История развития электроэнергетики, электротехнологий и электрооборудования

 
 
 
Министерство сельского хозяйства Российской Федерации 
Федеральное государственное бюджетное образовательное 
учреждение высшего образования 
«Самарский государственный аграрный университет» 
 
 
 
 
 
 
И. В. Юдаев, С. В. Машков,  
Т. С. Гриднева, С. И. Васильев 
 
 
ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ  
 ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ,  
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЙ  
И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ  
 
Учебник содержит сведения, необходимые для формирования  
профессиональных компетенций при подготовке бакалавров  
и магистров по направлению «Агроинженерия», и рекомендуется 
Федеральным УМО по сельскому, лесному и рыбному хозяйству  
для использования в учебном процессе 
 
 
 
 
 
 
 
Кинель 2021 
 
2 
 

 
 
 
УДК 621.31 
ББК 31.2 
   Ю16 
 
 
Рецензенты: 
д-р ист. наук, проф., директор Высшей школы международных  
отношений Санкт-Петербургского Политехнического университета 
Петра Великого 
С. Н. Погодин; 
д-р техн. и пед. наук, проф., зав. кафедрой электротехники, теплотехники 
и возобновляемых источников энергии  
ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет имени 
И. Т. Трубилина» 
О. В. Григораш 
 
 
 
Юдаев, И. В.  
Ю16 История развития электроэнергетики, электротехнологий и 
электрооборудования : учебник / И. В. Юдаев, С. В. Машков, 
Т. С. Гриднева, С. И. Васильев. – Кинель : ИБЦ Самарского 
ГАУ, 2021. – 462 с. 
ISBN 978-5-88575-631-0 
 
В учебнике рассматриваются вопросы исторического развития 
энергетики через призму открытий, формулировку фундаментальных законов и понятий, технических решений. 
Предназначен для обучающихся по направлению подготовки 
«Агроинженерия», а также для аспирантов инженерных специальностей и специалистов, работающих на энергетических предприятиях, в сельском хозяйстве и промышленности, преподавателей и 
научных работников. 
 
УДК 621.31 
ББК 31.2 
 
ISBN 978-5-88575-631-0 
 
© Юдаев И. В., Машков С. В.,  
Гриднева Т. С., Васильев С. И., 2021  
© ФГБОУ ВО Самарский ГАУ, 2021 
3 
 

ПРЕДИСЛОВИЕ 
 
Электроэнергетика – отрасль энергетики, включающая в себя 
производство, передачу и сбыт электроэнергии. Чтобы грамотно 
распоряжаться будущим человечества, реализуя нужные цели в областях электроэнергетики, надо знать историю ее развития, извлекая пользу из ее уроков.  
Цель издания – формирование у обучающихся широкого кругозора в области энергетики.  
В учебнике приведен систематический обзор основных этапов 
развития электроэнергетики: исторические моменты в развитии общей энергетики; история первых электрических открытий; аспекты 
практического применения электричества, развития электротехнологий и электрооборудования; исторические этапы развития электроэнергетики и систем электроснабжения. 
После каждого раздела приведены контрольные вопросы для 
лучшего усвоения изученного материала. Приведены приложения, 
содержащие именной указатель ученых, внесших вклад в развитие 
электротехники и электроэнергетики; сведения об открытиях и 
изобретениях в области общей энергетики, электричества и электроэнергетики в хронологическом порядке; ключевые слова и понятия; сведения из истории самарской энергетики; тестовые задания 
для проверки знаний. Изучение учебника облегчит ориентацию 
обучающихся в сложных проблемах электроэнергетики, опираясь 
на открытия, опыт, знания великих ученых и изобретателей. 
В процессе изучения данного учебника у обучающихся 
должны формироваться следующие профессиональные компетенции:  
– способность выполнять работы по повышению эффективности 
энергетического и электротехнического оборудования, машин и 
установок в сельскохозяйственном производстве (уровень бакалавриата); 
– способность разрабатывать перспективные планы и технологии в области механизации и автоматизации процессов в сельскохозяйственной организации) (уровень магистратуры). 
 
 
 
ВВЕДЕНИЕ 
 
Чтобы знать предмет,  
4 
 

надо знать историю предмета.  
А. А. Гегель  
 
История цивилизации – это, прежде всего, история поиска и 
изобретения новых способов получения и преобразования энергии, 
освоения ее новых источников. 
В качестве обобщенного подхода к оценке исторических вех 
развития энергетики воспользуемся понятием «энергетических порогов», которое сформулировал академик Глеб Максимилианович 
Кржижановский: «энергетические пороги» – это периоды, когда в 
результате качественного совершенствования энергетической базы 
происходит скачок в росте производительности труда, особенно в 
трудоемких процессах – физических и умственных.  
К такого рода порогам отнесены: водяное колесо и ветряная 
мельница, паровая машина, промышленное применение электроэнергии, электро- и радиоэлектроника, компьютерная техника и др.  
Энергетические пороги столь существенно влияют на развитие 
производительных сил, что определяют и характерные этапы материальной культуры человека в целом.  
История человечества знает несколько энергетических порогов. 
1) Первый порог – создание водяного колеса, которое эффективно 
заменило мускульную силу человека и животных – относится к  
3-му тысячелетию до нашей эры.  
Затем применялись и другие источники энергии: ветер – парусные лодки, ветряные мельницы; плавка металлов с помощью энергии органического топлива и др.  
2) Второй порог – первая половина XVIII в. – переход от ручного 
мануфактурного производства к машинному. Энергетической базой 
этого стала универсальная паровая машина и развитие механики и 
теплотехники. Паровая машина была принципиально новым энергетическим двигателем, превращающим химическую энергию органического топлива в тепловую энергию (создание водяного пара), а 
после этого в механическую – это потребовало развития научной 
мысли в области механики и термодинамики.  
3) Третий энергетический порог возник и был реализован на рубеже XIX-XX вв., когда потребовалась большая концентрация производства, которую уже не могла обеспечить маломощная паровая 
машина.  
Развитие электроэнергетики послужило созданию новых первичных двигателей – паровых и гидравлических турбин. Их сочетание с электрическими генераторами, трансформаторами и линиями 
5 
 

электропередач, приемниками электроэнергии – электродвигателями, осветительными устройствами, электропечами и т.п. создавало принципиально новую энергетическую базу и обеспечивало 
относительную независимость размещения источников производства электроэнергии от центров ее потребления.  
4) Четвертым энергетическим этапом (порогом) по времени, почти совпадающим с третьим, было создание принципиально нового 
двигателя – двигателя внутреннего сгорания. Это позволило создать 
транспортные машины – автомобили, локомобили и др. Они работают благодаря прямому превращению химической энергии топлива в механическую энергию.  
5) Во второй половине XX в. человечество перешло к новому энергетическому порогу. Для него характерно сочетание ряда направлений развития энергетики: использование качественно нового энергетического ресурса – ядерного горючего. Этот энергетический порог сочетается с массовым развитием электроники, изменяющей 
многие отрасли, требующие приложения умственного труда, созданием компьютеров, роботов, автоматизацией производств и т.п.  
Первый качественный скачок в росте потребления энергии произошел в тот исторический момент, когда человек научился добывать огонь и использовать его для приготовления пищи и обогрева 
жилища. Источниками энергии в этот период являлись дрова и мускульная сила человека. Следующий исторический этап, связанный 
с качественным изменением энергопотребления, приходится на период изобретения колеса, интенсивного создания разнообразных 
орудий труда, развития кузнечного производства. К XV в. средневековый человек, используя рабочий скот, энергию воды и ветра, 
дрова и небольшое количество угля, потреблял энергии приблизительно в 10 раз больше, чем первобытный человек. 
Заметное не вооруженным глазом увеличение потребления 
энергии в мире произошло в последние 200 лет, от начала индустриальной эпохи оно увеличилось в 30 раз и достигло к началу XXI в. 
показателя в 14,3 Гт у.т/год. Человек индустриального общества потребляет в 100 раз больше энергии, чем первобытный человек  
(табл. 1), и живет в 4 раза дольше. 
Таблица 1 
Cуточное потребление человеком энергии  
в различные эпохи исторического развития 
Энергия  
на человека, 
Эпоха 
Даты 
Население, 
млн чел. 
МДж/сут 
Палеолит 
50000-280000 лет до н.э. 
2 
12 
6 
 

Бронзовый век 
3500 лет до н.э. 
6 
27 
Античное время 
200 лет до н.э. – 200 г 
200 
50 
Средние века 
1200 г. 
360 
110 
Промышленная революция 
1650 г. 
470 
200 
Новое время 
1860 г. 
1000 
320 
Современность 
1970 г. 
3692 
960 
Наши дни 
2011 г. 
7000 
1300 
 
В современном мире энергетика, и прежде всего электроэнергетика, является основой развития всех базовых отраслей экономики, и в первую очередь, промышленности, определяя прогресс 
общественного производства. Во всех индустриально-промышленно развитых странах темпы развития энергетики опережали и 
опережают темпы развития других отраслей. 
Специфической особенностью электроэнергетики является то, 
что ее продукция практически не накапливается для последующего 
дозированного использования, поэтому ее фактическое потребление соответствует текущему производству (генерированию) электроэнергии и по размерам, разумеется, с учетом потерь, и во времени. 
Сегодня уже невозможно представить себе жизнь и существование без электрической энергии – она вторглась во все сферы деятельности человека: промышленность и сельское хозяйство, науку 
и космос, наш быт и социум. Столь широкое проникновение объясняется ее специфическими свойствами: возможностью превращаться практически во все другие виды энергии (тепловую, механическую, световую, звуковую и т.п.); способностью относительно 
просто передаваться на значительные расстояния в больших количествах и легко дробиться; протекать на огромных скоростях и т.п. 
Электроэнергетика – важная часть жизнедеятельности человека. Уровень ее развития отражает уровень развития производительных сил общества и реальную возможность интенсифицировать научно-технический прогресс. В промышленности и сельском 
хозяйстве электрическая энергия применяется как для приведения в 
действие различных механизмов, так и для непосредственного участия в технологических процессах. 
Работа всех современных средств связи (телеграфа, телефона, 
радио, телевидения, интернета) напрямую связана с применением 
электроэнергии. Без нее невозможно было бы развитие кибернетики, вычислительной техники, космических аппаратов. Огромную 
роль электроэнергия играет и в транспортной сфере – транспорт на 
электрической тяге не загрязняет окружающую среду, а использо7 
 

вание электрифицированного железнодорожного транспорта позволяет повысить пропускную способность дорог за счет увеличения 
скорости движения поездов, снизить себестоимость перевозок, повысить экономию топлива. Электроэнергия в быту является составной частью комфортабельной жизни людей, увеличения продолжительности жизни.  
В то же время энергетика – один из источников неблагоприятного воздействия на окружающую среду. Она влияет на атмосферу 
(потребление кислорода, выбросы газов, влаги и твердых частиц), 
гидросферу (потребление воды, создание искусственных водохранилищ, сбросы загрязненных и нагретых вод, жидких отходов), биосферу (выбросы токсичных веществ) и на литосферу (потребление 
ископаемых топлив, изменение ландшафта). 
Несмотря на отмеченные факторы отрицательного воздействия 
энергетики на окружающую среду, рост потребления энергии не 
вызывал особой тревоги у широкой общественности, так как было 
не совсем ясно, каким образом с технической точки зрения можно 
уменьшить или вообще исключить это негативное воздействие. Так 
продолжалось до середины 70-х годов прошлого века, когда в руках 
специалистов оказались многочисленные данные, свидетельствующие о сильном антропогенном давлении на климатическую систему, что таит угрозу глобальной катастрофы при неконтролируемом росте энергопотребления. С тех пор ни одна другая научная 
проблема не привлекает такого пристального внимания, как проблема настоящих, а в особенности предстоящих изменений климата. 
Сегодня одним из главных вопросов существования человечества является вопрос поиска новых источников энергии, которые 
позволяли бы обеспечить энергией нуждающиеся в ней регионы 
планеты, повысить их энергобезопасность, улучшить экологическую ситуацию на планете в целом. 
На протяжении всей истории человечества проявления электрических, магнитных и электромагнитных эффектов из явлений 
сложных, загадочных и таинственных трансформировались в явления понятные и известные, получившие широкое распространение 
и ставшие одной из основ развития человечества и цивилизации. 
Электроэнергетика явилась также и началом трансформации 
исторических перемен в развитии человеческого общества.  
К. Маркс назвал электричество более опасным врагом старого 
строя, «чем все заговоры Бланки». Луи Огюст Бланки (1811-1881) – 
8 
 

сторонник заговорщицкой тактики восстания, уничтожения капиталистической эксплуатации путем захвата власти кучкой революционных заговорщиков.  
Говорить об эффективности и пользе использования электромагнитных явлений во всех сферах человеческой деятельности не 
имеет смысла, так как это очевидный факт, хорошо известный всем 
и каждому. Большинство машин и механизмов в промышленности, 
на транспорте, в сельском хозяйстве и быту используют при работе 
электрическую энергию, как и современные системы передачи и обработки информации. Даже там, где применяются другие источники энергии (двигатели внутреннего сгорания, паровые или газовые турбины, ядерные реакторы), электрическая энергия используется для управления работой этих самых установок и регулирования параметров протекающих технологических процессов.  
Основой для такого широкого применения электрической энергии послужил ряд ее достоинств, к которым в первую очередь 
можно отнести:  
1) легкость её производства, так как она может быть получена из 
других различных видов энергии; 
2) простоту ее передачи и транспортирования на любые расстояния; 
3) простоту и легкость дробления электроэнергии в местах потребления, а также отбора от потока энергии нужной доли; 
4) простоту преобразования электроэнергии в другие виды энергии: тепловую; механическую; светового излучения; энергию электрохимических превращений, связанных с электрическими свойствами материи; 
5) постоянную готовность к ее применению в отраслях экономики 
и быту населения, за счет повсеместного наличия ее источника; 
6) производство, передачу и преобразование электроэнергии, сопровождающееся сравнительно небольшими потерями (имеет место быть высокий КПД). При этом следует отметить, что КПД потребителей электрической энергии выше, чем например, у гидро- и 
пневмоустройств; 
7) возможность электричества управлять потоками энергии и, следовательно, технологическими процессами. Сейчас практически 
вся автоматика – это электроавтоматика; вся вычислительная техника – это, прежде всего, электротехнические устройства. Системы 
связи, передачи и обработки информации в основном строятся на 
базе электротехнических устройств. Скорость передачи информации и ее обработки в электротехнических устройствах выше, чем в 
других устройствах.  
9 
 

Электрические явления присутствуют как во всех биологических объектах растительного и животного происхождения, так и в 
организме человека. Луиджи Гальвани (1737-1798 гг.) в 1791 г. 
опубликовал «Трактат о силах электричества при мышечном движении». В 1803 г. А. Т. Болотов по результатам своих работ издал 
в Петербурге книгу «Краткие и на опытности основанные замечания об электрицизме и о способности электрических машин к помощи от разных болезней». Эти работы по воздействию электричества на органическую и биологическую ткань нашли подтверждение и развитие в электротехнических способах воздействия на человеческий организм (лечение токами высокой частоты (ТВЧ), 
электрокардиостимуляторы, дефибрилляторы и т.п.).  
Электричество представляет собой очень концентрированный 
вид энергии, что подтверждается простыми расчетами: 1 кВт·ч = 
1000 Дж/с × 3600 с = 3600000 Дж или 1 кВт·ч = 102 кгм/с × 3600 с= 
= 367000 кгм, а это эквивалентно затратам энергии по поднятию 
367 т груза на высоту 1 м.  
Развитие электротехники и электроэнергетики связано с работами крупнейших ученых и изобретателей, чьи имена вошли не 
только в историю, но и в повседневный быт в виде названных в их 
память единиц измерения физических величин – это Кулон, Ампер, 
Ом, Вольта, Сименс, Фарадей, Генри, Максвелл, Тесла, Герц, Джоуль и др. Следует отметить отдельно огромный вклад русских исследователей в науку об электричестве и его практическом применении, и это, прежде всего – М. В. Ломоносов, Г. В. Рихман, 
В. В. Петров, А. Н. Лодыгин, В. Н. Чиколев, М. О. Доливо-Добровольский, П. Н. Яблочков, А. Г. Столетов и др.  
Знание истории развития науки и техники, позволяет правильно оценить существующую обстановку в электроэнергетической отрасли, учесть опыт предыдущих поколений и увидеть перспективу развития как самой отрасли, так и экономики в целом.  
 
 
10 
 

КРАТКО О ЗНАЧЕНИИ ИНЖЕНЕРНОГО  
ОБРАЗОВАНИЯ 
 
В связи с неизбежным развитием и усложнением мира техники 
все большую актуальность приобретают знания о самой технике в 
целом – единые представления о строении, конструкции и развитии 
самых различных машин, приборов, аппаратов. Поэтому требуется 
расширение общетехнической и фундаментальной подготовки инженеров. 
Академик И. Ф. Образцов написал: «Исследование и формулировка объективных законов строения и развития техники по аналогии с законами природы – одно из главных и мало разработанных 
направлений общетехнической фундаментализации инженерного 
образования».  
Инженер (фр. ingénieur – от лат. ingenium – способности, изобретательность) – специалист, осуществляющий инженерную деятельность. Инженеры вовлечены, как правило, во все процессы жизненного цикла технических устройств, являющихся предметом инженерного дела, включая прикладные исследования, планирование, 
проектирование, конструирование, разработку технологии изготовления (сооружения), подготовку технической документации, производство, наладку, испытание, эксплуатацию, техническое обслуживание, ремонт и утилизацию устройства и управление качеством его 
работы. 
В античном обществе инженерное дело впервые приобрело 
признаки профессии: регулярное воспроизводство, доход от занятия, определенную систему получения знаний. Особенное значение 
придавалось мастерству архитектора – именно так в Риме называли 
руководителей строительства. Считалось, что для получения этой 
профессии необходимы три вещи: врожденные способности, знания 
и опыт. Причем, кроме знаний прикладных и практических, архитектор должен был обладать философским складом ума. Несмотря 
на все эти условия, архитекторы (так же как и инженеры других специальностей) относились к «заурядным работягам», к людям второго сорта, находящимся ближе к ремесленникам, чем к ученым. 
В период расцвета Римской империи инженеры стали относительно многочисленной профессиональной группой, внутри которой произошло разделение труда: наряду с военными, появились 
гражданские инженеры, специализирующиеся в строительстве, 
коммунальном хозяйстве, мелиорации и ирригации. Формальных 
институтов инженерного образования не было, да и общественные 
11