Історична роль iнженерної дiяльностi у створеннi технiки генерацiї i використовування електроенергiї
Змiст
Вступ
1. Створення електричного освiтлення
2. Розвиток генераторiв i електродвигунiв
3. Розв’язання проблеми передачi електроенергiї на вiдстань
4. Технiчний прогрес в теплоенергетицi
6. Пiдвищення економiчностi електростанцiй
7. Електричнi мережi i системи
8. Електрична тяга
9. Вдосконалення електроприводу i упровадження електроенергiї в технологiчнi процеси виробництва
Висновок
Вступ
Тема реферату «Історична роль iнженерної дiяльностi у створеннi технiки генерацiї i використовування електроенергiї» з дисциплiни «Історiя iнженерної дiяльностi».
Мета роботи – розкрити питання якi виникали з самого початку утворення та розвитку технiки генерацiї, освiтити створення електричного освiтлення, розвиток генераторiв та вирiшення проблем передачi електроенергiї на вiдстань та розвиток технiчного прогресу у теплоенергетицi, завдання по пiдвищенню економiчностi електростанцiй тощо.
Характерною особливiстю технiки даного перiоду є пiдвищення ролi електрики. В енергетицi були зробленi найбiльшi винаходи, що забезпечили колосальний технiчний прогрес XX ст. Новий вид енергiї – електрика - i новий тип унiверсального теплового двигуна - парова турбiна – ось найголовнiшi досягнення енергетики, якi революцiонiзували, й надали, вплив на всю технiку цiєї епохи.
ст. (дослiди Фарадея i iн.), дали матерiал для створення електромагнiтної теорiї Максвела, яка i стала основою розвитку електротехнiки в кiнцi XIX - початку XX ст. В цей час починається iнтенсивна розробка теоретичних питань електротехнiки, пов'язаних з практичним вживанням електроенергiї у самих рiзних галузях капiталiстичного виробництва.
i частоти, було неможливо здiйснити упровадження електроенергiї в промислове виробництво. Найiстотнiшим досягненням був винахiд iнженерiв Грама, Гефнер-Альтенека, Фонтена i iн. електромагнiтного генератора з самозбудженням i кiльцевим якорем.
У ходi робiт над удосконаленням електричного освiтлення були зроблено багато важливих вiдкриттiв i винаходiв. Була розроблена схема дроблення "електричного свiтла", був винайдений трансформатор, був вперше застосований перемiнний струм i т. д. Цi новини сприяли практичному вирiшенню питання про централiзоване виробництво електроенергiї i передачу її до вiддалених мiсць споживання.
Проблема передачi електроенергiї на дальнi вiдстанi розроблялася в основному в 80-х роках XIX ст. В ходi численних експериментiв росiйський учений Лачинов i француз Депре, пiдвищивши напруги струму в лiнiї передач, намiтили правильний шлях до вирiшення цiєї проблеми.
У кiнцi XIX ст. проблема передачi електроенергiї на великi вiдстанi в основному була розв'язана. Технiчним засобом, що дозволив вирiшити її, з'явилося вживання перемiнного струму, спочатку однофазного, потiм двофазного i, нарештi, трифазного, передача якого виявилася найвигiднiшою i зручною. Система трифазного струму була запропонована росiйським iнженером М. О. Долiво-Добровольським.
Вирiшення проблеми передач електроенергiї на великi вiдстанi звiльнило промисловiсть вiд мiсцевих енергетичних умов, що її сковували. Електрична енергiя з початку ХХ ст. мiцно увiйшла до промислового виробництва, спочатку у виглядi групового, а потiм iндивiдуального електроприводу, який i здiйснив реконструкцiю всього силового господарства машинної iндустрiї ХХ ст.
1. Створення електричного освiтлення
електричний теплоенергетика електростанцiя
З 70-х рокiв XIX ст. вельми швидко розвивається технiка електричного освiтлення. Пiсля винаходу електромагнiтного телеграфу створення електричного освiтлення було другим кроком по шляху практичного вживання електрики.
для освiтлення. Явище електричної дуги, що свiтиться, дослiджував в 1812 р. англiйський учений Девi, який також виказав думку про можливiсть електричного освiтлення.
Створення джерела свiтла, дiючого за принципом розжарювання провiдника струмом, тобто лампи розжарювання, з'явилося першим кроком по дорозi практичною вживання електрики для потреб освiтлення. Найранiша за часом лампа розжарювання була створена французьким вченим Деларю в 1820 р. Вона була цилiндровою трубкою з двома кiнцевими затисками для пiдведення струму, в нiй розжарювалася платинова спiраль. Проте лампа Деларю не одержала практичного вживання. Але спроби створення ламп розжарювання не припинялися.
Вiд всiх попереднiх ламп розжарювання лампи Лодигiна вiдрiзнялися тим, що в них як тiло напруження застосовувалися тонкi стрижнi з реторного вугiлля, якi були помiщенi в скляну кулю або в цилiндр. На початку Лодигiн не видаляв повiтря з внутрiшнього простору колби, але потiм, в процесi вдосконалення своїх ламп, вiн став викачувати повiтря з них. Протягом 1873-1875 рр. Лодигиним i його помiчниками було створено декiлька конструкцiй ламп розжарювання. Лампи Лодигина були найранiшими за часом освiтлювальними установками, цiлком придатними для освiтлення вулиць, примiщень суспiльного користування, кораблiв i т. п.
Видатний американський технiк-винахiдник Т. Едисон (1847-1931), ознайомившись з пристроєм ламп Лодигiна, також зайнявся їх удосконаленням. Пiсля декiлькох рокiв напруженої роботи в 1879 р. Едiсону вдалося одержати достатньо хорошу конструкцiю лампи розжарювання вакуумного типу з вугiльною ниткою. В 1876 р. росiйський винахiдник П. Н. Яблочков (1847-1896) запропонував так звану "електричну свiчку" – дугове джерело свiтла без регулятора, що застосовувався ранiше. Яблочков пiд час одного з дослiдiв встановив, що дугова лампа може дiяти i без регулятора, якщо вугiлля поставити паралельно, а не на однiй прямiй лiнiї, як це ранiше робилося. На цьому принципi i була заснована "свiчка" Яблочкова, що є двома вугiльними стрижнями, роздiленими прошарком якого-небудь вогнетривкого iзолюючого матерiалу, наприклад каолiну, гiпсу i т. п., що випаровується пiд дiєю електричної дуги. Вугiлля в "свiчцi" Яблочкова приєднувалося до затискiв джерела струму, в результатi мiж ними утворювалася дуга. "Свiчка" Яблочкова горiла всього близько двi години. Але для свого часу вона була найзручнiшим i доступнiшим джерелом свiтла для широкого кола споживачiв.
Одночасно з електричним освiтленням була розв'язана проблема вживання електроенергiї в силовому апаратi промисловостi. В 1869 р. 3. Грам (1826-1901), бельгiєць за походженням, працюючий у Францiї, одержав патент на генератор нового типа, в якому винахiдник успiшно застосував принцип самозбудження разом з вельми вдалим конструктивним рiшенням кiльцевого якоря.
2. Розвиток генераторiв i електродвигунiв
Цей недолiк був усунений за допомогою винаходу нiмецького електротехнiка Гефнер Альтенека (1872 р.), який помiстив обмотку генератора на зовнiшнiй поверхнi залiзного цилiндра, внаслiдок чого було досягнуте максимальне використовування рухомих в магнiтному полi провiдникiв. Винахiд Гефнер-Альтенека є одним з найважливiших етапiв в iсторiї генераторiв. Із створенням електромагнiтного генератора була розв'язана проблема генерацiї, або виробництва електричної енергiї. Це було найбiльшим досягненням електротехнiки.
Протягом 70-80-х рокiв електрична машина постiйного струму придбала всi основнi риси сучасної машини. Подальшi удосконалення були направленi головним чином на пiдвищення якостi i полiпшення використовування динамо машин.
3. Розв’язання проблеми передачi електроенергiї на вiдстань
Пiсля появи могутнiх електромагнiтних генераторiв виникла проблема централiзованого виробництва електроенергiї, яке дозволило б використовувати її для обслуговування могутнiх промислових пiдприємств. В кiнцi XIX ст. електродвигуни починають грати важливу роль у важкiй промисловостi. Електричнi генератори виробляють електрику не тiльки для перетворення її в свiтлову або теплову енергiю, але головним чином для перетворення її в енергiю механiчну.
Використання електродвигунiв дозволяло концентрувати виробництво електричної енергiї на крупних електростанцiях, що вело до значного здешевлення електроенергiї.
З кiнця 80-х рокiв починають створюватися першi електростанцiї, тобто технiчнi споруди, призначенi для виробництва електричної енергiї. Електричнi станцiї з'єднуються з споживачами, якi вони обслуговують, та по яким вiдбувається розподiл i передача електричної енергiї. Перша електростанцiя була створена в США Едiсоном. Щоб забезпечити масове використовування електричного освiтлення, Едiсон реалiзував в 1882 р. думку про створення централiзованої електричної станцiї.
У зв'язку з будiвництвом електричних станцiй проблема передачi електроенергiї на вiдстань придбала велике економiчне значення. Передача електрики на вiдстань вiдкривала можливiсть створення крупних електростанцiй в районах низькосортного палива, рiзко здешевлювала вартiсть електроенергiї, що сприяло бiльш глибокому проникненню електрики в промисловiсть.
Перша електропередача, розрахована на нормальну експлуатацiю, була здiйснена для електричного освiтлення в 1879 р. П. Н. Яблочковим. Проте подальший розвиток передачi електричної енергiї на великi вiдстанi затримувався у зв’язку з вiдсутнiстю теоретичного аналiзу явищ, що вiдбуваються при цьому. І ось росiйський електротехнiк Лачинов (1842-1902гг.) в 1880 р. опублiкував свою працю "Електромеханiчна робота", де дослiдив роботу електричних машин i математично довiв можливiсть шляхом збiльшення напруги передачi будь-яких кiлькостей електроенергiї на значнi вiдстанi без великих втрат. Цi дослiдження мали величезне значення для розв’язування проблеми передачi електроенергiї i для всього подальшого розвитку електротехнiки.
Подiбнi ж теоретичнi висновки були сформульованi французьким фiзиком М. Депре, який пiдтвердив їх також i експерементальним шляхом. В 1881 р. на Першому Мiжнародному конгресi електрикiв в Парижi Депре зробив повiдомлення про передачу i розподiл електроенергiї. Першу дослiдну лiнiю електропередачi завдовжки в 57 км Депре побудував на Мюнхенськiй виставцi в 1882 р. На цiй лiнiї передавався по телеграфному дроту постiйний струм напругою 1500-2000 вольт вiд генератора, що приводився в рух паровою машиною, до електродвигуна, сполученого з насосом. Проте ця електропередача працювала з перебоями i мала ще дуже низький коефiцiєнт корисної дiї (22%).
Великими можливостями в цьому розумiннi був змiнний струм. Найважливiшим етапом розвитку технiки передачi електроенергiї був перехiд вiд постiйного струму до змiнного. Проте вiдомi у той час електродвигуни змiнного струму вiдрiзнялися iстотними недолiками, якi часто робили їх непридатними для експлуатацiї. Перед винахiдниками встала задача знайти можливiсть використовувати змiнний струм i трансформатори змiнного струму для передачi електроенергiї на дальнi вiдстанi i живлення електродвигунiв.
Перший крок в цьому напрямi був зроблений iталiйським фiзиком i електротехнiком Г. Феррарисом (1847-1897) в 1885-1888 рр., що запропонував застосувати систему двох змiнних струмiв, що рiзняться по фазi на 90 ºС, названу згодом "двофазним" струмом. Феррарiс показав, що за допомогою двофазних струмiв можна одержати усерединi залiзного кiльця так зване магнiтне поле, що „обертається”.
в практичному вiдношеннi Тесла рахував двофазну систему. По цiй системi в 1896 р. була побудована перша крупна електрична станцiя двофазного струму - Нiагарська гiдроелектростанцiя в США. Проте i двофазний струм не набув широкого поширення.
Винахiд, який дозволив бiльш рацiонально розв'язати проблему передачi енергiї на дальнi вiдстанi, був зроблений росiйським iнженером М. О. Доливо-Добровольским (1862-1919), який запропонував прийняти для електричної передачi енергiї не двофазний змiнний струм, а трифазний.
Ґрунтуючись на цьому, Долiво-Добровольський i побудував свiй двигун трифазного струму, що одержав надалi в електротехнiцi назва «асинхронного».
Асинхроннi двигуни на вiдмiну вiд синхронних приходять в обертання самостiйно при включеннi струму. Їх швидкiсть в певних межах може бути регульована. Для живлення асинхроннi двигуни вимагають, як було вже сказано, всього трьох дротiв, приєднаних до трьох кiнцiв трьох обмоток статора, другi кiнцi яких з'єднуються певним чином мiж собою. Генератори трифазного струму по конструкцiї нiчим не вiдрiзняються вiд генераторiв звичного однофазного змiнного струму, за винятком того, що обмотка, в якiй iндукується електрорухома сила, розбивається не на двi, а на три групи – фази.
електроенергiї на великi вiдстанi, почалося широке упровадження електрики в промисловiсть.
Рiшення проблеми передачi електроенергiї на вiдстань, створення працездатних електричних двигунiв, успiхи машинобудiвної промисловостi дозволили в кiнцi XIX ст. приступити до переводу мiського транспорту на електротягу. В 1879 р. фiрма "Сименс i Гальське" на промисловiй виставцi в Берлiнi побудувала першу дослiдну електричну залiзницю. Електроенергiя для двигуна подавалася по третiй рейцi, а вiдводилася по їздовiй рейцi. Проте цей трамвай не був придатний в мiських умовах.
була пущена перша трамвайна лiнiя протяжнiстю близько 2,5 км. Вже в 1895 р. в найбiльших мiстах Європи i США конки замiнюються трамваєм.
малоцiнне паливо – малокалорiйнi сорти кам'яного вугiлля, вугiльний пил, торф i т. д. Електрична енергiя в повному розумiннi слова вчинила революцiю в енергетицi i цим самим створила умови для нового колосального технiчного прогресу.
4. Технiчний прогрес в теплоенергетицi
Удосконалення i розвиток парового двигуна в кiнцi XIX ст. вiдбувалося пiд безпосереднiм впливом електротехнiки. 90-е роки XIX ст. характеризуються широким будiвництвом електростанцiй. Розвиток електроенергетики зажадав створення нового швидкохiдного економiчного двигуна.
паровi машини, вони не могли цiлком задовольнити вимоги, що пред'являються до них енергетикою. Бiльшiсть парових машин була малопотужною i могла застосовуватися лише на невеликих електростанцiях. Крупнi електростанцiї обслуговувалися в бiльшостi випадкiв величезними паровими машинами з невеликим числом оборотiв, що споживали колосальну кiлькiсть палива, що вельми здорожувало вартiсть електроенергiї. Таким чином, з перших же крокiв розвитку електротехнiки виникла гостра потреба в спецiальному швидкохiдному могутньому i економiчному двигунi для електростанцiй. Технiчнi передумови для створення нового теплового двигуна в кiнцi XIX ст. були в наявностi. Технiка виробництва спецiальних сплавiв i механiчна обробка металiв досягли високого рiвня. Були вивченi властивостi водяної пари i закони її витiкання. Успiшно розвивалося також вчення про опiр матерiалiв i теорiя пружностi. Винахiд нового теплового двигуна – парової турбiни – з'явилося вiдповiддю на запити машинного виробництва.
З самого початку свого практичного вживання турбiна володiла рядом переваг в порiвняннi з паровою машиною. Вона набагато простiше i зручнiше здiйснювала принцип безперервного обертального руху, нiж поршнева парова машина. Турбiна могла розвивати швидкiсть ходу майже до необмежених розмiрiв, що обчислювалися десятками тисяч оборотiв в хвилину.
Нарештi, потужнiсть будь-якої турбiни набагато перевершувала потужнiсть навiть найбiльшої парової машини.
Ідея використовування кiнетичної енергiї пари для отримання обертального руху знайшла вперше своє втiлення в кулi Герона, що крутиться. Цей прилад був прообразом реактивної парової турбiни. Іншою "машиною", що використовує кiнетичну енергiю пари для свого обертання, було вiдоме "колесо" iталiйського ученого Бранка (XVII ст.). Воно оберталося завдяки тому, що пара з котла витiкала на лопатi горизонтального колеса з осередками. Цей пристрiй був не чим iншим, як примiтивною активною паровою турбiною.
Над створенням парової турбiни винахiдники рiзних країн працювали тривалий час. З 1880 по 1890 р. в Англiї було видано 52 патенти на паровi турбiни, а з 1890 по 1900 р. – 186. Найвдалiшi технiчнi рiшення цiєї проблеми дали швед К. Лаваль i англiєць Ч. Парсонс.
Шведський iнженер Карл Густав де Лаваль (1845-1921) походив iз старовинної французької сiм'ї, що емiгрувала до Швецiї в кiнцi XVI ст. пiд час переслiдування гугенотiв. Ідея парової турбiни виникла у Лаваля при роботi над сепаратором для молока. Оскiльки парова машина не могла забезпечити велику швидкiсть обертання валу сепаратора (6-7 тис. об/мин), Лаваль, для того, щоб не застосовувати в сепараторi складних передач, прямо на осi сепаратора помiстив реактивну турбiну найпростiшого типу. Цей винахiд був запатентований Лавалем в 1883 р.
У 1889 р. Лаваль створює нову, складнiшу одноступiнчату реактивну турбiну. Принцип дiї турбiни Лаваля полягав в наступному: чотири труби, так званi паровi сопла, пiдводили пiд гострим кутом пар до лопаток колеса, укрiпленого на валу. Пара, що поступала в сопла пiд високим тиском з незначною швидкiстю i покидала їх з великою швидкiстю i при низькому тиску, текла по лопатках i виходила з протилежної сторони колеса. Його тиск на увiгнуту сторону лопаток викликав обертання колеса i проводив механiчну роботу. Турбiна Лаваля була найпростiшою активною паровою турбiною, в якiй струмiнь пари з великою швидкiстю прямував на лопатки колеса.
Турбiни Лаваля зiграли велику роль в iсторiї турбобудування. При їх конструюваннi було поставлено i розв’язано багато основних питань турбобудування. Проте, хоча турбiна Лаваля i сприяла подальшому розвитку турбобудування, через недосконалiсть конструкцiї вона не набула великого поширення.
Рiшуче зрушення в справi використовування парових турбiн на електричних станцiях провела турбiна англiйського iнженера Чарльза Парсонса (1854-1931), що створив першу турбiну в 1884-1885 рр. Парова турбiна Парсонса принципово вiдрiзнялася вiд турбiни Лаваля. В нiй була застосована багатоступiнчата конструкцiя реактивного типу.
сторону. Цi так званi реактивнi лопатки i складають особливiсть винаходу Парсонса. Реактивнi лопатки Парсонса були апаратом, в якому вiдбувалося перетворення потенцiйної енергiї пари в кiнетичну енергiю i перетворення останньої в механiчну роботу. Парсонс надав лопаткам форму, при якiй перетин мiж лопаточних каналiв зменшувався по напряму закiнчення пари. Таким чином, лопатки Парсонса утворювали як би насадженi на вал сопла, з яких, розширяючись, закiнчується пара. Механiчна робота при цьому виходила як за рахунок активної, так i за рахунок реактивної дiї парового струменя. В протилежнiсть одноступiнчатiй турбiнi Лаваля, де енергiя тиску пари вся вiдразу в соплi перетворювалася в енергiю руху, турбiна Парсонса була багатоступiнчатою. В цiй турбiнi енергiя тиску, поступово знижуючись iз ступеня на ступiнь, вiд одного вiнця лопаток до iншого, перетворювалася на енергiю руху.
У 1899 р. французький iнженер Огюст Рато створив активну багатоступiнчату турбiну, яка була в порiвняннi з турбiною Парсонса новим кроком в турбобудуваннi. В нiй утiлилися новi технiчнi принципи конструювання турбiн. Турбiна Рато набула велике поширення в Європi, особливо в Швейцарiї, Нiмеччинi i Францiї. Вона виявилася бiльш економiчною, нiж турбiна Парсонса. В Америцi велике поширення набула турбiна Ч. Кертiса, яка також була активною багатоступiнчатою турбiною.
розвинених капiталiстичних країн освоїла виробництво парових турбiн великої потужностi, що володiли великою швидкохiднiстю.
5. Зростання вживання електрики
Характерною особливiстю розвитку технiки пiсля першої свiтової вiйни є швидко зростаюче вживання електрики у всiх галузях технiки. Впродовж XX ст. вироблення електроенергiї постiйно ростло. З 1900 по 1957 р. виробiтка електроенергiї в капiталiстичних країнах виросла майже в 100 разiв. В 1900 р. у всьому свiтi було вироблено 15 млрд. квт-ч електроенергiї, в 1913 р. виробiтка електроенергiї склала вже 35-40 млрд. квт-ч. Перед другою свiтовою вiйною (1938 р.) виробiток електроенергiї досяг 456 млрд. квт-ч. Пiсля другої свiтової вiйни виробництво електроенергiї продовжувало рости. В 1950 р. було вироблено 950 млрд. квт-ч, в 1952 р. - 1017 млрд. квт-ч, в 1954г. – 1346 млрд. квт-ч, а в 1957 р. тiльки в капiталiстичних країнах було вироблено 1470 млрд. квт-ч, причому майже половина її доводилася на частку США.
Зростання вироблення електроенергiї зумовило серйознi у виробництвi i рiшеннi проблеми використовування електрики у всiх областях матерiального життя суспiльства.
електроенергiї на транспортi, в сiльському господарствi, в металургiї i, нарештi, в хiмiчнiй промисловостi. В 1945 р. в США для освiтлення витрачалося 7,74% всiєї виробленої електроенергiї, в силових двигунах -63,24, в електропечах - 13,67, для електролiтичних процесiв -13,13% електроенергiї, iншi витрати склали 2,22%. В 1955г. промисловiсть США зажадала бiльше половини виробленої в країнi електроенергiї.
Величезне зростання вживання електрики в промисловостi було пiдготовлено попитом всiх галузей виробництва на новий, бiльш досконалий сучасний двигун, на нову технологiю в металургiї i хiмiї. Електроенергiя перетворила технологiчнi процеси в хiмiчнiй i металургiйнiй промисловостi i в багатьох iнших галузях виробництва. Електрика в XX ст. стало самим унiверсальним видом енергiї в технiцi.
6. Пiдвищення економiчностi електростанцiй
На початку XX ст. у електробудiвництвi, що все розширялося, у рядi країн з'являються так званi районнi тепловi електростанцiї (РЕС), на яких централiзується вироблення електроенергiї для потреб цiлих районiв з їх свiтловими i виробничими навантаженнями. Поширенi до появи районних електростанцiй мiськi станцiї обслуговували звичайно окремi райони мiста, ту або iншу окрему групу пiдприємств або житловi квартали з побутовим споживанням; деякi станцiї виробляли енергiю для потреб мiського транспорту (трамвай). Поява РЕС означала, перш за все, тенденцiю до пiдвищення економiчностi методiв отримання електроенергiї (тобто роботи електростанцiй), причому цьому у величезному ступенi сприяло введення в практику могутнiх турбогенераторiв.
районних електростанцiй складає декiлька сотень тисяч кiловатiв. Сучаснi могутнi електростанцiї досягають величезних розмiрiв. Пролiт машинного залу головного корпусу станцiї складає 30-50 м, довжина – бiльше 200м, висота 40-50 м.
Великий об'єм капiтального будiвництва робить украй важливим питання про зниження вартостi i прискорення термiнiв будiвництва електростанцiй. Це досягається широким використовуванням збiрного залiзобетону, iндустрiальних методiв будiвництва, ретельною продуманiстю проекту станцiй.
Пiдвищення економiчностi теплових електростанцiй супроводжується зростанням їх потужностi i органiчно пов'язане з пiдвищенням технiчних параметрiв теплосилового устаткування. Якщо в 1900-1910 рр. одинична потужнiсть паротурбинного агрегату крупної електростанцiї складала не бiльше 10-25 тис. кВт, то в 1950 р. вона досягла 100-150 тис. кВт. Шляхом пiдвищення тиску i температури водяної пари, що поступає в турбiни, досягається пiдвищення економiчностi теплових електростанцiй за рахунок зменшення питомої витрати пари в турбiнi (тобто зменшення питомої витрати тепла на кВт-ч).
У даний час на теплових електростанцiях широко поширенi теплосиловi установки з початковими параметрами пари 90 атм, 535 °С. В сучасних паротурбiнних установках ККД вирiс до 25-30% в порiвняннi з 4-5% на перших електростанцiях i 9-11% на початку 20-х рокiв. В паротурбiннiй установцi з тиском пари в 30 атм. загальний ККД складає 23-25%, в установках з тиском в 100 атм. - 30%, а при 170 атм. - до 34-38%.
Разом з тим подальше пiдвищення тиску i температури пари викликає ряд технiчних труднощiв, зокрема падає ефективнiсть роботи в спецiальних паросепарацiйних пристроях котлiв, за допомогою яких в звичних умовах усувається можливiсть вiдкладення солей на робочих органах турбiн. Проте, всi переваги роботи на високих параметрах пари настiйно диктують необхiднiсть подальшого науково-технiчного прогресу в цiй областi (i, перш за все в металургiї сталi).
У пiдвищеннi економiчностi теплових станцiй велику роль зiграв розвиток топочно-котельної технiки: перехiд до могутнiх котлоагрегатiв, новим методам спалювання великої кiлькостi тепла, широкої механiзацiї процесiв подачi i приготування деяких видiв палива. З 30-х рокiв в технологiї спалювання палива починається перехiд до крупних котельних паливень (з водяним екраном) для спалювання твердого палива в пилоподiбному станi.
комбiнованого вироблення електроенергiї i тепла (згодом – ТЕЦ).
На сучасних електростанцiях застосовуються i передвключенi турбiни – з високим початковим тиском пари i високим противотиском, коли вiдпрацьована в них пара поступає в звичнi турбiни, а також турбiни високого тиску з промiжним (вторинним) перегрiвом пари (перегрiву пiддають пару з промiжного ступеня турбiни), чисто реактивнi турбiни, паротурбiннi установки iз застосуванням ртутно-водяного бiнарного циклу i, нарештi, транспортнi турбiни (в основному судновi).
7. Електричнi мережi i системи
системи, яка сама по собi є сукупнiстю електростанцiй i електричних мереж. Слiд зазначити, що гiдроелектростанцiї доцiльно використовувати в системi для зняття "пiкiв" добового графiка завантаження. Об'єднання електричних станцiй здiйснюється районними електромережами, а об'єднання енергосистем в єдину енергетичну систему – єдиною високовольтною мережею. Електромережа зв'язує цi електростанцiї мiж собою i iз споживачами енергiї.
Об'єднання електростанцiй загальною високовольтною мережею в єдину систему має великi технiчнi i економiчнi переваги i грає першорядну роль в розвитку електрифiкацiї всiх країн.
Початок розвитку електромереж був встановлений на початку XX ст. створенням лiнiї розподiльної мережi районних станцiй напругою 6-35 ква. Це пiдготувало грунт для переходу до електропередач бiльш високої напруги, i вже в 1907 р. в США була лiнiя напруги в 110 кв. Перша в Європi лiнiя електропередачi на 110 кв була створена в 1912 р. в Нiмеччинi. В 1922 р. в США була побудована лiнiя електропередачi напругою в 220 кв. До 1927 р. загальна протяжнiсть високовольтних електролiнiй (напругою вiд 13 до 220 кв) склала в США близько 80 тыс. км., проте цi лiнiї вiдрiзнялися крайньою рiзноманiтнiстю вживаного вольтажу. В 1922 р. в Радянському Союзi була вперше створена лiнiя електропередачi напругою 110 кв (лiнiя Шатурська РЕС - Москва). Всi цi електролiнiї працювали на змiнному струмi.
Починаючи з 30-х рокiв досягнутi значнi успiхи в будiвництвi електросистем. В Англiї в 1936-1937 рр. в основному була закiнчена i введена в експлуатацiю єдина високовольтна мережа (так звана Трiд") загальною протяжнiстю близько 8 тис. км. До цiєї мережi були приєднанi електростанцiї потужнiстю приблизно в 9 млн. квт. В 1946 р. Трiд" включала 142 електростанцiї зi встановленою потужнiстю вже в 11,6 млн. квт, а в 1951 р. - 289 станцiй потужнiстю в 14,5 млн. квт. В 1957 р. потужнiсть з'єднаної енергосистеми Англiї перевищила 20 млн. квт.
8. Електрична тяга
З самого початку нашого столiття електроенергiя все бiльш широко використовується на залiзницях, що є найважливiшим видом транспорту XX ст. Протяжнiсть залiзниць за останнi пiвстолiття зросла приблизно удвiчi. Паровоз, що вiрно служив понад 100 рокiв, впродовж нашого столiття все бiльш поступається мiсцем новим, бiльш могутнiм i економiчним локомотивам, зокрема електровозам. Якщо у паровоза ефективний коефiцiєнт корисної дiї практично складає 4-5% i не перевищує 6-8%, а загальний ККД нижче 10%, то ККД електровозiв (при отриманнi електроенергiї вiд теплової електростанцiї) досягає 16-19%, причому коефiцiєнт корисної дiї електровоза значно пiдвищується при використовуваннi енергiї ГЕС.
У результатi зростання вироблення дешевої електроенергiї, що поступає з крупних енергосистем, в XX ст. були створенi необхiднi передумови для широкого упровадження електричної тяги на залiзницях. На електрифiкованих залiзницях джерелом енергiї є звична електростанцiя, а локомотив-електровоз одержує електроенергiю ззовнi за допомогою контактної мережi i струмоприймальникiв.
У 20-х роках починається електрифiкацiя залiзниць в США, Францiї, Італiї, Нiмеччини, а також в СРСР, але в цiлому електрифiкованих залiзниць в цей час було мало (та i зараз частка електрифiкованих залiзниць в загальнiй свiтовiй їх мережi складає приблизно 4%).
З кiнця 900 рокiв в деяких країнах починає встановлюватися своя основна система струму для електротяги, причому особливе значення має система однофазного струму зниженої частоти, постiйного струму i частково трифазного струму. В 1920 р. в США залiзницi були електрифiкованi з вживанням в основному постiйного струму напругою 1500 в (i частково до 3000 в). У Францiї була прийнята система постiйного струму, в Італiї - трифазного струму напругою в 3000-4000 в. В Нiмеччинi, Швецiї, Швейцарiї, Норвегiї в 20-х роках на електрифiкованих залiзницях використовувався також однофазний струм зниженої частоти напругою до 15 кв.
У першi роки пiсля упровадження електричної тяги система постiйного струму, повнiстю себе виправдавши, набула найбiльше поширення. В даний час бiльше 67% електрифiкованих магiстральних залiзниць миру працюють на постiйному струмi. Але зростання вантажообiгу залiзниць, необхiднiсть пiдвищення швидкостi руху потягiв зажадали розробки бiльш ефективної системи тяги, перш за все на основi використовування переваг змiнного струму промислової частоти i пiдвищеної напруги. Вживання змiнного струму значно скорочує витрати на споруду тягових пiдстанцiй завдяки зменшення їх числа i спрощення устаткування, а також зменшує експлуатацiйнi витрати залiзниць i приводить до економiї кольорових металiв за рахунок зменшення перетину дротiв контактної мережi.
Хоча вперше електрифiкацiя залiзничних лiнiй на однофазному струмi промислової частоти була здiйснена в Угорщинi ще в 1934 р., лише останнiми роками намiтився перехiд на надзвичайно прогресивну систему тяги на однофазному струмi промислової частоти напругою в 20000-25000 в. В цьому випадку тяговi двигуни електровоза можуть працювати на постiйному струмi зниженої напруги, причому трансформацiя i перетворення струму проводяться не на пiдстанцiях, а на установках, включених в електричну схему самого електровоза.
Успiхи електровозобудування в значнiй мiрi пов'язанi з прогресом в областi створення електродвигунiв i перетворювачiв струму. В 50-х роках всi починають застосовуватися напiвпровiдниковi силовi випрямлячi. В кiнцi 1955 р. вперше в Англiї був створений перший силовий (германiєвий) випрямляч, розрахований на 1 тис. кВт, i запроектований випрямляч до 18 тис. кВт.
Останнiми роками все бiльше застосовуються могутнi напiвпровiдниковi випрямлячi на основi кремнiю. Цi випрямлячi вiдрiзняються високим ККД (99,6%). Вони дозволяють випрямляти змiнний струм значної потужностi напругою бiльше 500 в. Велика кiлькiсть рiзних кремнiєвих випрямлячiв в даний час випускається, наприклад, фiрмою "Сименс-Шукерт" (ФРН).
9. Вдосконалення електроприводу i упровадження електроенергiї в технологiчнi процеси виробництва
У областi електрифiкацiї робочих машин украй важливим є розвиток електроприводу, упровадження найдосконалiших типiв електроприводiв: перехiд до одиночного (iндивiдуального) i – головне – багаторуховому електроприводу з широко розвиненою системою регулювання i автоматики. У тому випадку, коли кожний робочий орган єдиної машини приводиться в рух окремим електродвигуном, основою розвитку електроприводу є розвиток автоматичного управлiння його роботою. Багаторуховий електропривод, що забезпечує автоматичне виконання виробничих операцiй i узгодження окремих рухiв, тобто автоматизований електропривод, набув величезне поширення, бо за рахунок бiльш точного i плавного регулювання швидкостi пiдвищується продуктивнiсть верстата i полегшується праця робiтникiв.
Саме у зв'язку з розвитком автоматики, як регуляторiв струму, широке поширення набули генератори постiйного струму. Велике значення при цьому мало розповсюдження регульованого електроприводу постiйного струму, живленого вiд окремого генератора (система "генератор-двигун" або вiд iонного перетворювача, наприклад ртутного випрямляча (система "iонний перетворювач - двигун"). Дослiдження в цiй областi почалися в 90-х роках XIX ст. Надалi вони привели до значного спрощення кiнематики виробничих машин i зменшення числа вузлiв тертя мiж електродвигуном i робочим органом.
З широким розвитком систем автоматичного регулювання велике поширення набули так званi електромашиннi регулятори, або пiдсилювачi, – ЕМП, що є одним з найважливiших елементiв систем автоматизованого електроприводу. Все ширше стали застосовуватися електронно-iоннi (ламповi), потiм магнiтнi, а останнiми роками напiвпровiдниковi пiдсилювачi. За допомогою малих потужностей цi пiдсилювачi дозволяють управляти крупними механiзмами. Електромашиннi пiдсилювачi (ЕМП) почали розповсюджуватися в кiнцi 30-х рокiв i в даний час широко використовуються в промисловостi.
Нарештi, треба звернути увагу на швидкий розвиток малих електродвигунiв потужнiстю менше 0,5 л. с. i мiкродвигунiв потужнiстю 0,001-0,0005 л. с. За останнi роки особливо розвинулася область спецiальних малих двигунiв для потреб автоматики, авiацiї, рахунково-вирiшальних пристроїв, а також для побутових електроприладiв (наприклад, електробритв).
i електроiскровий способи обробки металiв i iн.).
Для нагрiву металу в рiдкому середовищi при хiмiчнiй або хiмiко-термiчнiй обробцi (гартi, вiдпустцi i iн.) застосовуються ваннi печi, в яких нагрiвання середовища i пiдтримку заданої температури можна здiйснювати за допомогою електрики (внутрiшнiй обiгрiв ванної печi). Переваги електронагрiву – хороше використовування тепла, можливiсть досягнення щонайвищих температур, зручностi регулювання температури ванни, можливiсть отримання чистого металу. Нагрiв металу за допомогою електрики знайшов широке вживання в технiцi як при механiчнiй (в основному тиск), так i при термiчнiй обробцi. Великий iнтерес представляють електричнi печi (феросплавнi, сталеплавильнi, термiчнi i iн.), якi зараз широко використовуються в металургiї. Мiсткiсть електроплавильних печей досягає 180 т, а потужнiсть - до 34000 кВт в одному агрегатi.
Ідея використовування електричного струму для плавки металу виникла давно – на самому початку XIX ст. Але умови для упровадження електрики в металургiю склалися лише в XX ст., коли будiвництво економiчних теплових електростанцiй i особливо гiдроелектростанцiй сприяло рiзкому зниженню вартостi електроенергiї. З другого боку, в XX ст. рiзко зрiс попит на леговану сталь.
Вперше електрична енергiя починає застосовуватися в печах як джерело тепла у Францiї в 90-х роках XIX ст. В 1898-1899 рр. винахiдники Э. Стассно в Італiї i П. Еру у Францiї створили цiлком працездатнi дуговi печi для плавки сталi, а також для рудовiдновлювальної плавки, якi одержали потiм широке практичне вживання.
Особливий iнтерес заслуговують iндукцiйнi електропечi, в яких тепло видiляється в матерiалi, що нагрiвається, в результатi збудження в ньому вихрових струмiв (якщо матерiал – електричний провiдник) або за рахунок дiелектричних втрат (якщо матерiал – дiелектрик).
вдалося не тiльки використовувати в технiцi для певної мети, але при цьому i значно усилити. В результатi був одержаний новий метод технологiчного нагрiву, значною мiрою обумовлений розвитком технiки високих частот – в основному радiотехнiки.
одержав iндукцiйний нагрiв рiзних неметалiчних виробiв i матерiалiв (наприклад, сушка деревини i керамiки струмами високої частоти).
За роки пiсля другої свiтової вiйни в промисловiй електротермiї з'явився новий напрям, пов'язаний зi все бiльш широким вживанням нагрiву дiелектрикiв (а також напiвпровiдникiв) в електричному полi – дiелектричний нагрiв. В цьому випадку матерiал, що нагрiвається, знаходиться в електричному полi конденсатора, до якого пiдведена напруга високої частоти; струми в матерiалi викликають видiлення в ньому тепла i його нагрiв. Такий нагрiв використовується при швидкiснiй сушцi деревини, паперу, пряжи, зерна, для склеювання деревини, зварювання i пресування пластмас, вулканiзацiї каучуку i т. д.
Нарештi, в областi вживання струмiв високої частоти слiд зазначити перспективи переходу транспорту на систему безконтактного наземного високочастотного електротранспорту.
Одним з найважливiших вживань електрики в XX ст. є електрозварювання. В 1927 р. Д. Дульчевским був розроблений спосiб дугового електрозварювання мiдi пiд шаром порошкоподiбного пальної речовини (флюсу), що лягло в основу розробленого пiзнiше в СРСР способу автоматичної зварки. В 1932 р. К. К. Хреновым був розроблений спосiб пiдводної зварки електродугою i рiзання металiв. Перед другою свiтовою вiйною в результатi робiт академiка Е. О. Патона була освоєна i упроваджена в промисловiсть автоматична швидкiсна зварка пiд шаром флюсу, що нинi одержала широке вживання в промисловостi.
Висновок
За останнi 40-50 рокiв електроенергетична технiка зазнала великi якiснi i кiлькiснi змiни. Невимiрно збiльшилися потужностi електростанцiй. Найважливiше значення придбали найбiльшi ГЕС. Широкий розвиток одержали електричнi мережi i енергетичнi системи. В десятки разiв збiльшилися одиничнi потужностi турбогенераторiв теплових електростанцiй. Одержали повний розвиток установки теплофiкацiй. Автоматика проникла як в область виробництва електроенергiї (наприклад, централiзоване управлiння гiдростанцiями), так i в область її використовування (удосконалення електроприводу). Швидко росте вживання електрики безпосередньо в технологiчних процесах виробництва. Наприклад, створенi першi могутнi атомнi електростанцiї. Разом з тим електрична енергiя стала широко використовуватися i в побутi.
1. Аптекарь М. Д., Рамазанов С. К., Фрезер Г. Е. История инженерной деятельности. – Киев: изд-во «Аристей», 2003.
| 
