История создания мощных систем электроснабжения

2.Введение.

Развитие промышленности, строительство фабрик, заводов, рост крупных городов требовали все  большей энергии и передачи ее на дальние расстояния. Важнейшим  этапом в развитии энергетической базы промышленности, сельского хозяйства, бытовых удобств явилось изобретение  и применение электрических двигателей и генераторов.

Широкое и разнообразное  применение электроэнергии во всех областях народного хозяйства и быта объясняется  рядом весьма существенных преимуществ  ее по сравнению с другими формами  энергии, а именно: 1) возможностью экономичной  передачи на значительные расстояния; 2) простотой преобразования в другие формы энергии (тепловую, механическую, световую, химическую и др.); 3) простотой  распределения любой мощности (от многих киловатт до микроватт) между  любым числом потребителей.).

лектроснабжением   называется   обеспечение потребителей   элек -трической  энергией .  Под   потребителями  подразумеваются  предпри -ятия ,  организации,  цехи,  стройплощадки ,  жилые   комплексы   и   т .п .,у  которых   приемники   потребляют  электрическую   энергию .  Приемни -ками  электроэнергии   считаются устройства ,  в  которых   происходит  преобразование   электроэнергии   в  другие   виды  энергии:  механическую – электродвигатели ;  тепловую – электрические  печи,  сварочные  агрегаты ;  химическую – электролизные  ванны ;  световую – светиль-ники;  информационную  – устройства   приема,  передачи ,  управления   и обработки  информации ( радио,  телеграф ,  ЭВМ,  телеприемники   и т.п)

Электроснабжение служит для обеспечения электроэнергией  всех отраслей хозяйства: промышленности, сельского хозяйства, транспорта, городского хозяйства и т. д. В систему  электроснабжения входят источники  питания, повышающие и понижающие подстанции электрические, питающие распределительные электрические сети, различные вспомогательные устройства и сооружения. Основная часть вырабатываемой электроэнергии потребляется промышленностью. Структура электроснабжения определяется исторически сложившимися особенностями производства и распределения электроэнергии в отдельных странах. Принципы построения систем электроснабжения в промышленно развитых странах являются общими. Некоторая специфика и местные различия в схемах электроснабжения зависят от размеров территории страны, её климатических условий, уровня экономического развития, объёма промышленного производства и плотности размещения электрифицированных объектов и их энергоёмкости.

О необходимости электрификации и создании мощных систем электросенабжния ученые умы России начали задумываться очень давно. Так, о возможности отправлять по проволоке «електрическую силу на великое расстояние до тысячи сажен и далее» говорил еще Михаил Ломоносов в 1760 году. В самом начале XIX века мысль о практическом применении электроэнергии для освещения высказывал в своих трудах первый российский электротехник, член-корреспондент Петербургской академии наук Василий Петров. Однако в силу различных причин вопрос передачи электричества на расстояние удалось решить только к концу позапрошлого столетия.

2.Литературый  обзор.

Предметом работы является мощные системы электроснабжения. Целью данной работы является изучение истории развития системы электроснабжения.

Электроснабжение для предметного рассмотрения выдрал потому, что в современной истории это наиболее актуальная тема для Мира. Актуальность ее затрагивает как экономические процессы, так и политические, научное значение так же велико, великие умы Мира и разных национальностей борются за то, чтоб найти и создать системы электроснабжения с максимальным КПД, возобновляемые и не приносящие вреда окружающей среде.

Поставленная цель, ставит решение следующих задач: рассмотрения понятия электроэнергии, развитие техники; история развития электроэнергетики, выявить значение энергетики для современной науки, для мира в целом, и для нашей страны.

Электроэнергетика была, остается, и на ближайшую перспективу будет оставаться основой экономического развития стран. Подтверждением этого является четко выраженная мировая тенденция роста электропотребления, особенно в развивающихся странах.

Знание истории развития науки и техники, этого важнейшего направления деятельности любого государства, позволяет правильно оценить  существующую обстановку в энергетической отрасли, учесть опыт предыдущих поколений и развивать отрасль с учетом этих факторов.

Развитие энергетики есть мощная сила, которая влияет на жизненный  уровень людей, изменяет характер общества, является причиной социальных перемен  и направляет общественное развитие.

Энергия - одно из чаще всего  обсуждаемых сегодня понятий; помимо своего основного физического (а  в более широком смысле - естественнонаучного) содержания, оно имеет многочисленные экономические, технические, политические и иные аспекты.

Цивилизации нужна электроэнергия, причем потребности в ней увеличиваются с каждым годом. Вместе с тем запасы традиционных природных источников (нефти, угля, газа и др.) конечны. Конечны также и запасы ядерного топлива - урана и тория, из которого можно получать в реакторах-размножителях плутоний. Практически неисчерпаемы запасы термоядерного топлива - водорода, однако управляемые термоядерные реакции пока не освоены и неизвестно, когда они будут использованы для промышленного получения энергии в чистом виде, т.е. без участия в этом процессе реакторов деления.

Ключевой проблемой  экономики стран является необходимость  повышения энергоэффективности.

Остаются два пути: строгая  экономия при расходовании энергоресурсов и использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии.

Электроэнергетика является исключительно капиталоемкой отраслью с большим инвестиционным циклом. Это обстоятельство обуславливает необходимость поиска «длинных» денег в развитие энергетики, использования научно-технических достижений и, как следствие, подготовка перехода к энергетике будущего.

Задача достижения качественно  нового состояния энергетики диктует  жесткие требования к выбору мер  государственного регулирования и  частно-государственного партнерства, взаимной ответственности всех участников процесса, что должно обуславливать своевременную интеграцию достижений (как страны, так и мира в целом) в энергетический комплекс

3.История развития  электроэнергетики и электроснабжения.

История воспитывает и  формирует человека, она великий  учитель человека и общества.

Изучение истории имеет  практическое значение, так как его  итоговые выводы подводят нас вплотную к практическим потребностям текущего момента.

История - исследование, совокупность фактов, событий, относящихся к прошедшей  жизни человечества, какой-то отрасли  науки или техники, объекта, культуры и т. п. Это память о прошлом, о  выдающихся событиях, людях. Понятия  «история», «исторический факт»  включают в себя не только прошедшие  события, но и то, что имеет отношение  к человеку, к его внутреннему  миру.

Развитие энергетики и  техники связано с работами очень  многих людей: гениев, изобретателей, любознательных людей, ученых - неравнодушных, мыслящих, трудолюбивых, нравственно богатых  людей.

Проникаясь историческим чувством, опираясь на духовный и нравственный опыт веков, человек исподволь вырабатывает в себе персональную ответственность  за все прошедшее и происходящее в мире. В нем укрепляется чувство  нравственного долга, которое является ядром истинной личности.Материальная жизнь человечества связана с двумя основными началами - веществом и энергией. Поэтому все техническое творчество человека на всех этапах развития общества сводилось, по существу, к видоизменениям и превращениям как вещества, так и энергии.Каждое  поколение  застает технику   на   том   уровне ,  до  которого она  была  доведена   в  предыдущий  период,  дополняет  ее   своими  от -крытиями,  изобретениями,  устройствами ,  а   затем передает   следую-щему  поколению . Применение электричества  и  использование электроэнергии   было великим   открытием XIX  века .  Следует  заметить ,  что электрическая энергия является   вторичной энергией   и   не   заменяет   первичную ( тепловую,  гидравлическую,  во -дяную   и др.), но  стимулирует   развитие   первичной   энергии,  а   для ее  передачи   и   распределения – самой   удобной   признана   именно  элек трическая  энергия.  Электричество  является  очень концентрированной   энергией : 

1  кВт . ч = 1000  Дж/с   × 3600  с = 3600000  Дж;

1  кВт . ч = 102 кг . м /с × 3600  с = 367000  кг .м – это эквивалентно 

поднятию 367 т груза на  высоту 1  метр.

Развитие   электроэнергетики  носит  интернациональный   характер . В   этом   мы  убеждаемся  на   протяжении  всей   истории ее   развития .  В  создании   энергетики   и ее   внедрении   принимали   и   принимают   по-сильное  участие люди  самых   разных  национальностей,  разных  стран, разных классов. Например,  первые  открытия,  научные   и   практические   разработ -ки,  законы  в электроэнергетике   являлись   вкладом   итальянцев ,  англи-чан,  русских,  французов,  американцев ,  венгров,  бельгийцев ,  югосла-вов,  датчан   и   др.  В   этом   можно   убедиться,  рассматривая   историю развития   электроэнергетики. Широкое и разнообразное применение  электроэнергии   во   всех  областях   народного хозяйства и   быта  объясняется рядом   весьма   су -щественных  преимуществ   ее   по  сравнению   с   другими   формами   энер -гии ,  а именно: 1)  возможностью  экономичной   передачи   на   значи -тельные   расстояния ; 2)  простотой преобразования   в другие   формы энергии ( тепловую,  механическую,  световую,  химическую  и   др.); 3) простотой распределения любой   мощности ( от   многих  киловатт   до микроватт)  между   любым  числом потребителей . Большое   значение   имеет  возможность   использования для произ-водства  электроэнергии   местных   видов   топлива ( угля ,  торфа ,  сланца ), энергии рек,  водопадов,  приливов,  солнечной   энергии и   энергии вет-ра ,  геотермальной,  атомной и   др. Однако,  и   раньше,  и   в настоящее время   существуют  многочис-ленные проблемы  электроэнергетики:

-  создание   экономичных   конструктивных  источников   электриче-ства  – генераторов,  электродвигателей,  трансформаторов ,  фабрик электричества (электростанций ),  электрических линий   передач (ЛЭП),  подстанций,  распределительных устройств;

-  прокладка  проводников ,  кабелей,  их  защита;

-  изоляция   токоведущих  проводов ,  частей   устройств;

-  методы  расчета   электросетей ,   их   защита   от    коротких   замыка-

  ний ;

-  другие   вопросы ,  которые   решались  и   решаются  учеными ,  инже-нерами,  практиками,  изобретателями . 

3.3.3.   Электродвигатели,  электрогенераторы ,  трансформаторы 

Открытия   и    исследования    Д.  Араго,   Г.  Эрстеда,   А .  Ампера,  Г.  Ома ,  М.  Фарадея  и  других   изобретателей и ученых  послужили толчком   для изобретательской   фантазии   инженеров ,  которые   стали называться   электриками.  Важнейшим  этапом   в развитии   электроэнер-гетики   явилось изобретение и   применение электрических машин .

В   технике  основными   устройствами ,  использующими явление электромагнитной   индукции,  являются   генераторы   электрического  тока ,  электродвигатели   и   трансформаторы.  Рассмотрим  их  основное  современное   устройство   и   назначение ,  чтобы   затем  проследить   исто -рические   вехи  разработки   этих  устройств и указать их авторов.

Генератор.  Состоит  из   статора   и   ротора.  Массивный   непод-вижный  статор   представляет   собой   полый   стальной   цилиндр ,  на 

внутренние   стенки   которого   уложено   большое   число витков   метал-лического  провода,  покрытого   изоляцией  и   ведущего  электричество во   внешнюю  электрическую   цепь  к   потребителю .

Ротор  представляет   собой   цилиндр   с   пазами   для проводов ,  яв -ляющийся  большим   подвижным электромагнитом,  установленным

внутри   статора. Под   действием  паровой  турбины ,  гидротурбины,  паровой маши-ны  или   другого двигателя ротор начинает   вращаться, а в проводах  статора,  благодаря  электромагнитной   индукции,  возникает  электри-ческий   ток.

Электродвигатель .   В   электродвигателях   происходит   другое   явле -ние:  электрический  ток,  протекая   через провода  статора,  заставляет  ротор  вращаться.  С   помощью  механических   приспособлений  движе -ние  ротора   можно   передать   ленте трансмиссии ,  станку ,  эскалатору  метро  и другим механизмам.

Трансформатор .   Состоит  из   магнитного   сердечника   и   двух   или

более  катушек ,  которые   имеют   разное   число  витков .  Если  подвести переменный  электрический  ток  к  катушке   с   большим   числом  витков 

–  ток  большего  напряжения,  то   со   стороны   катушки   с   меньшим   чис-лом   витков   можно снять больший   ток,  но меньшего  напряжения. Создание  электрических  генераторов,  электродвигателей, трансформаторов   требовало  изучения   свойств  материалов :  не -металлических,  металлических  и  магнитных ,  создания   их теории . Первыми   в  этом  направлении были  работы  профессора   Москов-ского  Университета   Александра  Григорьевича   Столетова (1839-1896) ( рис. 36).  В  80- х гг .  им  была  обнаружена петля  гистерезиса  и   доменная  структура  у  ферромагнитных  материалов .

Братья   Гопкинсоны  разработали  тео-рию  электромагнитных  цепей.

В  1895  г .  Пьер  Кюри  обнаружил   су -ществование  у   ферромагнетиков критиче-ской   температуры ,  выше  которой проис-ходит исчезновение   доменной  структуры  и   потеря   ферромагнетизма –  точки   Кюри.

Применение  электричества  для связи, освещения ,  двигательной   силы  потребо-вало   создания   электроизмерительных   приборов,  Системы   единиц  из -мерения.

К  80- м   гг .  появились  гальванометры ,  амперметры,  вольтметры, магазины  сопротивления,  а   начало   созданию  электроизмерительных  приборов  положили  М. В.  Ломоносов ,  Г.В .  Рихман,  Б.  Франклин  еще  в XVIII  в.

В  1881  г .  в  Париже  собрался   первый  Международный конгресс  электриков .  Было  принято  постановление о разработке   единой  систе-мы  единиц.  В  группу   разработчиков входили :  Г.  Гельмгольц,  Г.  Кирх-гоф ,  У.  Томсон,  Р.  Клаузиус ,  А . Г.  Столетов   и   др.

Рис. 36.  А .  Г .  Столетов 

Электродвигатели 

История  создания   двигателей   уходит   в глубокую  древность. Сложными   путями  шел  человек к   открытию  и   познанию  законов фи-зики ,  созданию  различных   механизмов,  машин .

Впервые   двигатель  назвал   машиной   римский   зодчий   Марк  Поли-он (1  в.  до н .  э .). Важнейшим  этапом   в развитии   электроэнергетики явилось изо-бретение   и применение  электродвигателей.  Принцип   действия   элек -тродвигателей  основан  на   физическом  явлении :  виток  проводника,  по которому  протекает  электрический  ток,  будучи  помещенным   между магнитами,  движется   поперек  силовых   линий   магнитного   поля .  Элек-тродвигатель ,  как правило,  компактнее   других   двигателей ,  всегда   го -тов  к работе ,  может управляться на расстоянии . История  электродвигателя  – сложная   и   длинная   цепь   открытий, находок,  изобретений.  Проследим  этапы  развития   электродвигателей.

I  этап .  Начальный   период  развития   электродвигателя  (1821-1834 гг .).  Он  тесно  связан   с   созданием физических  приборов  для демонстрации  непрерывного  преобразования   электрической энергии в механическую.

В  1821  г .  М.  Фарадей,  исследуя   взаимодействие   проводников   с током   и   магнитом,  показал,  что электрический ток вызывает  вращение  проводника  вокруг   магнита,  или   вращение  магнита вокруг  проводника.  Опыт  Фарадея  показал принципиальную  возможность построения  электрического  двигателя. Многие  исследователи  предлагали   различные   конструкции   элек -тродвигателей. 

Первые  электродвигатели   напоминали  по  устройству   паровые

машины:  двигатель  Дж.  Генри  (1832 г .)   и   двигатель У.  Пейджема (1864  г .)   имели   коромысла ,  кривошип,  шатун,  а   также   золотники ( пе -реключатели   тока   в солено -идах ,  заменявших собой   цилиндр ).