Электротехника

С именами учёных России связан ряд крупных достижений в области электротехники в 19 в.: открытие явления электрич. дуги и её практич. использование (В. В. Петров, 1802), работы по теории электролитич. 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. X. Ленц, 1842), установление закона о направлении индуктированного тока, создание основ теории электрических машин, баллистич. метода измерения магнитных потоков (Ленц, Якоби) и др. Эти открытия и исследования подготовили почву для последующих изобретений рус. 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 дореволюц. России происходило становление электротехники как самостоят, научно-технич. отрасли и осуществлялось постепенное расширение применения электрич. энергии в пром-сти и на транспорте. С кон. 19 в. начался переход от механич. систем передачи и распределения энергии к электроприводу. Вместо центральных трансмиссионных передач, характерных для парового и гидравлич. привода, начал внедряться групповой и одиночный электропривод, что обусловило коренные преобразования в пром. произ-ве.

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

Рус. электротехники выполнили основополагающие работы по важнейшей проблеме энергетики - передаче электроэнергии на значит, 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, к-рым в 1911 была организована первая в России лаборатория высоких напряжений при Петерб. политехнич. ин-те, где проводились исследования и опытные работы по созданию линий электропередачи (ЛЭП) напряжением более 100 кв. Важное место среди достижений рус. электротехников занимают труды М. О. Доливо-Добровольского, разработавшего осн. элементы трёхфазных цепей переменного тока (1888-91). Важная роль в разработке теоретич. основ электротехники принадлежит К. А. Кругу.

Окт. революция 1917 открыла огромные возможности для развития электротехники. Для успешного хоз. строительства Сов. республики потребовалось решить множество науч. задач, связанных с электроэнергетикой и электротехникой. Вопросы стр-ва электрич. станций и их эксплуатации стояли в центре внимания сов. энергетиков (Р. Э. Классон, Г. О. Графтио, И. Г. Александров, Г. М. Кржижановский, А. В. Винтер и др.). Успешно решались задачи автоматизации электрич. станций, подстанций и сетей. Изучение техники высоких напряжений проводилось на базе высоковольтной лаборатории Петрогр. политехнич. ин-та. Здесь в нач. 20-х гг. А. А. Горевым, А. М. Залесским, А. А. Смуровым и др. был решён ряд узловых проблем, связанных с сооружением по плану ГОЭЛРО первых ЛЭП высокого напряжения, в частности с произ-вом изоляторов для этих линий. В последующие годы эта лаборатория выросла в крупный н.-и. и учебный центр, в к-ром были проведены фундаментальные исследования в области электротехники. Разработанные здесь высоковольтные конденсаторы позволили создать мощные испытат. установки на высокое напряжение, в том числе т. н. колебат. 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 исследовения в области высоких напряжений (испытание и конструирование изоляторов, разрядников, защита энергосистем от перенапряжений и т. п.) возглавил Л. И. Сиротинский. В Ленингр. электротехнич. ин-те (ЛЭГИ) эта область электротехники развивалась под рук. А. А. Смурова, предложившего теорию ионизац. пробоя диэлектриков. Всесторонние исследования электрич. прочности и др. свойств диэлектриков, а также работы по теории пробоя были выполнены в 30-х гг. в Физико-технич. ин-те АН СССР (ФТИ АН СССР), в Электрофизич. ин-те (А. А. Чернышёв и др.) и в Физич. ин-те АН СССР. Теоретич. решение задачи о тепловом пробое твёрдого диэлектрика, проведённое В. А. Фоком, внесло ясность в представление о физич. процессе пробоя и позволило найти подход к выбору диэлектриков. Физич. свойства материалов с высокой диэлектрич. проницаемостью и низкими диэлектрич. потерями исследованы Б. М. Вулом, Г. И. Сканави, Н. П. Богородицким и др. К. А. Андриановым выполнены работы по созданию широкого класса электроизоляц. материалов на основе кремнийорганич. полимеров.

Многочисл. труды сов. исследователей посвящены проблемам рационального построения и надёжности эксплуатации электрич. систем и сетей, вопросам передачи электроэнергии на большие расстояния. Теоретич. основы анализа переходных процессов в электрич. системах и в ЛЭП сформулированы в трудах Горева. Результаты теоретич. исследований статич. и динамич. устойчивости сложных электрич. 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 теоретич. исследования в области релейной защиты проведены В. И. Ивановым, теория релейной защиты и автоматики электрич. систем разработана А. М. Федосеевым и И. И. Соловьёвым, теория режимов сложных электрич. систем - И. М. Марковичем. Для анализа расчёта стационарных и аварийных режимов работы крупных систем методами моделирования были созданы различные статич. расчётные столы-модели (С. А. Лебедев, И. С. Брук, Жданов, Д. И. Азарьев, Федосеев) и электродинамич. модели (М. П. Костенко, В. А. Веников и др.). Даны оригинальные решения мн. вопросов теории проектирования, стр-ва и эксплуатации электрич. сетей и ЛЭП (Горев, А. А. Глазунов, Хрущов, М. Д. Каменский и др.).

Работы сов. учёных позволили решить мн. важные задачи повышения мощности и дальности ЛЭП, а также повышения устойчивости электрич. систем, объединяющих электростанции различных типов. Они обеспечили, напр., 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 преобразоват. 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 электрич. энергии СССР занимает передовые позиции среди промышленно развитых стран.

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

В СССР (во мн. случаях впервые) внедрялись методы и средства, позволившие существенно повысить пропускную способность протяжённых ЛЭП и обеспечить устойчивость работы объединённых электроэнергетич. систем. К важнейшим мероприятиям относятся: деление всей трассы ЛЭП на участки с подпорными синхронными компенсаторами и переключат, пунктами, применение т. н. расщеплённых проводов в каждой фазе, применение компенсац. устройств, изготовление генераторов и трансформаторов со сниженным индуктивным сопротивлением, использование автоматич. 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 электрич. 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 стр-ва электрич. систем, передачи электроэнергии на большие расстояния и защиты от перенапряжений шла разработка вопросов высоковольтного аппаратострое-ния; изучение физ. процессов и методов разрыва и гашения дуги, термич. и электродинамич. явлений в аппаратах; изыскание дугогасящих материалов; конструирование (и испытания) масляных, возд. и др. выключателей, а также разъединителей, трансформаторов тока, реакторов, разрядников и др. аппаратов для установок высокого напряжения (А. Я. Буйлов, Г. В. Буткевич, Горев, Л. И. Иванов и др.). Эти исследования позволили электропром-сти СССР освоить выпуск всех видов высоковольтных коммутац. 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 стр-во районных электрич. 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 науч. исследований по вопросам электрич. машин и трансформаторов выдвигались потребностями электромашиностроения, к-рое по ряду важных направлений заняло ведущее положение в мировой технике (гидрогенераторы большой мощности, спец. типы электрич. машин, трансформаторов и т. д.). В ходе научных исследований были проведены фундаментальные работы по общим вопросам теории, методам испытания, расчёта и конструирования электрич. машин и трансформаторов, по проблемам коммутации коллекторных машин, переходных процессов в машинах перем. 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 электрич. машин (труды по коллекторным двигателям перем. тока, машинам постоянного тока, асинхронным машинам и др.). Достижения теории электрич. машин развиты в капитальных работах Костенко и др. авторов. В работах В. К. Попова и С. А. Ринкевича были заложены основы теории электропривода.

На основе проведённых исследований были созданы высокоэффективные электротехнич. устройства. Так, была разработана серия синхронных двигателей мощностью до 10 Мвт с относительно малым расходом обмоточной меди, электротехнич. стали и изоляц. материалов. Эти машины находятся на уровне наивысших мировых достижений. Были также построены уникальные синхронные компенсаторы мощностью 75 Мва для ЛЭП Куйбышев- Москва и электропривод гл. вала атомного ледокола «Ленин» с крупнейшим в мире двухъякорным электродвигателем постоянного тока мощностью 14 400 квт (19600 л. с.) на 1300 в. Совр. электромашины выпускаются мощностью от долей вт (микромашины) до сотен Мвт (турбогенераторы 500, 800, 1200 Мвт). Развилось произ-во специализиров. электромашин.

Успехи электромашиностроения позволили внедрить в пром-сть и в др. отрасли нар. х-ва автоматизиров. электропривод, дальнейшее развитие к-рого связано с достижениями в создании силовых полупроводниковых приборов, в частности тиристорных преобразователей постоянного и переменного тока. Начиная с 60-х гг. электрификация всех отраслей пром-сти проводится с применением регулируемого электропривода - основы комплексной автоматизации рабочих механизмов и технологич. процессов.

На основе достижений электротехники планомерно развивается электрификация ж.-д. транспорта. В кон. 50-х гг. СССР занял 1-е место в мире по общей протяжённости электрифициров. жел. дорог. В сер. 70-х гг. протяжённость дорог, электрифициров. на переменном токе, превысила протяжённость аналогичных дорог во всех зарубежных странах вместе взятых. Созданы совр. электровозы и электропоезда, в т. ч. самый мощный в мире серийный электровоз (8640 л. с.) переменного тока с полупроводниковыми преобразователями. Освоено произ-во 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 индукц. электропечи, а также электропечи с кипящим жидкометаллич. теплоносителем; ведутся исследования плазменных электротермич. установок. В машиностроении получили распространение методы индукц. и контактного нагрева при обработке давлением и термич. 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 пром-сти, науке, медицине, быту и т. д. Прогресс науки и техники открывает перед электротехникой новые возможности; напр., успехи физики низких темп-р позволили в 60-70-х гг. создать электротехнич. устройства с гиперпроводниками и сверхпроводниками, в т. ч. электрич. 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. Космич. исследования, а также изучение и освоение труднодоступных и удалённых р-нов страны стимулировали работы по созданию малогабаритных и надёжных автономных источников электроэнергии, нашедших применение на космич. летат. аппаратах, автоматич. метеорологич. станциях и др. Сов. электротехнич. школа занимает видное место в мировой электротехнике. Во мн. городах (Киеве, Львове, Новосибирске, Саранске и др.) выросли новые науч. центры, сложились многочисл. коллективы специалистов. Осн. науч. исследования по вопросам электротехники проводятся во Всесоюзном электротехнич. ин-те им. В. И. Ленина (ВЭИ, Москва), Гос. н.-и. энергетич. ин-те им. Г. М. Кржижановского (ЭНИН), Всесоюзном НИИ электромашиностроения (Ленинград), Моск. энергетич. ин-те (МЭИ), Ленингр. электротехнич. ин-те (ЛЭТИ), Всесоюзном НИИ электромеханики (ВНИИЭМ, Москва), Всесоюзном НИИ электропривода (ВНИИ Электропривод, Москва), Всесоюзном НИИ источников тока (ВНИИТ, Москва), НИИ постоянного тока (НИИПТ, Ленинград), на з-дах «Электросила», «Динамо» и мн. др.

По мн. вопросам электротехники сов. учёные ведут совместные работы с науч. орг-циями стран - членов СЭВ; принимают активное участие в деятельности междунар. науч. орг-ций - Междунар. электротехнич. комиссии (МЭК), Мирового энергетич. конгресса (МИРЭК) и др.

Периодич. 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.