Электротехника

С именами учёных России связан ряд крупных достижений в области электротехники в 19 в.: открытие явления электрической дуги и её практическое использование (В. В. Петров, 1802), работы по теории электролитической диссоциации (К. Гротгус, 1805), изобретение электромагнитного телеграфа (П. Л. Шиллинг, 1832), электродвигателя (Б. С. Якоби, 1834), гальванопластики (Якоби, 1838), установление закона теплового действия тока (Э. Х. Ленц, 1842), установление закона о направлении индуктированного тока, создание основ теории электрических машин, баллистического метода измерения магнитных потоков (Ленц, Якоби) и др. Эти открытия и исследования подготовили почву для последующих изобретений русских электротехников. К важнейшим из них относятся: изобретение в 70-х гг. первой практически пригодной дуговой лампы (П. Н. Яблочков), лампы накаливания (А. Н. Лодыгин), дифференциальной дуговой лампы (В. Н. Чиколев), создание способов дуговой электросварки (Н. Н. Бенардос и Н. Г. Славянов, 1885—90) и др. Для развития электротехники важное значение имели труды А. Г. Столетова, впервые определившего зависимость магнитной восприимчивости мягкого железа от намагничивающего поля (1872).

  В дореволюционной России происходило становление электротехники как самостоятельные научно-технические отрасли и осуществлялось постепенное расширение применения электрической энергии в промышленности и на транспорте. С конца 19 в. начался переход от механических систем передачи и распределения энергии к электроприводу. Вместо центральных трансмиссионных передач, характерных для парового и гидравлического привода, начал внедряться групповой и одиночный электропривод, что обусловило коренные преобразования в промышленном производстве.

  К концу 19 в. относится зарождение других важных областей применения электрической энергии — электротермии и электрохимии. Однако эти направления не получили в России значит. развития. Применение электроэнергии для технологических нужд значительно уступало по объёму её использованию в электроприводе. Электротермическое оборудование в стране не выпускалось; несмотря на это, изобретатели внесли ряд предложений по устройству электрических печей и улучшению технологии электротермических процессов (С. С. Штейнберг, Славянов, Г. Е. Евреинов, С. И. Тельной, В. П. Вологдин и др.).

  Русские электротехники выполнили основополагающие работы по важнейшей проблеме энергетики — передаче электроэнергии на значительные расстояния по линиям высокого напряжения. Так, в 1880 Д. А. Лачинов, анализируя работу электродвигателя и генератора, впервые установил связь между экономичностью электропередачи и повышением напряжения тока в линии. Вопросы электропередачи стали особенно актуальными при строительстве крупных районных электростанций, использующих местные источники топлива. Важную роль в развитии техники высоких напряжений сыграли работы М. А. Шателена, которым в 1911 была организована первая в России лаборатория высоких напряжений при Петербургском политехническом институте, где проводились исследования и опытные работы по созданию линий электропередачи (ЛЭП) напряжением более 100 кв. Важное место среди достижений русских электротехников занимают труды М. О. Доливо-Добровольского, разработавшего основные элементы трёхфазных цепей переменного тока (1888—91). Важная роль в разработке теоретических основ электротехники принадлежит К. А. Кругу.

  Октябрьская революция 1917 открыла огромные возможности для развития электротехники. Для успешного хозяйственного строительства Советской республики потребовалось решить множество научных задач, связанных с электроэнергетикой и электротехникой. Вопросы строительства электрических станций и их эксплуатации стояли в центре внимания советских энергетиков (Р. Э. Классон, Г. О. Графтио, И. Г. Александров, Г. М. Кржижановский, А. В. Винтер и др.). Успешно решались задачи автоматизации электрических станций, подстанций и сетей. Изучение техники высоких напряжений проводилось на базе высоковольтной лаборатории Петроградского политехнического института. Здесь в начале 20-х гг. А. А. Горевым, А. М. Залесским, А. А. Смуровым и др. был решен ряд узловых проблем, связанных с сооружением по плану ГОЭЛРО первых ЛЭП высокого напряжения, в частности с производством изоляторов для этих линий. В последующие годы эта лаборатория выросла в крупный научно-исследовательский и учебный центр, в котором были проведены фундаментальные исследования в области электротехники. Разработанные здесь высоковольтные конденсаторы позволили создать мощные испытательные установки на высокое напряжение, в том числе т. н. колебательный контур Горева. В 1920—30-х гг. исследования по технике высоких напряжений развернулись во многих научных центрах страны. Такие работы были начаты Б. И. Угримовым в Москве, В. М. Хрущевым в Харькове. В МЭИ и ВЭИ исследования в области высоких напряжений (испытание и конструирование изоляторов, разрядников, защита энергосистем от перенапряжений и т. п.) возглавил Л. И. Сиротинский. В Ленинградском электротехническом институте (ЛЭГИ) эта область электротехники развивалась под руководством А. А. Смурова, предложившего теорию ионизационного пробоя диэлектриков. Всесторонние исследования электрической прочности и других свойств диэлектриков, а также работы по теории пробоя были выполнены в 30-х гг. в Физико-техническом институте АН СССР (ФТИ АН СССР), в Электрофизическом институте (А. А. Чернышев и др.) и в Физическом институте АН СССР. Теоретическое решение задачи о тепловом пробое твёрдого диэлектрика, проведённое В. А. Фоком, внесло ясность в представление о физическом процессе пробоя и позволило найти подход к выбору диэлектриков. Физические свойства материалов с высокой диэлектрической проницаемостью и низкими диэлектрическими потерями исследованы Б. М. Вулом, Г. И. Сканави,

Н. П. Богородицким и др. К. А. Андриановым выполнены работы по созданию широкого класса электроизоляционных материалов на основе кремнийорганических полимеров.

  Многочисленные труды советских исследователей посвящены проблемам рационального построения и надёжности эксплуатации электрических систем и сетей, вопросам передачи электроэнергии на большие расстояния. Теоретические основы анализа переходных процессов в электрических системах и в ЛЭП сформулированы в трудах Горева. Результаты теоретических исследований статической и динамической устойчивости сложных электрических систем обобщены в монографии С. А. Лебедева, П. С. Жданова (1933), теория и методы расчёта токов короткого замыкания, а также теория переходных процессов рассмотрены Н. Н. Щедриным, С. А. Ульяновым и др. Первые обобщающие теоретические исследования в области релейной защиты проведены В. И. Ивановым, теория релейной защиты и автоматики электрических систем разработана А. М. Федосеевым и

И. И. Соловьевым, теория режимов сложных электрических систем — И. М. Марковичем. Для анализа расчёта стационарных и аварийных режимов работы крупных систем методами моделирования были созданы различные статические расчётные столы-модели (С. А. Лебедев, И. С. Брук, Жданов, Д. И. Азарьев, Федосеев) и электродинамические модели (М. П. Костенко, В. А. Веников и др.). Даны оригинальные решения многих вопросов теории проектирования, строительства и эксплуатации электрических сетей и ЛЭП (Горев, А. А. Глазунов, Хрущев, М. Д. Каменский и др.).

  Работы советских учёных позволили решить многие важные задачи повышения мощности и дальности ЛЭП, а также повышения устойчивости электрических систем, объединяющих электростанции различных типов. Они обеспечили, например, возможность построения ЛЭП Куйбышев — Москва (мощность более 1 Гвт, протяжённость 900 км, переменное напряжение 400 кв). В 1967 начаты исследования на опытной ЛЭП переменного тока на 750 кв (Конаковская ГРЭС — Москва, протяжённостью 90 км), в 1976 введены в эксплуатацию ЛЭП на 750 кв Ленинград — Москва и Донбасс — Мукачево. Разрабатывается (1977) проект сооружения ЛЭП напряжением 1150 кв. Изучение вопросов передачи электроэнергии постоянным током высокого напряжения проводилось в ЭНИН, ВЭИ, НИИ постоянного тока (НИИПТ), где разрабатывалась теория и испытывались различные схемы выпрямления и инвертирования, создавались электронно-ионные преобразовательные устройства. На основе разработок ФТИ АН СССР были созданы полупроводниковые (тиристорные) преобразователи тока, установленные на уникальной ЛЭП постоянного тока Волжская ГЭС им. 22-го съезда КПСС — Донбасс мощностью 750 Мвт, напряжением 800 кв, протяжённостью 470 км (пущена в 1962). Ведутся опытные работы с использованием рабочего напряжения 1500 кв. По развитию техники передачи электрической энергии СССР занимает передовые позиции среди промышленно развитых стран.

  Видное место в исследованиях сложных электроэнергетических систем, а также в вопросах передачи электроэнергии постоянным и переменным током принадлежит работам Л. Р. Неймана.

  В СССР (во многих случаях впервые) внедрялись методы и средства, позволившие существенно повысить пропускную способность протяжённых ЛЭП и обеспечить устойчивость работы объединённых электроэнергетических систем. К важнейшим мероприятиям относятся: деление всей трассы ЛЭП на участки с подпорными синхронными компенсаторами и переключательными пунктами, применение т. н. расщепленных проводов в каждой фазе, применение компенсационных устройств, изготовление генераторов и трансформаторов со сниженным индуктивным сопротивлением, использование автоматического регулирования с форсировкой возбуждения генераторов, применение быстродействующей релейной защиты и отключающей аппаратуры. Большие трудности были преодолены при решении проблемы защиты ЛЭП на 400—500 кв от перенапряжений и снижения потерь энергии на электрическую корону (В. И. Попков). С этой целью использована идея В. Ф. Миткевича об увеличении «электрического» диаметра проводов путём их расщепления.

  В тесной связи с решением проблем строительства электрических систем, передачи электроэнергии на большие расстояния и защиты от перенапряжений шла разработка вопросов высоковольтного аппаратостроения; изучение физических процессов и методов разрыва и гашения дуги, термических и электродинамических явлений в аппаратах; изыскание дугогасящих материалов; конструирование (и испытания) масляных, воздушных и других выключателей, а также разъединителей, трансформаторов тока, реакторов, разрядников и других аппаратов для установок высокого напряжения (А. Я. Буйлов, Г. В. Буткевич, Горев, Л. И. Иванов и др.). Эти исследования позволили электропромышленности СССР освоить выпуск всех видов высоковольтных коммутационных аппаратов. Так, ещё в 1959 в ВЭИ был разработан выключатель на напряжение 400 кв с гашением дуги сжатым воздухом при мощности отключения 10 Гва. Такие выключатели были установлены на ЛЭП Куйбышев — Москва. Созданные высоковольтные выключатели обеспечивают возможность вести строительство районных электрических систем и распределит. сетей на напряжения от 3 до 750 кв с мощностью отключения от 50 до 40 000 Мва. Изучается возможность создания отключающих аппаратов с бездуговой коммутацией при помощи управляемых полупроводниковых вентилей.

  Задачи научных исследований по вопросам электрических машин и трансформаторов выдвигались потребностями электромашиностроения, которое по ряду важных направлений заняло ведущее положение в мировой технике (гидрогенераторы большой мощности, специальные типы электрических машин, трансформаторов и т. д.). В ходе научных исследований были проведены фундаментальные работы по общим вопросам теории, методам испытания, расчёта и конструирования электрических машин и трансформаторов, по проблемам коммутации коллекторных машин, переходных процессов в машинах переменного и постоянного тока, устойчивости параллельной работы синхронных машин и др. (Р. А. Лютер, А. Е. Алексеев, В. С. Кулебакин, Г. Н. Петров, В. А. Толвинский, В. Т. Касьянов, А. Н. Ларионов, И. С. Брук, П. П. Копняев, Ф. И. Холуянов, А. Г. Иосифян, Л. М. Пиотровский и др.). К. И. Шенфер внёс крупный вклад в теорию электрических машин (труды по коллекторным двигателям переменного тока, машинам постоянного тока, асинхронным машинам и др.). Достижения теории электрических машин развиты в капитальных работах Костенко и других авторов. В работах В. К. Попова и С. А. Ринкевича были заложены основы теории электропривода.

  На основе проведённых исследований были созданы высокоэффективные электротехнические устройства. Так, была разработана серия синхронных двигателей мощностью до 10 Мвт с относительно малым расходом обмоточной меди, электротехнической стали и изоляционных материалов. Эти машины находятся на уровне наивысших мировых достижений. Были также построены уникальные синхронные компенсаторы мощностью 75 Мва для ЛЭП Куйбышев — Москва и электропривод главного вала атомного ледокола «Ленин» с крупнейшим в мире двухъякорным электродвигателем постоянного тока мощностью 14 400 квт (19 600 л. с.) на 1300 в. Современные электромашины выпускаются мощностью от долей вт (микромашины) до сотен Мвт (турбогенераторы 500, 800, 1200 Мвт). Развилось производство специализированных электромашин.

  Успехи электромашиностроения позволили внедрить в промышленность и в другие отрасли народного хозяйства автоматизированный электропривод, дальнейшее развитие которого связано с достижениями в создании силовых полупроводниковых приборов, в частности тиристорных преобразователей постоянного и переменного тока. Начиная с 60-х гг. электрификация всех отраслей промышленности проводится с применением регулируемого электропривода — основы комплексной автоматизации рабочих механизмов и технологических процессов.

  На основе достижений электротехники планомерно развивается электрификация железнодорожного транспорта. В конце 50-х гг. СССР занял 1-е место в мире по общей протяжённости электрифицированных железных дорог. В середине 70-х гг. протяжённость дорог, электрифицированных на переменном токе, превысила протяжённость аналогичных дорог во всех зарубежных странах вместе взятых. Созданы современные электровозы и электропоезда, в том числе самый мощный в мире серийный электровоз (8640 л. с.) переменного тока с полупроводниковыми преобразователями. Освоено производство электровозов, работающих как на постоянном, так и на переменном токе.

  Быстро развивается электротехнология. В электрометаллургии работают дуговые печи ёмкостью 100 и 200 т. Применяются высокочастотные индукционные электропечи, а также электропечи с кипящим жидкометаллическим теплоносителем; ведутся исследования плазменных электротермических установок. В машиностроении получили распространение методы индукционного и контактного нагрева при обработке давлением и термическая обработка деталей. Большой прогресс достигнут в разработке новых способов электросварки. Успешно используются ультразвуковые и лучевые методы обработки металлов. Расширяется применение плазменной струи для резки магния, алюминия, тугоплавких металлов и т. п., а также сварки электронным лучом и лучом лазера.

  Достижения электротехники используются во всех сферах человеческой деятельности: в промышленности, науке, медицине, быту и т. д. Прогресс науки и техники открывает перед электротехникой новые возможности; например, успехи физики низких температур позволили в 60—70-х гг. создать электротехнические устройства с гиперпроводниками и сверхпроводниками, в том числе электрические машины и электромагниты со сверхпроводящими обмотками. Применение средств вычислит. техники оказало значительное влияние на методы теоретической электротехники; в частности, с помощью ЭВМ синтезированы сложные электромагнитные поля с заданными свойствами. Космические исследования, а также изучение и освоение труднодоступных и удалённых районов страны стимулировали работы по созданию малогабаритных и надёжных автономных источников электроэнергии, нашедших применение на космических летательных аппаратах, автоматических метеорологических станциях и др.

  Советская электротехническая школа занимает видное место в мировой электротехнике. Во многих городах (Киеве, Львове, Новосибирске, Саранске и др.) выросли новые научные центры, сложились многочисленные коллективы специалистов. Основные научные исследования по вопросам электротехники проводятся во Всесоюзном электротехническом институте им. В. И. Ленина (ВЭИ, Москва), Государственном научно-исследовательском энергетическом институте им. Г. М. Кржижановского (ЭНИН), Всесоюзном НИИ электромашиностроения (Ленинград), Московском энергетическом институте (МЭИ), Ленинградском электротехническом институте (ЛЭТИ), Всесоюзном НИИ электромеханики (ВНИИЭМ, Москва), Всесоюзном НИИ электропривода (ВНИИ Электропривод, Москва), Всесоюзном НИИ источников тока (ВНИИТ, Москва), НИИ постоянного тока (НИИПТ, Ленинград), на заводах «Электросила», «Динамо» и мн. др.

  По многим вопросам электротехники советские учёные ведут совместные работы с научными организациями стран — членов СЭВ; принимают активное участие в деятельности международных научных организаций — Международной электротехнической комиссии (МЭК), Мирового энергетического конгресса (МИРЭК) и др.

  Периодические издания: «Электротехника» (с 1930), «Электротехническая промышленность» (с 1947), «Электричество» (с 1880), «Промышленная энергетика» (с 1944), «Электрические станции» (с 1930), «Известия АН СССР. Энергетика и транспорт» (с 1963), «Известия высших учебных заведений. Электромеханика» (с 1958) и др.

  См. также Электротехника, Электроэнергетика.

 

Технические науки
Авиационная наука и техника
Ракетостроение и космонавтика
Энергетическая наука и техника
Электротехника
Электроника, радиотехника и электросвязь
Техническая кибернетика.
Вычислительная техника
Машиноведение и технология производства машин
Металлургическая наука, техника и технология
Строительная наука и техника