Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

История электротехники, электроэнергетики

Реферат

по дисциплине «История электротехники, электроэнергетики»

студента 1 курса ИДПО

Бежецкий филиал

Шабалин Сергей Викторович

Б-11-40

Проверил:

Маренков Владислав Анатольевич

Выполнил:

Шабалин Сергей Викторович

Бежецк, 2012

Оглавление:

Введение

Электротехника – наука, которая охватывает производственные вопросы передачи, формирования, потребления и распределения электрической энергии.

Первые замеры магнитных и электрических явлений производились даже в древности, но лишь в 19 веке возникли условия практического применения электричества и магнетизма. Любопытство к данным явлениям было связано с их необычностью и попыткой при помощи экспериментальных методов исследовать данную область науки.

Электротехника в качестве самостоятельной науки существует примерно полтора столетия. В 1800 году был изобретен первый источник электрического тока. Данный период отмечен также становлением электростатики.

К 1830 году было открыто явление электрического тока, а также были изучены основы его функционирования, разработан ряд закономерностей и поставлены первые опыты. И уже к 1870 году на основе данных исследований был сконструирован первый промышленный электрический генератор. После его успешного использования начались исследования многофазных систем, призванные усовершенствовать производительность и мощность электрогенераторов. В этот момент зарождается электроэнергетика и развиваются первые электростанции. В 1891 году была решена задача по передаче электроэнергии на небольшие расстояния, что привело к промышленному выпуску трансформаторов и асинхронных двигателей. С приходом нового века началась и электрификация, которая принесла комфорт в жизнь людей.

Таки образом, электротехника, хоть и является молодой наукой, уже успела добиться ошеломляющего прогресса.

Этапы развития электротехники

Для того чтобы детально рассмотреть вопрос о том, как развивалась электротехника и электроэнергетика, вначале рассмотрим, что представляет, из себя сама электротехника. Электротехника это особая наука, которая использует электроэнергетические явления в своей работе, для своих определенных целей.

Электрические и магнитные явления наблюдались еще в глубокой

древности. История светотехники насчитывает немногим более полутора

столетий. Её начало относят к моменту создания первого электрохимического генератора в 1800 г. До этого были сделаны только первые шаги по созданию простейших электростатических машин и приборов и установлению некоторых закономерностей в области статического электричества и магнетизма.

С 1800 по 1830 г. происходило изучение действий электрического тока,

был установлен ряд закономерностей в области электромагнетизма, а также

проведены первые опыты по практическому применению электричества.

В это время разрабатываются основы электродинамики, закладывается фун-

дамент электротехники. Эти годы считают первым этапом развития электро-

техники.

Второй этап развития электротехники (1831–1870) начался с открытия

электромагнитной индукции, а завершился созданием первого промышленного электрического генератора.

Третий этап (1870–1891) ознаменовался внедрением в промышленность

электромашинного генератора постоянного тока и завершением исследований в области многофазных систем. Это период интенсивного развития электротехники в условиях децентрализованного производства электроэнергии и начального развития электростанций. В это время начинается становление

электротехники как самостоятельной отрасли.

Решение проблемы передачи электроэнергии на расстояние, разработка

промышленных типов трансформатора и асинхронного двигателя создали

предпосылки для широкого развития электрификации. С этого времени на-

чинается четвертый этап в развитии электротехники, продолжающийся до

нашего времени.

Остановимся кратко на важнейших открытиях, способствовавших становлению электростатики.

Первые наблюдения электрических и магнитных явлений относятся

к VI–VII вв. до нашей эры. В течение многих веков представления о сущности этих явлений были весьма примитивными. Несмотря на это, магнит нашел практическое применение еще до нашей эры в странах древнейших культур – Китае и Индии.

Первое научное сочинение в этой области принадлежит У. Гильберту,

опубликовавшему в 1600 г. научную работу «О магните, магнитных телах и о большом магните – Земле». Гильберт ввел в науку термин «электричество», назвав «электрическими» тела, способные электризоваться. Дальнейшее изучение электрических явлений привело к созданию разнообразных элек-

трических машин и приборов. Были разработаны первая электростатическая

машина (1650), лейденская банка (конденсатор) (1745), электроизмерительный прибор Ломоносова (получив одноименный заряд, витки пружины стремятся оттолкнуться, увлекая за собой пластинку с закрепленным на ней стержнем; степень опускания стержня фиксировалась с помощью «усов»), электрический указатель Г. В. Рихмана (первый прибор непосредственной оценки) и крутильные весы Ш. О. Кулона (один из наиболее точных приборов своего времени, позволивший Кулону в 1785 г. установить закон взаимодействия электрических зарядов и магнитных полюсов).

Создание первых электроизмерительных приборов положило начало

установлению количественных закономерностей в области электромагнитных явлений. Большое значение имели работы, выявившие электрическую природу грозовых явлений в атмосфере, а также разработка теорий электричества (М. В.

Ломоносов, Б. Франклин) и создание разнообразных молниеотводов (М. В. Ломоносов, Б. Франклин, П. Дивиш).

Для практики наиболее удачными оказались опыты по использованию

электричества в медицинских целях. В многочисленных трудах конца XVIII

– начала XIX в. описывались разнообразные электростатические машины и

приборы, предназначенные для электролечения. Эти работы немало способст-

вовали расширению знаний в области электричества, установлению влияния

электрических разрядов на организм животных и человека, выявлению элек-

троизоляционных свойств стекла, сургуча, смолы, хлопчатобумажных тканей,

шелка.

Представляют большой интерес труды русского ученого А. Т. Болотова. Им была создана своеобразная электролечебница, в которой устанавливались простые и «особливо маленькие, складные дорожки» электростатические машины, производившие, однако, «изрядное действие». Свой опыт он обобщил в книге «Краткие и на опытности основанные замечания об электрицизме и способности электрических махин к помоганию от разных болезней», изданной в Петербурге в 1803 г.

2. Развитие электроэнергетики

Электротехнические устройства не выходили за пределы лабораторий,

пока не было у массового потребителя достаточно мощного и экономичного

источника электрической энергии. В 1870 г. такой источник был создан. Сле-

дующие за этой датой 15–20 лет прошли как годы зарождения основных

электротехнических устройств массового промышленного и бытового назна-

чения, как годы становления новой отрасли техники. Это был поистине героический период истории электротехники.

До 70-х годов XIX в. энергетическая техника характеризовалась преимущественно примитивной паровой машиной. Паросиловые установки создавались на каждом, даже небольшом, промышленном предприятии. При этом возникал ряд существенных трудностей : большие затраты на сооружение котельной и машинного отделения; громоздкость установок; их опасность в пожарном отношении. Привод многочисленных отдельных исполнительных механизмов нужно было осуществлять с помощью громоздких трансмиссий.

Поэтому все более ощущалась необходимость в экономичных двигателях малой мощности. В результате создаются принципиально новые двигатели -внутреннего сгорания и электрические. Но последние были непригодны для промышленного привода, и поэтому основное применение электроэнергия находит для освещения.

Электрическое освещение - первое массовое энергетическое применение электрической энергии - сыграло исключительно важную роль в становлении электроэнергетики и превращении электротехники в самостоятельную отрасль техники.

В течение первой половины XIX в. господствующее положение занимало газовое освещение, имевшее существенное преимущество перед лампами с жидким горючим : централизация снабжения установок светильным газом; сравнительная его дешевизна; простота газовых горелок и их обслуживания.

Но по мере развития производства, роста городов, строительства крупных производственных зданий, гостиниц, магазинов и прочих помещений оно все менее удовлетворяло требованиям практики, так как было опасно в пожарном отношении, вредно для здоровья, а сила света отдельной горелки была мала.

Особенно эти недостатки стали сказываться на крупных предприятиях с большим числом рабочих, занятых на производстве 12-14 часов в сутки, вызывая резкое снижение производительности труда.

От указанных недостатков было свободно электрическое освещение. Конструирование источников электрического освещения шло в двух

направлениях: использование электрической дуги (дуговые лампы) и явления накаливания проволоки током (лампы накаливания).

В ходе разработки дуговых ламп возникла задача регулирования расстояния между электродами. Поэтому вся история дуговых ламп представляет собой по существу разработку конструкций различных регуляторов.

Дальнейший прогресс электроосвещения был связан с изобретением лампы накаливания, которая оказалась более удобным источником света, имеющим лучшие экономические и световые показатели.

В 1870-75 гг. А.Н. Лодыгин разработал несколько типов ламп накаливания. В первых конструкциях в качестве тела накаливания применялся ретортный уголь, помещавшийся в стеклянный баллон. Для увеличения времени горения затем было предложено ставить несколько стерженьков.

Эдисон, ознакомившись с лампой Лодыгина, также заинтересовался проблемой электроосвещения. В 1879 г. им была предложена конструкция с угольной нитью и винтовым цоколем. Он же разработал основные виды электроустановочных материалов, необходимых для устройства и монтажа освещения лампами накаливания.

В 1893 - 94 гг. Лодыгин запатентовал лампы накаливания с нитями из тугоплавких металлов, в том числе и с вольфрамовой нитью.

В 70-80-х годах XIX века процесс производства электроэнергии еще не был отделен от процесса ее потребления. Электростанции, обеспечивающие электроэнергией ограниченное число потребителей, назывались блок-станциями.¹

В связи с трудностями регулирования системы дугового освещения на первых порах строились специализированные блок-станции : одни для дуговых ламп; другие для ламп накаливания.

Развитие первых электростанций было сопряжено с преодолением трудностей не только научно-технического, но и волюнтаристского и конъюнктурного характера. Так, городские власти запрещали сооружение воздушных линий, опасаясь за внешний вид города. Газовые компании всячески подчеркивали действительные и мнимые недостатки нового рода освещения.

Начало современного этапа в развитии электротехники относится к 90-м годам XIX века, когда была решена комплексная энергетическая проблема, соединившая в себе технические основы электропередачи и электропривода.

Это решение было найдено в применении многофазных цепей, из которых многолетняя практика сделала выбор в пользу цепей 3-х фазных.

Наиболее интересными и новыми элементами 3-х фазной системы явились электродвигатели."Героический" период электротехники завершился на рубеже XIX и XX столетий.

Все основные технические устройства, предназначенные для производства, распределения и использования электрической энергии, были предложены и доведены до промышленного применения.

Потребность в производстве больших количеств электроэнергии оказала влияние на всю первичную энергетику: теплоэнергетику и гидроэнергетику.

Коренные усовершенствования и в той, и в другой области первичной энергетики были тогда уже, главным образом, связаны не с непосредственным использованием в промышленности тепла и энергии воды, а с созданием первичных двигателей электростанций.

Правда, несколько позднее тепловые электростанции стали рассматриваться как фабрики по производству электрической и тепловой энергии на равных началах (так называемые теплоэлектроцентрали - ТЭЦ).

Для проведения проводов и кабелей необходимы были люди, которые бы разбирались в электричестве. Так появилась профессия электрика. Однако с

появлением все более разных электрических приборов, усложнением электротехники профессия разветвляется на множество специальностей: электромонтажник, электромеханик по ремонту оборудования (в зависимости от специализации), электромонтер, техник-электрик, электрослесарь и др. На сегодняшний день существует несколько десятков специальностей электрика.

Развитие энергетики в России

Электротехническая промышленность всегда рассматривалась как основная техническая база электрификации. При этом речь шла об изготовле-

нии изделий, которые лежат в основе электрического хозяйства потребителей

– электрики. Электрическое хозяйство можно рассматривать поэлементно,

например устройство и работу отдельного электродвигателя, затем выделять

электрические цепи и системы, опираясь на классические законы ТОЭ.

Сегодня важнейшие задачи электрики следующие: из сконструирован-

ных и уже изготовленных электротехникой изделий представить некоторый

образ – будущий объект, чтобы обосновать инвестиции и разработать рабочую документацию на электрическую часть объекта; выполнять строительные, монтажные, наладочные, приемо-сдаточные работы; осуществлять эксплуатацию электротехнических изделий и их электроремонт; обеспечивать

электробезопасность и экологические нормы, предусматривать утилизацию

продуктов жизнедеятельности электрического хозяйства и его ликвидацию

(в целом или части).

Электротехническая продукция (изделия), определяемая специфической техникой, технологией, материалами и порождающая немалое экологическое воздействие, составляет материальную основу электрического хозяйства (электрики), которое, однако, не может функционировать и развиваться без различных видов обеспечения, и прежде всего без обеспечения электрической энергией.

В нашей стране развитие электроэнергетики осуществлялось в соответ-

ствии с основными принципами плана ГОЭЛРО (разработанного в 1920 г.

Государственной комиссией по электрификации России): строительство

электростанций по единому государственному плану, опережающее развитие

тяжелой промышленности, электрификация при концентрации мощностей и централизации электроснабжения, создание на предприятии единого энергохозяйства.

Собственно план ГОЭЛРО, рассчитанный до 1935 г., был выполнен к середине 1931 г. В этот период было произведено 10 687 ГВт·ч: это меньше годового потребления крупного алюминиевого завода. Очевидна положительная роль плана ГОЭЛРО как основополагающего плана развития народного хозяйства, предусматривающего «электрификацию всей страны» (В. И. Ленин). Но если обратиться к реалиям большей части территории России, то следует признать, что к началу XXI в. «электрификация всей страны» так и не была осуществлена. Это касается не только северных и арктических регионов, занимающих 2/3 территории РФ (где проживает «лишь» 9 млн. человек), но и Центральной России, Северо-Запада, Урала и Поволжья, не говоря уже о Сибири и Дальнем Востоке. В российской глубинке напряжение днем может превысить 250 В, а вечером упасть до 190 В и ниже, село в 2001 г. в Тульской области без света с 11 апреля по 20 июля – рядовое явление. Речь идет о трансформации и распределении электроэнергии через воздушную однофазную ЛЭП 35–110, 6–20 кВ, трехфазную линию 0,4 кВ, линию фаза-ноль 380/220 по поселку или между поселениями для рассредоточенных отдаленных небольших единичных нагрузок с резкими суточно климатическими одновременными колебаниями нагрузки на всем множестве потребителей. Регулирование напряжения по Правилам устройства электроустановок (ПУЭ), осуществляемое на шинах 6–20 кВ, не обеспечивает у электроприемников требований ГОСТ к качеству электроэнергии. Технически реализуемая ныне схема электрификации

от системных электрических сетей, фактические планово-ремонтные, аварийные, а сегодня и платежные ограничения, а также предупредительные

отключения и обрывы при грозе, ветре, дожде и снеге не позволяют говорить о завершенности электрификации в России. Среднегодовая продолжительность отключения сельскохозяйственных потребителей (100 ч) не дает возможность говорить о развитии аграрного сектора и обрекает молодежь на миграцию, оставляя ее без работы и электронной информации.

План ГОЭЛРО был необходим (исключая последующее разрушение

в 1930-х гг. действовавшей сети мелких и в 1950-х гг. средних энергоисточ-

ников), пока стояла задача индустриализации, решить которую было невозможно без гигантов металлургии, химии, машиностроения. Они, в свою очередь, требовали сооружения гигантов энергетики, строительство которых

стало приоритетным. Положение изменилось в последние десятилетия, когда

приоритетными стали требования потребителя. Мировые производители

электротехники давно это поняли, буквально завалив потребителя не только

тем, о чем он знает, но и тем, чего он и представить не мог. Сегодня специа-

листы-электрики должны уметь формулировать требования потребителя к изготовителям электротехнических изделий и к энергоснабжающей органи-

зации, а затем и отстаивать их. Практически это означает реализацию утвер-

ждаемого Гражданским кодексом РФ равенства таких юридических лиц, как

энергоснабжающая организация и потребитель, переход от абсолютизма

большой энергетики к тезису «Потребитель всегда прав».

Для повышения эффективности использования энергии важно понять,

чтo в настоящее время качественно отличает электрическое хозяйство совре-

менного предприятия (организации) от электрического хозяйства заводов

(комбинатов) времен начала индустриализации (об электрическом хозяйстве

квартиры, коттеджа или офиса стало возможным говорить лишь в последние

50 лет: до 1960-х гг. его просто не было). Что есть и какой будет в XXI в.

электрика промышленности и быта?

Существуют пока еще мало известные широкому кругу электриков постулаты (законы), которые обеспечивают само существование

электрического хозяйства и указывают количественные параметры его устойчивости и эффективности. Оказывается, электрическое хозяйство создается (проектируется, строится), функционирует (эксплуатируется и ремонтируется) и развивается (модернизируется и технически перевооружается) не столько на основе классических законов механики и ТОЭ, сколько на основе некоторых ценологических ограничений (ограничений

самоорганизации). Они утверждают необходимость математически определенных соотношений по количеству между крупным, средним и мелким или между уникальным (единичным, новым) и стандартизованным (массовым).

Исторический опыт свидетельствует, что новая теория, какие бы практические результаты она ни давала, а тем более новое мышление, не сразу овладевает массами. Формирование (построение) электрического хозяйства и закономерности его функционирования сравнительно новый объект иссле-

дования. Лишь в 1944 г. при Государственном комитете обороны была создана Госинспекция по промышленной энергетике и энергонадзору, основан

журнал «Промышленная энергетика», введена должность главного энергетика на предприятиях с потребляемой мощностью от 1000 кВт (по электрической нагрузке сегодня это мелкое предприятие, где штатного электрика может не быть совсем), в высшей школе заговорили о внутризаводском электроснабжении, подготовке инженеров-электромехаников, электрификации по отраслям.

Построение электрического хозяйства в период первых пятилеток ос-

новывалось на классических представлениях, когда можно было подсчитать

все режимы для каждого двигателя (электроприемника), а суммировав, полу-

чить электрическую мощность, расход энергии, объемы энергосбережения. И

это было правильно и реализуемо, если в кузнечном цехе в 1930-х гг. уста-

навливали 11 двигателей, в механическом – 34, электроремонтном – 20, в

системе водоснабжения – 25, на Центральной электрической станции (ТЭЦ) –

40 (на крупнейших заводах сейчас в 100 раз больше), а сортамент был едини-

чен.

Количественное увеличение и качественное усложнение устанавливае

мого электрооборудования и сетей электрики в 1950–1960-х гг. привели к ве-

роятностным системно-кибернетическим представлениям. В их основе убежденность в возможности получения данных по каждому электроприем-

нику и результата на основе групповых коэффициентов, в существовании

среднего, в наличии отраслевых норм на единицу выпускаемой продукции

(наличие математического ожидания) и возможной небольшой ошибки (ко-

нечность дисперсии).

Фактически же количество устанавливаемого оборудования стремительно увеличивалось (как и его разнообразие), составив к началу XXI в. тысячи двигателей для производств, десятки тысяч двигателей общей мощностью миллионы киловольт-ампер для заводов. Добавим к этому:

а) вхождение предприятия в рыночную среду, следовательно, изготов-

ление только пользующегося спросом товара (это ведет к разнообразию ас-

сортимента продукции, требующему энергозатрат);

б) изменение отношения с энергоснабжающей организацией и постав-

щиками оборудования;

в) новый подход к инвестициям и их оценке, включая затраты на энер-

госбережение и повышение эффективности электрического хозяйства;

г) усиление роли предпроектных стадий и согласований, когда прини-

маются решения без учета данных, в частности по электроприемникам.

Устойчивое качественное электрообеспечение потребителей (и не

только отдаленных) достижимо, если одновременно с сетевым строительством и реконструкцией будут сооружаться мелкие источники электроэнергии,

работающие параллельно с энергосистемой или автономно. Фактически эти

два направления (крупное как основа электроэнергетики, некрупное как со-

ставная часть электроснабжения электрики) должны быть гармонично увязаны.

Строительство собственных источников электроэнергии как тенденция

характерно для средних и крупных металлургических, химических, машино-

строительных и других предприятий, отдельных поселков и городов. Налицо

их стремление уменьшить свою зависимость от энергосистем в обеспечении

электричеством (и теплом: восстановление и строительство собственных ко-

тельных) путем использования вторичных энергетических ресурсов (ВЭР) и

установки генераторов небольшой мощности на напряжение не только 6 (10)

кВ, но и 0,4 кВ. С точки зрения электрики, подобная децентрализация обост-

ряет проблему технических условий, сформулированных в 60-е гг. прошлого

века под взятые на себя электроэнергетикой, но не выполненные обязатель-

ства обеспечить всех потребителей электроэнергией при минимуме приве-

денных затрат. Правила пользования электрической энергией (ныне отме-

ненные) были обязательным документом для всех пользователей (включая

проектировщиков), выдача технических условий превращалась в процедуру,

зачастую ущемлявшую интересы потребителей.

Строительство собственных источников электроэнергии, расширение

и реконструкция электрического хозяйства, нормирование и энергосбереже-

ние во многом связаны с переходом в полном объеме ко взаимоотношениям,

основанным на Гражданском кодексе РФ. Пока же равенство энергоснаб-

жающей организации и потребителя как юридических лиц соблюдается не

всегда, а переход от разрешительного к регистрационному принципу под-

ключения лишь начинает обсуждаться. Без возможности свободной продажи

потребителям электроэнергии от собственных источников по цене ниже та-

рифа в данном регионе, опираясь на электростанции в единицы и сотни ки-

ловатт, трудно обеспечить энергобезопасность России.

Другая проблема – качество электрической энергии. Электротехниче-

ская промышленность выпускает, например, дуговую электросталеплавиль-

ную печь и прилагаемое к ней другое сертифицированное оборудование.6

Электроэнергетика обеспечивает подачу электроэнергии также в соответст-

вии с ГОСТами. Почему же потребитель, установивший печь, сталкивается

с проблемой нарушения ГОСТов? Это относится и к регулируемому электро-

приводу, и к другому электрооборудованию.

Потребление энергоресурсов – особый вид купли-продажи, не относя-

щийся к сфере услуг: энергоснабжение должно осуществляться по публич-

ному договору. Взаимоотношения «потребитель – энергосистема» – важней-

шая, но сегодня не полностью рыночно упорядоченная область (в отличие от

отношений «потребитель – электротехническое изделие»), хотя она во мно-

гом определяет эффективность электрического хозяйства в целом и обуслов-

ливает: прогноз параметров электропотребления на различные временные

интервалы; нормирование по производствам и цехам; определение постоян-

ной составляющей, отключений по очередям и лимитов; организацию иерар-

хии учета и приборно-программное обеспечение, энергоаудит; создание сис-

темы энергосбережения и оценки ее результатов, существенно влияющие на

себестоимость продукции.

Быть может, менее теоретически интересно, но, несомненно, более зна-

чимо практически применение нового электрооборудования, новых техноло-

гий, материалов и модернизация существующего, включая рационализацию

схем электроснабжения и сетей, внедрение регулируемого электропривода,

энергосберегающего электротермического и иного оборудования.

Эффективность электрического хозяйства неразрывно связана с элек-

троремонтом, включающим в себя обслуживание, ремонт и утилизацию

электрооборудования. Электроремонт не исчезнет, но со временем он должен

существенно измениться, учитывая интеллектуализацию техники и техноло-

гий, высокую надежность ныне выпускаемого оборудования, распростране-

ние фирменного обслуживания, изменение соотношения между различными

формами централизации, необходимость кардинального изменения системы

планово-предупредительного ремонта, появление новых электроремонтных

технологий, изоляционных материалов и лаков, компьютеризацию информа-

ционного обеспечения электроремонта.

Если говорить о повышении экономической эффективности электрического хозяйства (включая электропотребление) в современных условиях глобализации, то следует основываться на теориях, описывающих современный постиндустриальный мир и предлагающих адекватные критерии эффективности. На этих теориях (самоорганизации, фрактальности, техноценозов, катастроф и др.) основываются ценологические представления и математический аппарат гиперболических Н-распределений, методики по нормированию, энергосбережению, прогнозу параметров электропотребления, а также методики, включающие оценку эффективности систем электроснабжения иобеспечивающие повышение производительности труда при электроремонте).6. РАЗВИТИЕ ЭНЕРГЕТИКИ В РОССИИ

История электротехники, электроэнергетики 📙 Реферат → 🆔 112739