- •Вводная лекция по дисциплине «История энергетики»
- •Основная литература
- •Дополнительная литература
- •Тема 1 Введение
- •1.1 Энергия и энергетика
- •1.2. Виды энергии и развитие человеческого общества
- •1.3. Количественные показатели энергетики
- •1.4. Естественные ресурсы
- •Вопросы для самопроверки
- •Тема 2 Гидро- и ветроэнергетика как начальный период развития энергетики
- •2.1. Предпосылки развития гидроэнергетики
- •2.2. Водяные колеса
- •2.3. Гидравлический двигатель
- •2.4. Гидроэнергетика и теплоэнергетика
- •Вопросы для самопроверки
- •Тема 3 История теплоэнергетики
- •3.1. Предпосылки возникновения теплоэнергетики
- •3.2. Начальный период развития теплового двигателя
- •3.3. Появление универсального парового двигателя
- •3.4. Специализация паросиловых установок и дальнейшее развитие паровых машин
- •3.5. Паровой котел
- •3.6. Возникновение парового транспорта
- •3.7. Двигатели внутреннего сгорания
- •3.8. Паровая турбина
- •3.9. Газовая турбина
- •3.10. Тепловые машины и их влияние на окружающую среду
- •Вопросы для самопроверки
- •Тема 4 Развитие электротехники и электромеханики
- •4.1. Этапы развития электротехники
- •4.2. Первый генератор электрического тока
- •4.3. Электродинамика, основные законы электрической цепи
- •4.4. Развитие электрических машин постоянного тока
- •Вопросы для самопроверки
- •Тема 5 Переход энергетической техники на качественно новый уровень
- •5.1. Роль электрического освещения в становлении электроэнергетики
- •5.2. Развитие кабельной и изоляционной техники
- •5.3. Развитие генераторов и двигателей однофазного тока
- •5.4. Развитие однофазных трансформаторов
- •5.5. Первые экспериментальные и теоретические исследования в области передачи электрической энергии постоянным током
- •5.6. Электростанции постоянного и однофазного переменного тока
- •5.7. Возникновение многофазных систем
- •5.8. Трехфазная система
- •5.9. Трехфазный трансформатор
- •5.10. Первая трехфазная линия электропередачи
- •Вопросы для самопроверки
- •Тема 6 Развитие первичной энергетики в связи с электрификацией
- •6.1. Развитие котлостроения
- •6.2. Развитие паровых турбин
- •6.3. Развитие гидравлических турбин
- •Вопросы для самопроверки
- •Тема 7 Развитие электростанций
- •7.1. Развитие тепловых электростанций
- •7.2. Развитие гидроэлектростанций
- •Вопросы для самопроверки
- •Тема 8 Развитие техники передачи электроэнергии на большие расстояния
- •8.1. Передача энергии постоянным током
- •8.2. Передача энергии переменным током
- •8.3. Развитие кабельных и воздушных линий
- •Вопросы для самопроверки
- •Темы для рефератов
5.2. Развитие кабельной и изоляционной техники
Различные области практического применения электроэнергии потребовали разработки электроизоляционных материалов.
К 70-м годам XIX в. закладываются основы новых отраслей техники -кабельной и электроизоляционной.
Начальный период развития кабельной техники тесно связан с работами по минной электротехнике и электромагнитному телеграфу.
Первый подводный электрический кабель (Шиллинг 1812 г.) представлял собой тонкую проволоку, покрытую двумя слоями изоляции (шелком и пенькой). Первый слой (шелк) пропитывался специальным смолистым составом. Затем шла пенька и тот же состав.
Первые подземные телеграфные кабели изготовляли так же (Шиллинг, Якоби и др.). Пропитка: воск, сало, канифоль. Защитной оболочкой служили стеклянные трубки, соединенные резиновыми муфтами, или стальные гильзы. В отдельных случаях стеклянные трубки закладывались в деревянные желоба I (при подземной прокладке).
В начале 40-х годов XIX в. создаются специальные машины для обвивки проводов пряжей; в качестве изоляционных материалов начинают применять резину и гуттаперчу. Существенную роль в улучшении качества изоляции сыграло создание свинцового пресса (1879 г.), с помощью которого изолированный провод покрывался бесшовной свинцовой оболочкой [2].
В 90-х годах все большее применение для силовых кабелей начинает получать многослойная изоляция из бумаги, пропитанной маслом.
Развитие электрических машин и аппаратов вызвало необходимость в развитии специальных термостойких электроизоляционных материалов. Для повышения термостойкости создаются пропиточные составы и покрытия. Для изоляции пластин коллектора начинают применять слюду.
В начале 90-х годов на основе слюды создаются новые материалы: миканит, микалента, микафолий, нашедшие широкое применение для изоляции электрических машин и приборов.
5.3. Развитие генераторов и двигателей однофазного тока
Так как переменный ток долгое время не находил практического применения, то попытки сконструировать соответствующий генератор до конца 70-х годов носили эпизодический характер.
Обычно это были машины постоянного тока, у которых отсутствовал коллектор, а было два кольца.
Наиболее существенный толчок в области генераторов переменного тока дала электрическая свеча Яблочкова.
Уже в 1878 г. Яблочков совместно с заводом Грамма разработал несколько однотипных конструкций генераторов переменного тока для питания 4, 6, 16 и 20 свечей.
Серьезные трудности на пути совершенствования генераторов переменного тока возникли из-за нагрева сердечников, которые до 80-х годов не шихтовались.
Таким образом, на лицо две главные тенденции, определяющие развитие генераторов переменного тока: для увеличения мощности увеличивать число катушек якоря, а для снижения потерь в сердечнике уменьшать объем стали якоря.
Последний период развития генераторов переменного тока начинается в 90-х г. XIX в. после того как началось производство 3-х фазных машин с шихтованными сердечниками и барабанными якорями.
Как известно, электрическая машина обратима. С этой точки зрения принципиальных трудностей для построения двигателей переменного тока не было. Уже в 1844 г. Ч. Уитстон построил синхронный двигатель, основанный на взаимодействии постоянных магнитов и электромагнитов переменного тока.
Из-за отсутствия начального вращающего момента пуск всех однофазных СД был затруднен - они нуждались в дополнительных разгонных двигателях и не могли получить широкого распространения.
Большими возможностями применения в сетях однофазного тока располагали коллекторные двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением. При их питании переменным током направление основного магнитного потока изменялось одновременно с изменением направления тока в якоре и, следовательно, вращающий момент имел постоянное направление. М. Дери и О. Блатти впервые предложили применять такие коллекторные однофазные двигатели в 1885 г.
Однако широкого распространения они не нашли, так как сильно грелись и имели очень плохую коммутацию. В настоящее время они используются в основном для бытового электропривода.
Еще одну попытку построить однофазный двигатель сделал американский изобретатель И. Томсон - репульсионный двигатель (1886 г.). Однако, в связи с плохой коммутацией при скоростях, значительно отличавшихся от синхронной, такие двигатели строились только на малые мощности (до нескольких кВт) и не получили заметного распространения.