История электрификации горной промышленности

Министерство образования и науки Российской Федерации 
Сибирский федеральный университет 
 
 
 
 
 
 
Б.С. Заварыкин, С.В. Кузьмин, В.М. Соломенцев 
 
 
 
 
 
 
ИСТОРИЯ  ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ  
ГОРНОЙ  ПРОМЫШЛЕННОСТИ 
 
 
 
 
Допущено Учебно-методическим объединением вузов 
Российской Федерации по образованию в области горного дела в качестве учебного пособия для студентов 
вузов, обучающихся по направлению подготовки (специальности) «Горное дело» (специализация «Электрификация и автоматизация горного производства»),  
 
рег. № 51-16/380 от 25.12.2013 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Красноярск 
СФУ 
2014 

УДК 622:621.31(09)(07) 
ББК 33.421я73 
З-426 
 
 
Рецензенты: 
Я.А. Кунгс, кандидат технических наук, профессор 
Красноярского государственного аграрного университета; 
И.Н. Кустицкий, главный энергетик ОАО «СУЭК ‒ Красноярск» 
 
 
 
 
Заварыкин, Б.С. 
З-426 
 
История электрификации горной промышленности : учеб. пособие / Б.С. Заварыкин, С.В. Кузьмин, В.М. Соломенцев. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2014. – 228 с. 
 
 
ISBN 978-5-7638-2995-2 
 
 
 
 
Рассмотрены основные этапы развития теоретических основ электротехники и создания электрической техники. Приведены краткая характеристика горного производства и сведения из истории электрификации горного производства. Рассмотрена энергосистема и элементы, входящие в нее. 
Изложены основные принципы электроснабжения и схемы электроснабжения горных предприятий, особенности эксплуатации и требования, предъявляемые к элементам электроснабжения на горных работах. Описаны основные электросетевые устройства, входящие в эти схемы, их достоинства и 
недостатки. Рассмотрены новые электросетевые устройства, которые находят широкое применение на горных работах в настоящее время. Приведена 
краткая характеристика основных потребителей электроэнергии. 
Для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки (специальности) «Горное дело» (специализация «Электрификация и автоматизация 
горного производства»). 
 
 
Электронный вариант издания см.: 
http://catalog.sfu-kras.ru 
 

УДК 622:621.31(09)(07) 
ББК 33.421я73 

 
 
 
ISBN 978-5-7638-2995-2 
© Сибирский федеральный университет, 2014 

ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ 

АЭС − атомная электростанция 
АВН ‒ аппараты высокого напряжения 
АВР ‒ автоматическое включение резерва 
ВН ‒ высшее напряжение  
ВЛ − воздушная ЛЭП 
ВИЭ − возобновляемый источник питания 
ВЛЭП ‒ воздушная линия электропередачи 
ВЧ ‒ высокой частоты 
ГЭУ − гидроэнергетическая установка 
ГЭС − гидроэлектрическая станция 
ГАЭС − гидроаккумулирующая станция 
ГТЭС − геотермальные станции 
ГЛЭС − гелиоэлектростанции 
ГПП − главная понизительная подстанция 
ДЭС − дизельная электростанция 
ДРЛ ‒ дуговая ртутная лампа 
ДРИ ‒ металлогенная лампа 
ДНаТ‒ дуговая, натриевая, трубчатая лампа 
ЕПБ ‒ единые правила безопасности 
ЗРУ − закрытое распределительное устройство  
КРУ − комплектное распределительное устройство 
КТП − комплектная трансформаторная подстанция 
КРП − карьерный распределительный пункт 
КЛ − кабельная линия  
КРУН ‒ комплектное распределительное устройство наружной 
установки 
КПД ‒ коэффициент полезного действия 
КЗ ‒ короткое замыкание 
ЛЭП ‒ линия электропередачи 
МТП − мачтовая трансформаторная подстанция 
МТЗ ‒ максимально ‒ токовая защита 
НН ‒ низшее напряжение 
ОРУ − открытое распределительное устройство 
ОПП ‒ одиночный распределительный пункт 
ПКТП − передвижная комплектная трансформаторная подстанция 

ПТЛА − передвижная трансформаторная подстанция (автомобильная) 
ПСКТП − передвижная комплектная трансформаторная подстанция с сухим трансформатором  
ПЭС − приливные электростанции 
ПУПП − передвижная участковая трансформаторная подстанция 
ПУЭ ‒ правила устройства электроустановок 
ПБ ‒ правила безопасности 
ПКО − передвижная комплектная осветительная подстанция 
ПРП − передвижной распределительный пункт 
ПП ‒ приключательный пункт 
ППП ‒ передвижной приключательный пункт  
ПКРН ‒ передвижная комплектная распределительная наружная 
ПТБ ‒ правила технической безопасности 
ПТЭ ‒ правила технической эксплуатации 
РП‒ распределительный пункт 
РУ − распределительное устройство 
РВНО ‒ распределительное высокого напряжения одиночное 
РВЛ ‒ рудничный взрывобезопасный люминесцентный 
СКТП − сборно-разборная трансформаторная подстанция 
СРВИ ‒ светильник рудничный взрыво-искробезопасный 
ТЭЦ − теплоцентраль 
ТЭС − теплоэлектростанция 
ТСН ‒ трансформатор собственных нужд 
ТН ‒ трансформатор напряжения 
УПП − участковая понизительная подстанция 
ЦПП − центральная понизительная подстанция 
ЦРП ‒ центральный распределительный пункт 
ЯКНО ‒ ячейка комплектная наружная одиночная 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Электрификация горных предприятий имеет исключительное 
значение как основная энергетическая база комплексной механизации 
и автоматизации горных работ. Современные карьеры и разрезы ‒ 
крупные потребители электрической энергии, обладающие характерными особенностями, связанными с работой машин и агрегатов в условиях горных работ. Специфика горных работ обусловила ряд специальных требований к электроснабжению предприятий и решению 
ряда проблем по соблюдению требований безопасности при эксплуатации электрохозяйства. 
В отечественной литературе немало работ, посвященных всемирной и отечественной истории электротехники, жизни и творчеству 
ученых, внесших большой вклад в развитие данной науки и отрасли 
промышленности. Но отсутствуют работы, посвященные истории 
развития электрификации горных работ, хотя потребность в подобных исследованиях достаточно велика, тем более что речь идет о развитии электрификации горных работ как одной из главных составляющих любого современного производства. 
Перед авторами стояла непростая задача – при небольшом количестве материала и отсутствии архивных данных, отражающих историю электрификации горных работ, создать учебное пособие. 
Авторы использовали исследования М.И. Озерного, С.А. Волотковского, Л.В. Гладилина, В.И. Щуцкого, Б.П. Белых, Б.И. Заславца, 
В.А. Голубева, Л.А. Плащанского, С.А. Алаторцева, В.И. Серова,  
В.В. Школяренко, В.С. Виноградова, В.В. Дегтярева, А.Ф. Гончарова, 
В.А. Котлярчука, Н.Н. Чулкова и др., а также воспоминания работников энергомеханической службы бывшего производственного объединения «Красноярскуголь». 
Авторы выражают благодарность за оказанную помощь заслуженному энергетику России, профессору, кандидату технических наук Я.А. Кунгсу и бывшему главному механику Ирша-Бородинского 
разрезоуправления В.И. Зудину. 

ВВЕДЕНИЕ 

Знание истории развития науки и техники дает возможность 
правильно оценить существующую обстановку в электроэнергетической отрасли, учесть опыт предшествующих поколений и развивать 
отрасль с учетом этих факторов. 
Развитие электроэнергетики ‒ это мощная сила, которая влияет 
на жизненный уровень людей, изменяет характер общества, выступает причиной социальных перемен и направляет общественное развитие. 
Слово «электричество» воспринимается в максимально широком 
смысле как обширнейшая область применения, включающая свойства, действия, проявление, получение, преобразование, передачу, распределение и, наконец, использование электричества как материала и 
энергии во всех видах.  
Хотя рождение этого слова относят к эпохе античности, лишь к 
Х1Х в. была сформирована электрическая наука (1800–1830) и создана (1880) электрическая техника. Наука превратилась в теоретические 
основы электротехники (ТОЭ), а техника ‒ в электротехнику как отрасль промышленности и сферу деятельности, в частности в направление высшего образования. 
Электротехника начиналась с изобретений и экспериментов. 
Так, изобретение А. Вольтом гальванического элемента (1799) и исследования накаливания проводников током (1800) позволили предсказать появление электроосвещения и электротермии, изучать электролиз, гальваностегию и гальванопластику, открыть электрическую 
дугу (В.В. Петров, 1802) и начать ее применение для освещения, 
сварки и пайки. 
Введение А. Ампером (1820) понятия о направлениях тока наряду с исследованиями Ж. Био и Ф. Савари (1820) по взаимодействию 
тока и магнитного поля, установление закона Ома (1827) и законов 
Кирхгофа (1845), работы М. Фарадея по вращению проводника с током (1821) и электромагнитной индукции (1831), исследование  
Э.Х. Ленцом обратимости электрических машин (1833) привели к 
созданию сначала прообраза генератора (Фарадей, 1831), а затем и к 
изготовлению И. Пикси (по заказу Ампера) электромагнитного генератора постоянного и переменного тока (1832), Б.С. Якоби – электродвигателя с непосредственным вращением якоря (1884), Дж. Вулричем – генераторов для питания гальванической ванны (1842). 

Самовозбуждение машин, открытое В. Сименсом (1866) вместе с 
Г. Уайлдом (1863), открытие явления вращающегося магнитного поля, создание системы двухфазного тока Г. Феррарис (1885) и ее развитие (Н. Тесла, 1886), изобретение П.Н. Яблочковым (1876) и И.Ф. 
Усагиным (1882) трансформатора, М.О. Доливо-Добровольским 
асинхронного двигателя с «беличей клеткой» (1882) и трехфазного 
трансформатора с параллельными стержнями (1891), изолирование 
провода шелком (Дж. Генри, 1827), применение бесшовной резиновой 
изоляции проводов и кабелей (В. Сименс, 1847) и кабеля со свинцовой оболочкой (Ф. Борель,1879) определили практическую значимость электрических исследований. 
Таким образом, открытия в физике и поиски технических решений уже к концу Х1Х в. превратили электротехнику во вполне значимую науку и технику. Завершение формирования основ электротехники отразилось в установлении наименования электрических единиц 
( СGS – 1881, SI – 1960), характеристик переменного тока (1889) и 
обозначений (1893) и, наконец, в образовании (1904) Международной 
электротехнической комиссии – МЭК. Электротехнический отдел 
Русского технического общества был создан в 1880 г., тогда же начал 
выходить журнал «Электричество». 
С точки зрения мировой истории именно развитие электротехники и ее экспансия во все отрасли техники, а затем и быта привело к 
развитию электроэнергетики, которая была сформирована в 1870–
1930 гг. (до этого считали технико-экономически бесперспективным 
создание и электродвигателя, и электрического генератора). 
В 1924 г. был образован Мировой энергетический комитет (МИРЭК), призванный решать проблемы большой энергетики. 
Можно выделить некоторые события становления большой 
энергетики: 
• Г. Уайлд исследовал синхронизацию двух генераторов переменного тока (1868); 
• З.Т. Грамм (1873) изготовил локомобильно-электрогенераторную установку для электроснабжения предприятия; 
• Ф.А. Пироцкий исследовал передачу электричества, а Д.А. Лачинов теоретически обосновал вопрос о передаче большого количества электричества на большое расстояние; 
• на первом Всемирном конгрессе электриков (1881) с докладом 
«О передаче и распределении электрических токов» выступил М. Депре, который позднее (1882) построил первую линию электропередачи постоянного тока высокого напряжения (2,4 кВ, 57 км). 

• М.О. Доливо-Добровольский соорудил (1891) трехфазную ЛЭП 
с междуфазным напряжением 13 760–15 200 В для передачи 200 кВт 
(генератор 210 кВА, 86-95 В, повышающий трансформатор 150) на 
175 км; 
• Дж. Лейн-Фокс (1880) изобрел первые счетчики электроэнергии. 
В Англии были введены первые правила устройства электроустановок; 
• Г. Феррарис (1884) ввел понятие коэффициента мощности,  
Э. Томпсон (1886) применил защитное заземление; 
• А.Э. Кеннели (1886) получил зависимость между сечением 
проводника и длительно допустимым током нагрузки; 
• П. Бушеро установил (1898) конденсаторы для компенсации 
реактивной мощности; 
• В. Петерсен предложил (1917) систему компенсации емкостных токов замыкания на землю; 
• область устойчивости параллельной работы энергосистем (1920) 
основополагающими теоретическими работами определил А.А. Горев; 
• В.М. Монтсингер (1930) сформулировал основные закономерности между температурой обмотки, нагрузкой и сроком службы силовых трансформаторов; 
• И.А. Сыромятников внедрил (1937) самозапуск электродвигателей при кратковременном перерыве питания. 
Предпосылкой бурного развития электрификации послужило 
создание М.О. Доливо-Добровольским трехфазных синхронных генераторов и трансформаторов. Убедительной демонстрацией преимуществ трехфазных цепей была знаменитая Лауфен – Франкфуртская 
электропередача (1891), сооруженная при активном участии М.О. Доливо-Добровольского. С этого времени возникают мощные электростанции, возрастает напряжение электропередач, возникают новые 
конструкции электрических машин, аппаратов и приборов. Электродвигатель занимает господствующее положение в системе промышленного электропривода. 
В начале ХХ в. процесс электрификации охватывает новые области народного хозяйства, развиваются электротехнология, электротранспорт и др. В современных условиях электрическая энергия широко используется в самых разнообразных отраслях промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве, быту, что потребовало теоретического осмысления и математического описания физических 
процессов, происходящих в электрических машинах, линиях электропередачи, трансформаторах и других электротехнических устройствах. 

Рост потребности в постоянном токе (электротранспорт и др.) 
вызывает необходимость в развитии преобразовательной техники и 
промышленной электроники. Электротехника становится базой для 
разработки автоматизированных систем управления энергетическими 
и производственными процессами. Появление различных электрических машин дало толчок в развитии такой дисциплины, как «Электрический привод». Применение электрического привода и электроснабжения как на горных, так и на других предприятиях, подача потребителям электроэнергии от мощных электрических станций и подстанций называется электрификацией промышленности, являющейся 
основной энергетической базой комплексной механизации и автоматизации промышленности.