ВВЕДЕНИЕ
Знание истории развития науки и техники, важнейшего направления деятельности любого государства, позволяет правильно оценить существующую обстановку в электроэнергетической отрасли, учесть опыт предшествующих поколений и развить отрасль с учетом этих фактов.
Развитие электроэнергетики есть мощная сила, которая влияет на жизненный уровень людей, изменяет характер общества, является причиной социальных перемен и направляет общественное развитие.
Слово «электричество» воспринимается в максимально широком смысле как обширнейшая область теоретического знания и практического применения, включающая свойства, действия, проявления, получение, преобразование, передачу, распределение и, наконец, использование электричества как материала и энергии во всех видах. Хотя рождение слова «электричество» относят к эпохе Античности, лишь в XIX в. была сформирована (1800-1830) электрическая наука и создана (к 1880-м гг.) электрическая техника. Первая превратилась в теоретические основы электротехники (ТОЭ), вторая - в электротехнику как отрасль промышленности и сферу деятельности, в частности в направление высшего образования.
Электротехника начиналась с изобретений и экспериментов. Изобретение А. Вольтом гальванического элемента (1799) и исследования (1800) накаливания проводников током позволили предсказать появление электроосвещения и электротермии, изучать электролиз, гальваностегию и гальванопластику, открыть электрическую дугу (В. В. Петров, 1802) и начать ее применение для освещения, сварки, пайки. Введение А. Ампером (1820) понятия о направлении тока, наряду с исследованиями Ж. Био и Ф. Савара (1820) по взаимодействию тока и магнитного поля, установление закона Ома (1827) и законов Кирхгофа (1845), работы М. Фарадея по вращению проводника с током (1821) и электромагнитной индукции (1831), исследование Э. Х. Ленцем обратимости электрических машин (1833) привели к созданию сначала прообраза генератора (Фарадей, 1831), затем к изготовлению И. Пикси (по заказу А. Ампера) электромагнитного генератора постоянного и переменного тока (1832), Б. С. Якоби - электродвигателя с непосредственным вращением якоря (1834), Дж. Вулричем - генераторов для питания гальванической ванны (1842). Самовозбуждение машин, открытое В. Сименсом (1866) наряду с Г. Уайлдом (1863), открытие явления вращающегося магнитного поля, создание системы двухфазного тока (Г. Феррарис, 1885) и ее развитие (Н. Тесла, 1886), изобретение П. Н. Яблочковым (1876) и И. Ф. Усагиным (1882) трансформатора, М. О. Доливо-Добровольским асинхронного двигателя с «бе-личьей клеткой» (1882) и трехфазного трансформатора с параллельными стержнями (1891), изолирование провода шелком (Дж. Генри, 1827), применение бесшовной резиновой изоляции проводов и кабелей (В. Сименс, 1847) и кабеля со свинцовой оболочкой (Ф. Борель, 1879) определили практичес-кую значимость электрических исследований.
Таким образом, открытия в физике и поиски технических решений уже к концу XIX в. превратили электротехнику во вполне значимую науку и технику. Завершение формирования основ электротехники отразилось в установлении наименования электрических единиц (CGS - 1881, SI - 1960), характеристик переменного тока (1889), системы символов и обозначений (1893) и, наконец, в образовании (1904) Международной электротехнической комиссии - МЭК. (Электротехнический отдел Русского технического общества был организован в 1880 г. Тогда же начал выходить журнал «Электричество».)
С точки зрения мировой истории, именно развитие электротехники и ее экспансия во все отрасли техники, а затем и быта привели к развитию электроэнергетики, которая сформировалась в 1870-1930 гг. (до этого считалось технико-экономически бесперспективным создание и электродвигателя, и электрического генератора).
В 1924 г. был образован Мировой энергетический комитет (МИРЭК), призванный решать проблемы большой энергетики. Выделяют следующие основные этапы ее становления. З. Т. Грамм (1873) изготовил локомобильно- электрогенераторную установку для электроснабжения предприятия. Г. Уайлд исследовал синхронизацию двух генераторов переменного тока (1868). Ф. А. Пироцкий исследовал передачу электричества, а Д. А. Лачинов теоретически обосновал вопрос о передаче большого количества электричества на большое расстояние. На первом Всемирном конгрессе электриков (1881) с докладом «О передаче и распределении электрических токов» выступил М. Депре, который позднее (1882) построил первую линию передачи постоянного тока высокого напряжения (2,4 кВ, 57 км). М. О. Доливо- Добровольский соорудил (1891) трехфазную ЛЭП с междуфазным напряжением 13760-15200 В для передачи 200 кВт (генератор 210 кВ-А, 86-95 В, повышающий трансформатор 150 кВ-А) на 175 км. Дж. Лейн-Фокс (1880) изобрел первые счетчики электроэнергии. В Англии были введены первые правила устройства электроустановок (1882). Г. Феррарис (1884) ввел понятие коэффициента мощности, Э. Томсон (1886) применил защитное заземление, А. Э. Кеннели (1889) получил зависимость между сечением проводника и длительно допустимым током нагрузки. П. Бушеро установил (1898) конденсаторы для компенсации реактивной мощности. В. Петерсен предложил (1917) систему компенсации емкостных токов замыкания на землю. Область устойчивости параллельной работы энергосистем (в 1920-х гг.) основополагающими теоретическими работами определил А. А. Горев. В. М. Монтсингер (1930) сформулировал основные закономерности между температурой обмотки, нагрузкой и сроком службы силовых трансформаторов. И. А. Сыромятников внедрил (1937) самозапуск электродвигателей при кратковременном перерыве питания.
Предпосылкой бурного развития электрификации послужило создание М. О. Доливо-Добровольским трехфазных синхронных генераторов, асинхронных двигателей и трансформаторов. Убедительной демонстрацией преимуществ трехфазных цепей была знаменитая Лауфен-Франкфуртская электропередача (1891), сооруженная при активном участии М. О. Доливо- Добровольского. С этого времени строятся мощные электростанции, возрастает напряжение электропередач, разрабатываются новые конструкции электрических машин, аппаратов и приборов. Электродвигатель занимает господствующее положение в системе промышленного электропривода.
В начале ХХ в. процесс электрификации постепенно охватывает новые области народного хозяйства: развиваются электротехнология, электротранспорт и др. Сегодня электрическая энергия широко используется в самых разнообразных отраслях промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве и в быту.
Широкое применение переменного тока потребовало теоретического осмысливания и математического описания физических процессов, происходящих в электрических машинах, линиях электропередачи, трансформаторах и других электротехнических устройствах.
Рост потребности в постоянном токе (электротранспорт и др.) вызывает необходимость в развитии преобразовательной техники и промышленной электроники. Электротехника становится базой для разработки автоматизированных систем управления энергетическими и производственными процессами.
В настоящем учебном пособии последовательно (в хронологическом порядке) освещается история научных открытий и изобретений в области электричества и электроэнергетики, их техническое использование. Рассмотрены также перспективы дальнейшего развития некоторых направлений в области получения электроэнергии и нетрадиционных источников энергии.
