1.6. Начало электрификации промышленности в России

Применению электрической энергии в промышленности России способствовало бурное развитие производительных сил во второй половине XIX в. Существовавшая в то время паросиловая энергетика стала тормозить развитие производительных сил. Отдельные механизмы на предприятиях приводились в движение от общего трансмиссионного вала посредством многочисленных ременных и канатных передач. Такие передачи имели большие потери энергии, что ограничивало производительность рабочих машин.

К концу XIX в. были созданы предпосылки для перехода промышленности на новую электроэнергетическую базу, которая позволяла свободно, без присущей паросиловой энергетике жесткой связи источника энергии с потребителем, в удобном месте размещать производственное оборудование. Появилась возможность в любом месте иметь электродвигатель необходимой мощности.

С применением систем электропривода передача энергии по проводам сделала заманчивой идею увеличения расстояния между электродвигателями и источником энергии. Начались интенсивные теоретические исследования в этой области и практические опыты по передаче электрической энергии постоянного тока.

Первая установка с передачей энергии на расстояние была выполнена в 1874 г. Ф. А. Пироцким в Петербурге. Электрическая энергия от локомобиля с генератором мощностью около 4,5 кВт передавалась вначале на 200 м, а затем на 1 км.

В 1877 г. Ф.А. Пироцкий опубликовал в «Инженерном журнале» статью «О передаче работы воды, как двигателя, на всякое расстояние посредством гальванического тока» и первый в мире указал на экономическую целесообразность производства электроэнергии на тепловых и гидростанциях и возможности передачи её на большие расстояния [3]. В 1880 г. Ф.А. Пироцкий предложил также передавать электроэнергию по рельсам для привода в движение трамвая. В этом случае энергия передавалась по двум изолированным друг от друга рельсам.

Первые в Санкт-Петербурге электростанции появились в районе Невского проспекта. Они размещались на баржах рек Мойки и Фонтанки, что упрощало водоснабжение и подвоз топлива, а также не требовалось выделения земельного участка. В 1886 г. в Петербурге было учреждено «Общество электрического освещения», которое построило ещё две электростанции мощностью 200 кВт.

Крупнейшая в России электростанция переменного тока мощность 800 кВт была построена в 1884 г. инженером Н.В. Васильевым на Васильевском острове в Петербурге. В качестве первичных двигателей использовались четыре вертикальных паровых машины мощностью по 250 л.с. каждая. Применение переменного напряжения 2 кВ позволило существенно упростить и удешевить электрическую сеть. При радиусе электроснабжения более 2 км потери напряжения в магистральных проводах составили около 3 % вместо 17 – 20 % в аналогичной питающей сети постоянного тока.

Годом рождения электрификации можно считать 1891 г., когда состоялось генеральное испытание трехфазной системы напряжений на международной электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне. На этой выставке по проекту М.О. Доливо-Добровольского была впервые реализована электрическая линия длиной 170 км с напряжением 15 кВ для передачи полезной мощности водяной турбины около 300 л.с., которая вращала трехфазный синхронный генератор (230 кВА; 95 В; 150 об/мин). Электроэнергия использовалась для освещения и приведения в движение асинхронного двигателя мощностью 73,6 кВт. Эта опытная передача продемонстрировала высокую экономичность системы трехфазного тока, так как её КПД составил 75,2 %.

Благодаря открытиям и изобретениям М.О. Доливо-Добровольского в России в г. Новороссийске на элеваторе уже в 1893 г. была построена первая электростанция трехфазного тока общей мощностью 1200 кВА. На ней работали четыре генератора мощностью по 300 кВт. В то время это была самая мощная электростанция в мире. На элеваторе работали асинхронные электродвигатели мощностью от 3,25 до 15,00 кВт, которые приводили в движение различные машины и механизмы.

Самыми распространенными в промышленности являются механические процессы, поэтому с самого начала зарождения электротехники проявляется стремление электрифицировать эти процессы, т.е. применить электрический привод для различных исполнительных механизмов. Однако только с появлением заводских и районных электростанций, когда удалось существенно снизить стоимость электроэнергии, электродвигатели стали применять для привода вентиляторов, насосов, подъемников и других механизмов.

Положение с электрификацией промышленности коренным образом изменилось в связи с появлением трехфазных сетей электроснабжения и асинхронных электродвигателей. В короткий срок эти двигатели заняли доминирующее положение в системе электропривода промышленных предприятий.

В 1890 г. мощность установленных электродвигателей на промышленных предприятиях России составляла 5 %. В начале ХХ в. в России разрабатываются и начинают применяться системы электрических приводов. В период с 1899 по 1905 гг. А.В. Шубин создает первые электроприводы по системе «генератор–двигатель» и использует их для рулевых устройств кораблей–броненосцев «Князь Суворов», «Слава» и других [3].

Электрификация вытесняла из системы промышленного привода паровую машину. Паровой двигатель из производственных цехов перемещался в машинные залы электростанций, становясь первичным двигателем, вращающим генераторы.

Начало интенсивного развития электротехники и электроэнергетики относится к началу ХХ в., когда потребность в комплексном решении энергетической проблемы соединила электропередачу и электропривод. Широкая электрификация промышленности и быта началась, когда оказалось возможным строить крупные электростанции в местах, богатых первичными энергоресурсами, объединить их работу на общую сеть, снабжать электроэнергией промышленные центры и эффективно преобразовывать электрическую энергию с помощью привода в управляемое механическое движение и применять в различных технологических процессах.