Глава 1. Электрическое хозяйство потребителей

1.1. Электрика в системе электрических наук и практической деятельности

Электричество — обширнейшая область теоретического знания и практи­ческого применения (свойства, проявление, получение, преобразование, пе­редача и распределение, и, наконец, использование как материала и энергии во всех видах). Хотя слово упоминается в античные времена, лишь в XIX ве­ке была сформулирована (1800-1830 гг.) электрическая наука и создана к 1880-м годам электрическая техника. Первая превратилась в теоретические основы электротехники — ТОЭ, вторая — в электротехнику, как отрасль про­мышленности и сферу деятельности, в частности, в направление высшего об­разования.

Электротехническая промышленность всегда рассматривалась как основ­ная техническая база электрификации. При этом речь шла об изготовлении изделий, которые затем вместе с другими образуют электрическое хозяйство потребителей — электрику сегодняшнего техногенного общества. Электриче­ское хозяйство можно рассматривать поэлементно, например устройство и работу отдельного электродвигателя, затем выделять электрические цепи и си­стемы, опираясь на жесткие классические законы ТОЭ, можно также рассма­тривать как некоторое сообщество (ценоз — cenosis, coenose изделий — особей (единиц, штук), каждое из которых в определенном смысле можно считать неделимым (элементарным) и которые стали частью электрического хозяйст­ва не в одно время, поступили не от одного изготовителя, большей частью не по каким-то (пусть и классическим) формулам, но по субъективным привя­занностям, объективным обстоятельствам, а то и случайно.

Так мы приходим к задачам электрики: из сконструированных и уже изго­товленных электротехникой изделий представить некоторый образ — будущий объект, чтобы документально 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 ограничения, предусматривать утилизацию продуктов жизнедеятельности электрического хозяйства и его ликвидацию (в целом или части).

Электротехника начиналась с изготовления и экспериментов. Изобретение А. Вольтом гальванического элемента (1799 г.) и исследования (1800 г.) нака­ливания проводников током позволили предсказать появление электроосве­щения и электротермии, изучать электролиз, гальваностегию и гальваноплас-

16 Глава 1. Электрическое хозяйство потребителей

тику, открыть электрическую дугу (В. В. Петров, 1802 г.) и начать ее примене­ние для освещения, сварки, пайки. Введение А. Ампером (1820 г.) понятия о направлении тока, наряду с исследованиями Ж. Био и Ф. Савара (1820 г.) по взаимодействию тока и магнитного поля, формулировка закона Ома (1827 г.) и законов Кирхгофа (1845 г.), работы М. Фарадея по вращению проводника с током (1821 г.) и электромагнитной индукции (1831 г.), исследование Э. X. Ленцем обратимости электрических машин (1833 г.) привели к прообра­зу генератора (Фарадей, 1831 г.), изготовлению И. Пикси (по заказу А. Ампе­ра) электромагнитного генератора (1832 г.) постоянного и переменного тока, Б. С. Якоби — электродвигателя с непосредственным вращением якоря (1834 г.), Дж. Вулричем — генераторов для питания гальванической ванны (1842 г.). Самовозбуждение машин, открытое В.Сименсом (1866 г.) наряду с Г. Уайлдом (1863 г.), открытие явления вращающегося магнитного поля, со­здание системы двухфазного тока (Г. Феррарис, 1885 г.) и ее развитие (Н. Тес­ла, 1886 г.), изобретение П.Н.Яблочковым (1876 г.) и И. Ф. Усагиным (1882 г.) трансформатора, М. О. Доливо-Добровольским асинхронного двига­теля с «беличьей клеткой» (1882 г.) и трехфазного трансформатора с парал­лельными стержнями (1891 г.), изолирование провода шелком (Дж. Генри, 1827 г.), применение бесшовной резиновой изоляции проводов и кабелей (В.Сименс, 1847 г.) и кабеля со свинцовой оболочкой (Ф.Борель, 1879 г.) оп­ределили практическую очевидность электрических исследований.

Таким образом, открытия в физике и поиски технических решений пре­вратили уже к концу XIX века электротехнику во вполне значимую науку и технику. Завершенность основ электротехники отразилась в установлении на­именования электрических единиц (CGS — 1881 г., SI — 1960 г.), характе­ристик переменного тока (1889 г.), системы символов и обозначений (1893 г.), наконец, в образовании (1904 г.) Международной электротехнической комис­сии — МЭК (электротехнический отдел Русского технического общества был организован в 1880 г. Тогда же начал выходить журнал «Электричество»).

Электротехническая продукция (изделия), определяемая специфической техникой, технологией, материалами и порождающая немалое экологическое воздействие, составляет материальную основу электрического хозяйства (эле­ктрики). Но оно не может функционировать и развиваться без различных ви­дов обеспечения, прежде всего — без обеспечения электрической энергией. В нашей стране развитие электроэнергетики осуществлялось в соответствии с основными направлениями плана ГОЭЛРО: строительство электростанций по единому государственному плану, опережающее развитие тяжелой промыш­ленности, электрификация при концентрации мощностей и централизации электроснабжения, создание на предприятии единого энергохозяйства.

Именно развитие электротехники и ее экспансия во все отрасли техники, а затем и быта, привели к развитию электроэнергетики, которая сформирова­лась в 1870—1930 гг. (до этого считалось технико-экономически бесперспек­тивным создание и электродвигателя, и электрического генератора). В 1924 г. был образован МИРЭК, который начал решать проблемы «большой энерге-

/. /. Электрика в системе электрических наук

17

тики». Можно выделить некоторые этапы ее становления. 3. Т. Грамм (1873 г.) изготовил локомобильно-электрогенераторную установку для элект­роснабжения предприятия. Г. Уайлд исследовал синхронизацию двух генера­торов переменного тока (1868 г.). Первая заводская электростанция в России была построена на Сормовском машиностроительном заводе в 1876 г. В Пе­тербурге на Мойке в 1883 г. была включена первая в России электростанция общего пользования. Ф. А. Пироцкий исследовал передачу, а Д. А. Лачинов теоретически обосновал возможность передачи большого количества электри­чества на значительное расстояние. На Первом Всемирном конгрессе элект­риков (1881 г.) с докладом «О передаче и распределении электрических токов» выступил М. Депре, который позднее (1882 г.) построил первую линию пере­дачи постоянного тока высокого напряжения (2,4 кВ, 57 км). М. О. Доливо-Добровольский соорудил (1891 г.) трехфазную ЛЭП с междуфазным напряже­нием 13 760-15 200 В для передачи 200 кВт (генератор 210 кВА, 86-95 В, повышающий трансформатор 150 кВА) на 175 км. Дж. Лейн-Фокс (1880 г.) изобрел первые счетчики электроэнергии. В Англии были введены первые правила устройства электроустановок (1882 г.). Г. Феррарис (1884 г.) ввел по­нятие коэффициента мощности, Э. Томсон в 1886 г. применил защитное за­земление, А. Э. Кеннеди в 1889 г. получил зависимость между сечением про­водника и длительно допустимым током нагрузки. Р. Кромптон впервые применил (1891 г.) понятие коэффициента спроса при определении электри­ческих нагрузок. П. Бушеро установил (1898 г.) конденсаторы для компенса­ции реактивной мощности. В. Петерсен предложил (1917 г.) систему компен­сации емкостных токов замыкания на землю. Область устойчивости параллельной работы энергосистем в 20-х годах основополагающими теоре­тическими работами определил А. А. Горев. В. М. Монтсингер (1930 г.) сфор­мулировал основные закономерности между температурой обмотки, нагруз­кой и сроком службы силовых трансформаторов. И. А. Сыромятников внедрил (1937 г.) самозапуск электродвигателей при кратковременном пере­рыве питания.

Развитие электроэнергетики в стране осуществлялось последние 80 лет на основе принципов плана ГОЭЛРО (собственно план, рассчитанный до 1935 г., был выполнен к середине 1931 г., за который было произведено 10 687 ГВтч — 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 реальной жизни большей части террито­рии России, то к началу XXI века электрификация не осуществлена. Это ка­сается не только северных и арктических регионов, занимающих 2/3 террито­рии страны (где проживает «лишь» 9 млн человек), но и Центральной части России, Северо-Запада, Урала и Поволжья, не говоря уже о Сибири и Даль­нем Востоке. В глубинке напряжение днем может зашкалить за 250 В, а вече­ром упасть до 190 В и ниже, село без света в Тульской губернии в 2001 г. с 11 апреля по 20 июля — рядовое явление. Речь идет о трансформации и рас-