- •История электроэнергетики Учебное пособие
- •Предисловие
- •Введение
- •1. Значение электроэнергетики в техническом прогрессе
- •2. Краткая история электроэнергетики
- •Развитие электроэнергетики России
- •3. Краткий теоретический материал по дисциплине «История электроэнергетики»
- •3.1. Определения, расчетные формулы и размерности некоторых электрических величин
- •Напряжение и потенциал электрического поля
- •Электродвижущая сила
- •Активное сопротивление, индуктивность, емкость
- •Действующее значение переменного тока
- •Активное, реактивное и полное сопротивление в цепях переменного тока
- •Активная, реактивная, полная мощности в однофазных и трехфазных цепях
- •Потери активной мощности в трансформаторах (переменные и постоянные)
- •Магнитная индукция
- •Потокосцепление и магнитный поток
- •3.2. Определение направлений некоторых электрических величин Электрический ток
- •Напряжение и эдс
- •Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле (сила Ампера)
- •Эдс индукции (самоиндукции)
- •3.3. Формулы некоторых электрических величин
- •Эдс индукции (закон Фарадея)
- •Кпд трансформатора
- •3.4. Простейшие конструктивные схемы электрических машин с указанием основных элементов конструкции Однофазный двухобмоточный трансформатор
- •Асинхронный двигатель
- •Синхронный двигатель (генератор)
- •3.5. Механические характеристики двигателей: асинхронного, синхронного и постоянного тока
- •3.6. Условия создания вращающего магнитного поля неподвижными обмотками Уравнения эдс, генерируемых в трехфазном генераторе
- •3.7. Свойство саморегулирования магнитного потока трансформаторов
- •3.8. Условные обозначения
- •3.9. Формулировка некоторых понятий энергосбережения
- •Возобновляемые источники энергии
- •Сертификация энергообъектов
- •Нормирование расхода энергии
- •Условное топливо
- •4. Задания для самостоятельной работы студентов Требования к оформлению рефератов
- •Список рекомендуемой литературы Основная литература для домашних занятий
- •Дополнительная литература
- •Периодическая литература для домашних занятий
- •Контрольные вопросы по дисциплине «История электроэнергетики»
- •Экзаменационные билеты
- •Основные термины и определения, использующиеся в электроэнергетике
- •Условные графические обозначения элементов схем электроснабжения
- •Физические величины и их единицы в си
- •Приставки си для образования десятичных и дольных единиц
- •Основные формулы и соотношения
- •Содержание
Введение
Электроэнергетика имеет большое значение в жизни человечества. Уровень ее развития отражает уровень развития производительных сил и возможности научно-технического прогресса. Развитие электроэнергетики начиналось с плана ГОЭЛРО, который не случайно называется Ленинским планом электрификации России. Идеи В. И. Ленина, заложенные в этот план, материально реализовались и составили электроэнергетику как отрасль народного хозяйства. Идеи В. И. Ленина, развитые далее Г. М. Кржижановским, легли в основу современной электроэнергетической науки, рассматривающей электроэнергетику как большую систему, являющуюся совокупностью развивающихся искусственных систем, взаимодействующих с естественными системами. Отдельные подсистемы большой системы электроэнергетики являются, в свою очередь, также большими системами.
Технический аспект электроэнергетики характеризуется прежде всего огромными мощностями, которые получает человек, используя энергетический потенциал планеты. Так, мощность электростанций, существующих в настоящее время в мире, составляет около 2 млрд. кВт. Общая же мощность всех энергетических установок достигает 10 млрд. кВт. Для обеспечения этих мощностей человек ежегодно берет у природы разного топлива, приведенного к условному, массой не менее 40–50 млрд. т. При этом КПД использования взятых у природы энергетических ресурсов не очень велик – не более 0,2%. Отсюда возникает одна из основных задач электроэнергетики – снижение потерь электроэнергии на всех стадиях ее преобразования (от получения до конечного ее использования). Для этого необходимо и улучшение оборудования, и более разумное использование полученной энергии, что уже выходит из сферы чисто технической и должно рассматриваться в социальном аспекте.
Снижение потерь при передаче, получении и распределении электрической энергии зависит в значительной степени от количества израсходованного металла, в основном алюминия. Допуская большие плотности тока в сечении провода (1,0–1,2 А/мм2), снижают расход алюминия, но увеличивают потери электроэнергии. Изменение мировой конъюнктуры в отношении цен на алюминий таково, что этот металл становится дешевле, поэтому в электроэнергетике капиталистических стран проявляется тенденция к резкому снижению плотностей тока (0,35 А/мм2). Следовательно, стоимость алюминия непосредственно влияет на выбор сечения проводов линий электропередач, т. е. на определение технических характеристик электрической системы. Снижение потерь энергии путем утепления промышленных и жилых зданий, выработки правильных тарифов на электроэнергию, которые бы стимулировали потребление энергии в «провалах» графика нагрузки и приводили бы к уменьшению этого потребления во время максимумов, определяется успешным решением социально-экономических задач.
Созданные человеком энергетические установки, имеющие огромные суммарные мощности, оказывают заметное влияние на естественные процессы, происходящие в биосфере. Это влияние во многих случаях носит негативный характер, который необходимо учитывать при рассмотрении биосферического аспекта электроэнергетики. Еще Ф. Энгельс говорил о том, что если человек подходит к природе как завоеватель, он оставляет после себя пустыню. Эти слова в настоящее время приобретают особый смысл, требуя от человека познания законов природы и организации своей деятельности в соответствии с ними. Здесь, однако, возникает противоречие: с одной стороны, выступает мощная техника, а с другой – капиталистическая система, стремящаяся любой ценой получить прибыль, не склонна согласовывать эту технику с законами природы. Отсюда появляется задача широкого управления энергетикой, такого управления, которое бы осуществлялось не только в техническом аспекте, но и аспекте экологическом, тесно связанном с социально-политическим аспектом. Техника открывает неограниченные возможности для организации управления: использование кибернетических методов, сбор и передача информации, широкое использование ЭВМ, микропроцессорной техники и т.д. Но эти возможности ограничиваются социально-политическими и экономическими условиями существования.
На развитие технических проблем оказывают влияние экологические и психологические факторы. Со времен Г.Р. Герца и А.С. Попова, открывших и применивших электромагнитные волны, было молчаливо принято, что поскольку живой организм непосредственно не ощущает этих излучений, то какое-либо влияние их на организм отсутствует. Но оказалось, что в зависимости от частоты излучений (частоты колебаний) и напряженности поля, создаваемого этими колебаниями (градиента), такое влияние может быть или значительным, или практически незаметным. Так, при градиенте 20 кВ/м пребывание в электромагнитом поле даже в течение нескольких минут вызывает те или иные функциональные расстройства организма. Однако если уменьшить этот градиент до 5 кВ/м, то никаких неприятных явлений и последствий не ощущается. На расстоянии 10–15 м от линии электропередачи ее влияние на организм полностью отсутствует. Усиленные публикации за рубежом о якобы существенном влиянии электропередачи на живые организмы оказываются, следовательно, часто преувеличенными. Такое же положение существует и в отношении атомных станций, которые при разумном их размещении, нормальной эксплуатации, правильном конструировании, применении надлежащей защиты и контроля за возможными излучениями достаточно безопасны. Если проектирование и сооружение энергетических объектов ведется без должного учета их влияния на биосферу, то это может приводить к серьезным последствиям.
В ряде стран, в первую очередь, разумеется, в тех, где широко развит туризм, остро стоит вопрос о том, что изменение ландшафта сооружением линий электропередачи, труб электростанций и т.п., отпугивает туристов. Во Франции, Австрии, Италии электроэнергетиками проводятся специальные работы, определяющие влияние технических сооружений на ландшафт. При этом оказывается, что в ряде случаев именно из-за этого влияния приходится менять технические решения.
Электроэнергетика, впрочем, как и вся промышленность, оказывает следующие отрицательные воздействия на окружающую среду:
1) механическое загрязнение воздуха, воды и земли частицами не переработанного продукта (зола и др.);
2) химическое загрязнение воздуха, воды и земли;
3) радиоактивное загрязнение воздуха, воды и земли;
4) тепловое загрязнение;
5) ионизационное загрязнение;
6) электромагнитное высоко- и низкочастотное загрязнение;
7) шумовое загрязнение;
8) расход воздуха (кислорода);
9) расход земли;
10) расход воды.
Рассмотренные влияния определенным образом отражаются на климате, меняя атмосферу, возможности управления которой пока в достаточной мере не выяснены. Эти виды влияний и их количественные значения различны в разных регионах мира.
Развиваясь в тесной связи с энергетическими дисциплинами, а также многими другими научными дисциплинами, электроэнергетика требует применения математики, физики, автоматики и кибернетики. Большое значение имеет управление электроэнергетикой с ее быстро протекающими процессами и огромными мощностями. Здесь требуется автоматическое управление всей электроэнергетикой в широком смысле, включая ее развитие и функционирование.
Основой электроэнергетической науки следует считать Ленинский план ГОЭЛРО – первый общегосударственный план, определивший значение электрификации для народного хозяйства. Электроэнергетическая наука, понимаемая в ее широком понятии, развивается в следующих основных направлениях:
изучение закономерностей развития и оптимальных пропорций электроэнергетики и электрификации, а также изучение природы и свойств больших развивающихся систем в электроэнергетике. Это направление, имеющее своей целью совершенствование методов прогнозирования, планирования и эксплуатации систем электроэнергетики, тесно связано с социальными процессами, экономикой страны;
совершенствование способов получения, преобразования, передачи, распределения и использования электроэнергии;
повышение КПД всех электроустановок и уменьшение их экологического влияния (неблагоприятного воздействия на природу и живые организмы, т. е. на биосферу);
создание новых методов и средств получения электроэнергии и преобразование различных видов энергии в электрическую;
разработка новых способов передачи электрической энергии и ее использование в стационарных и передвижных установках. Здесь электроэнергетика очень тесно смыкается с физикой.
Каждый из разделов электроэнергетики имеет определенные, в известной мере самостоятельные экономические, практические и научные задачи. Широту этих задач, возникающих перед специалистами, работающими в отдельных отраслях и разделах электроэнергетики, можно характеризовать хотя бы тем, что специалисты-электроэнергетики готовятся сейчас по многим специальностям и специализациям.
Такое дифференцирование энергетических проблем произошло исторически. В настоящее время оно становится не вполне оправданным, вызывая трудности при решении комплексных задач электроэнергетики, требующих от специалистов широкого кругозора в проблемах, которые стоят перед современной и тем более будущей электроэнергетической наукой и техникой.
Роль инженера в современном обществе велика и в перспективе будет еще весомее. В последние десятилетия понятие «инженер» в значительной степени утратило ту творческую, изобретательскую сторону, которая должна быть для него характерна. Ведь само слово «инженер» – французского происхождения – подразумевает человека, способного к созданию нового, к изобретательности. Понятие «техника» также связано с творческим характером труда. Оно происходит от слова «техне», которым в Древней Греции характеризовали ремесленников, особенно прославившихся своим мастерством. В современных условиях революционных преобразований в сфере материального производства и в системе теоретических и прикладных наук функции инженера становятся более ответственными, творческими и понятие «инженер» в силу объективных изменений вновь приобретает прежний творческий смысл. Теперь, когда нетворческую работу в сфере умственного труда выполняют ЭВМ, возможности для творческой научной деятельности инженера расширяются. Инженеры могут и должны непосредственно превращать науку в производительную силу общества, используя ее достижения для повышения производительности труда и качества продукции в сфере материального производства. Поэтому они должны быть специалистами, способными творчески, на высоком научном и техническом уровне решать стоящие перед ними задачи и те проблемы широкого плана, которые затрагивают различные, все расширяющиеся сферы деятельности человека. А это приводит к новому подходу в решении инженерных задач и выработке новой инженерной психологии.