосибирская, Карагандинская, Челябинская, Кирово-Чепецкая ГРЭС; 1952 г. – Цимлянская ГЭС; 1958 г. – первая очередь Волжской ГЭС; 1961 г. – Братская ГЭС. Первая атомная электростанция мощностью 5000 кВт была пущена в Обнинске в 1954 г. РАЗВИТИЕ ТЕХНИЧЕСКОЙ БАЗЫ ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ РОССИИ Развитие сети электрических станций и энергетических систем потребовало создания и расширения специализированной производственной базы – электротехнических заводов, на основе которых возникла электротехническая промышленность России. Первые генераторы для Шатурской ГЭС поставили фирмы «Сименс-Шуккерт», а прочее оборудование покупалось у английских фирм. На базе существующих в России заводов иностранных фирм и заново построенных были созданы крупные специализированные предприятия: «Электросила» и «Электрик» в Санкт-Петербурге; «Динамо» и Завод имени Ильича в Москве; Харьковский электромеханический завод и «Электротяжмаш»; Запорожский трансформаторный завод; «Сибтяжмаш» в Новосибирске; «Электромашина» в Прокопьевске; «Электроаппарат» в Санкт-Петербурге и Екатеринбурге. В дальнейшем были построены крупные электротехнические заводы в Саранске, Чебоксарах, Баку, Ангарске, Тирасполе, Таллинне, Пскове и других городах. К созданию электрооборудования привлекались ведущие ученые. На самих заводах появились специалисты, внесшие большой вклад в теорию электрических машин, аппаратов, полупроводниковых преобразователей, в создание и совершенствование электрооборудования, подготовку инженерных и научных кадров. Назовем несколько фамилий таких ученых, работавших в области теории электрических машин и электромашиностроения: В.А.Толвинский (синхронные машины, машины постоянного тока); Л.М.Пиотровский (синхронные машины, трансформаторы); М.П.Костенко (синхронные машины, асинхронные машины); Р.А.Лютер (синхронные машины, машины постоянного тока); И.А.Сыромятников (синхронные машины); А.А.Горев (синхронные машины); Г.Н.Петров (трансформаторы); А.Е.Алексеев (асинхронные двигатели, машины постоянного тока); К.И.Шенфер (машины постоянного тока); В.Т.Касьянов (машины постоянного тока); О.Б.Брон (машины постоянного тока, высоковольтные выключатели). Работами русских ученых создаются все более мощные и современные электрические машины. Приведем в качестве примера повышение единичной мощности синхронных генераторов. Турбогенераторы (скорость вращения 3000 об/мин) 1924 г. – 3000 кВА; 1927 г. – 5000 кВА; 1928 г. – 10000 кВА; 1930 г. – 24000 кВА; 1938 г. – 100000 кВА; 1950 г. – 150000 кВА с водородным охлаждением; 1959 г. – 300000 кВА с водородно-водяным охлаждением; 1964 г. – 500 МВА; 1969 г. – 800 МВА; Сейчас для АЭС создаются генераторы мощностью 1000-1200 МВА. Удельный расход материалов в 1938 г. для генератора 100 МВА составил 2,07 кг/кВА, а в 1964 г. для генератора 500 МВА – 0,67 кг/кВА. Гидрогенераторы: 1926 г. – Земо-Авчальская ГЭС; 3,2 МВА; 214 об/мин (число пар полюсов р = 14); 1926 г. – Свирская ГЭС; 24 МВА; 75 об/мин (р = 40); Днепровская ГЭС; 62 МВА; 68,3 об/мин (р = 44); 1948 г. – Днепровская ГЭС; 72 МВА; 83,3 об/мин (р = 36); 1953 г. – Волгоградская ГЭС; 115 МВА; 63,3 об/мин (р = 44); 1960 г. – Братская ГЭС; 225 МВА; 125 об/мин (р = 24); Красноярская ГЭС; 500 МВА; 93,8 об/мин (р = 32). Повышение мощности генераторов так же, как и других электрических машин, ограничивается их допустимым нагревом. Поэтому для турбогенераторов широко применяется водородное и водородно-водяное охлаждение. В ВНИИЭлектромаш под руководством академика И.А.Глебова проводились работы по созданию генераторов с криогенным охлаждением. Криогенный генератор мощностью 300 МВА разрабатывался в объединении «Электросила». Передача энергии на большие расстояния сразу же поставила задачу повышения напряжения переменного тока до 110, 220, 330, 500, 750 кВ. Дальнейшее повышение потребовало перехода к передачам на постоянном токе на основе применения высоковольтных выпрямителей и инверторов. В свою очередь, это потребовало повышения электрической прочности изоляции, создания высоковольтных выключателей, дальнейшего изучения процессов в дуге и в длинных линиях, создания систем защиты от перенапряжения, грозозащиты. Увеличение напряжений потребовало выпуска специальных кабелей для передачи электроэнергии в тех случаях, когда прокладка воздушных линий была невозможна (в городской черте, при пересечении широких водоемов и рек). Первые кабели имели изоляцию из резины или гуттаперчи. В 1884 г. был изготовлен первый одножильный кабель с изоляцией из пропитанной джутовой ткани. В 1880–1890 гг. распространение получает изоляция из пропитанной бумаги. В 1910–1920 гг. появляются оболочки из свинца, стальной ленты. В 1919 г. изготовлен первый маслонаполненный кабель высокого напряжения. В 1931 г. в Ленинграде создан маслонаполненный кабель на напряжение 110 кВ. Появляются маслонаполненные кабели высокого давления на напряжение 110-500 кВ. Для воздушных линий передачи медные провода заменяются алюминиевыми и сталеалюминиевыми. Объединение станций в энергосистемы привело к необходимости исследования вопросов устойчивости систем, способов перераспределения нагрузки, специальных видов защит (например, направленных) и сетевой автоматики (АПВ – автоматическое повторное включение, АВР – автоматическое включение резервного питания, АРЧ – автоматическая разгрузка по частоте). В электрическом оборудовании начинает применяться полупроводниковая техника: 1904 г. – Джон Амброуз Флемминг разрабатывает двухэлектродную вакуумную лампу (диод); 1907 г. – на основе диода разрабатывается лампа с управляющей сеткой (триод); 1921 г. – Нижегородская радиолаборатория выполнила для Свердловской радиостанции стеклянные ртутные выпрямители на 4 кВ; 1926 г. – «Электросила» выпустила металлические запаянные ртутные выпрямители на 500 А и 600 В; 1930 г. – для Московского метрополитена были созданы мощные ртутные вентили на ток 5000 А, а в 1940 г. для питания нагрузок мощностью до 40000 кВт; 1926-1929 гг. – академик А.Ф.Иоффе создал твердые полупроводники медно-закисные (купроксные); 1938 г. – появляются селеновые выпрямители; 1940 г. – появляются германиевые выпрямители, затем кремниевые, выпускаемые в настоящее время на ток до 5000 А и напряжение до 4000 В; 1958 г. – в США появились первые интегральные схемы, а с 1962 г. начинается их серийный выпуск. РАЗВИТИЕ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ НАУКИ И ПОДГОТОВКА СПЕЦИАЛЬНЫХ КАДРОВ Понятие «ЭДС» введено Алессандро Вольта. Термин «электрический ток» ввел Андре Мари Ампер (1775–1836), он же ввел понятие направления тока. Термин «сопротивление» ввел В.В.Петров. Термин «электротехника» стал употребляться после Парижской международной электрической выставки в 1881 г. Слово «энергия» было использовано Томасом Юнгом для обозначения величины mV2/2 (т.е. кинетической энергии). В 1860 г. Уильям Томсон (лорд Кельвин) стал применять это слово в современном смысле. Английский физик Чарльз Уитстон (1802–1875) занимался методами измерения сопротивлений и создал знаменитый «мостик Уитстона». Он также применил регулируемые резисторы и дал им название «реостаты». Луиджи Гальвани (1737–1798) создал первые гальванические элементы и исследовал влияние электричества на живую ткань. Отметим здесь и работу нашего соотечественника А.Т.Болотова (1738–1833) «Краткие и на опытности основанные замечания о електрицизме и о способности электрических махин к помоганию от разных болезней». Майкл Фарадей, Шарль Франсуа Кулон, Э.Х.Ленц, Джеймс Джоуль, Генрих Симон Ом, Густав Роберт Кирхгоф, Жан Батист Био и Огюстен Савар определили ряд количественных соотношений в электротехнике. Э.Х.Ленц указал на значение ЭДС машины постоянного тока при электромеханических преобразованиях. В 1821 г. профессор Берлинского университета Томас Иоган Зеебек (1770–1831) открыл термоэлектричество, а в 1834 г. французский ученый Жан Пельтье (1785–1845) открыл обратное явление. В 1838 г. Э.Х.Ленц, используя это явление, заморозил воду вокруг спая проводников. В 1840 г. Джеймс Прескотт Джоуль открыл магнитное насыщение материалов. В 1853 г. Герман Людвиг Гельмгольц начал применять принцип суперпозиции при расчетах. В этом же году Томсон (лорд Кельвин), изучая колебательные процессы, начал применять элементы гармонического анализа (ряды Фурье). В 1873 г. Джеймс Кларк Максвелл сформулировал основные положения электромагнитной теории и изложил их в «Трактате об электричестве и магнетизме». В 1874 г. Н.А.Умов (1846–1915) пишет работу «Уравнение движения энергии в телах». В 1884 г. Дж. Пойнтинг формулирует основные законы теории электромагнитного поля. В 1886 г. братья Гопкинсон создали методы расчета магнитной цепи машины постоянного тока. В 1887 г. англичанин Гизберт Капп вывел формулу трансформаторной ЭДС. В 1891 г. Энгельберт Арнольд создает теорию обмоток машин постоянного тока и выводит формулу для соотношения мощности, скорости электрической машины и ее геометрических размеров. В 1891 г. М.О.Доливо-Добровольский вводит понятия активной и реактивной составляющих мощности. В 1898 г. Галилео Феррарис опубликовал труд «Научные основы электротехники», который в 1904 г. был переведен на русский язык. В 1899 г. профессор Томас Блексли (Гринвичский университет) предложил изображать переменный ток в виде вектора. В 1901 г. Чарльз Протеус Штейнмец (США) предложил символический метод изображения векторов на комплексной плоскости; Штейнмец издал фундаментальный труд «Теоретические основы электротехники». Оливер Хевисайд (1850–1925) – разработал операторные методы расчета. В развитии электротехнического образования можно отметить следующие события: 1840 г. – по инициативе академика Б.С.Якоби при лейб-гвардии саперном батальоне создается особая учебная команда «для теоретического обучения гальванизму и способам применения его в военном употреблении»; 1856 г. – начинается подготовка инженеров по электротехнике в Главном инженерном училище военного ведомства (техническое гальваническое заведение); 1874 г. – создается минный офицерский класс в Кронштадте; 1884 г. – начинается подготовка инженеров по электротехнике в Петербургском технологическом институте; 1881 г. – в Петербурге организуется Телеграфное училище; 1886 г. – Телеграфное училище реорганизуется в Электротехнический институт. С 1893 г. Михаил Андреевич Шателен (1866–1957) читал лекции по электротехнике в Электротехническом институте, а с 1901 г. – в Политехническом институте и одновременно в Горном институте. С 1895 г. лаборант М.А.Шателена Владимир Федорович Миткевич (1872–1951) работает в Горном институте. В 1902–1905 гг. в лабораториях Горного института он исследует дугу Петрова; затем начинает преподавать в Электротехническом институте. С 1904 г. в Политехническом институте В.Ф.Миткевич читает курс «Теория электрических и магнитных явлений». С 1915 г. в МВТУ курсы «Теория переменных токов» и «Электрические измерения» читает К.А.Круг (1873–1952). |
Похожие:
 | Учебное пособие. / Сост Учебное пособие предназначено для студентов уровня Intermediate и Upper-Intermediate, обучающихся по специальности связи с общественностью,... |  | Тематическое планирование факультатива «История мировых религий» в 10 классе 34 часа История религий: Учебное пособие для 10–11 классов общеобразовательных учреждений / Под ред. А. Н. Сахарова. – М.: Ооо «тид «Русское... |
| Планы семинарских занятий по курсу «Отечественная история» История России: Учебное пособие для вузов. Т. М. М. Горинов и др. М., 1995. С. 11–41 | | Славные символы России Тип урока Государственная символика России История и современность. Электронное учебное пособие |
| Учебное пособие Бийск История мировой культуры [Текст]: учебное пособие / Н. В. Виницкая; фгбоу впо «агао». Издание 2-е: переработанное и дополненное.... | | Учебное пособие Москва 2014 министерство образования и науки российской федерации Учебное пособие предназначено для студентов и преподавателей исторических факультетов, обучающихся по специальности «История», а... |
| Учебное пособие министерство образования российской федерации гоу... Учебное пособие предназначено для курса «История музыкального образования», который входит в федеральный компонент учебного плана... | | Учебное пособие для студентов педагогических учебных заведений Педагогика. Учебное пособие для студентов педаго гических вузов и педагогических колледжей / Под ред. П. И. Пидкасистого. М: Педагогическое... |
| Учебное пособие по английскому языку для курсантов Учебное пособие по английскому языку для 1-го курса. Краснодар: Краснодарский университет мвд россии,2012. с. 146 | | Учебное пособие по английскому языку для психологов Краснодар Учебное пособие по английскому языку по психологии. Краснодар: Краснодарский университет мвд россии,2007. 144 с |
| Учебное пособие Для специальности: 030501 Юриспруденция Ростов-на-Дону Учебное пособие «Теория конституционализма в России» составлено в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта... | | Учебное пособие по истории и культуре народов Северного Кавказа Для... Учебное пособие предназначено для студентов скгми всех направлений, изучающих курс «История и культура народов Северного Кавказа».... |
| Учебное пособие по истории и культуре народов Северного Кавказа Для... Учебное пособие предназначено для студентов скгми всех направлений, изучающих курс «История и культура народов Северного Кавказа».... | | Маленкова Л. И. М18 Теория и методика воспитания. Учебное пособие М18 Теория и методика воспитания. Учебное пособие. — М.: Педагогическое общество России, 2002. — 480 с. Isbn 5-93134-169-2 |
| Учебное пособие М.: Руссобит-М, 2001. 1 Cd-rom математика. 5 класс.... | | Психология Учебное пособие Учебное пособие предназначено для студентов заочного отделения и обучающихся в сокращенные сроки |
