17 лекций по общей и прикладной ценологии

(применительно к электричеству)

Лекция 1. Электрические науки и постиндустриальный глобализирующийся мир.

 

Уже несколько лет говорят о гуманитаризации технического знания как обязательного для более осознанного и правильного принятия управляющих технико-технологических, производственно-технологических (технетических) и управленческих решений менеджмента. Президент Российской Федерации В.В. Путин прямо сказал (июнь, 2007), что нужны системные мировоззренческие исследования. Целью предлагаемого курса из 17 лекций является изложение нового мировоззрения, несравнимого с видением бытия в ХХ веке. Действительно, происшедшие кардинальные изменения требуют смены научной парадигмы; нового, принципиально иного взгляда на явления и процессы, протекающие в физической, биологической, технической, информационной, социальной реальностях; наконец, изменения цели существования личности и общества, определяющей все стороны человеческой деятельности. Более общо – речь идёт о новой научной картине мира, о законах сегодняшней действительности.

Как мифологически (и фактически) свидетельствует опыт нашей цивилизации, начало которой связывают с античностью, фундаментальные (да и другие тоже) научные открытия, определяющие затем ход развития науки и общества, возникают при стремлении дать ответы на причины простейшего, законного и известного как будто всем, но увиденного одним в момент как озарение: Архимед выскочил из ванны, Ньютону на голову упало яблоко, Фарадей заметил отклонение стрелки прибора.

Появление современной науки связывают с Галилеем, который "увидел" инерционность. Это дало Ньютону основания сформулировать законы механики. Первый (гласящий, что всякое тело находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, пока и поскольку оно внешними силами не будет понуждено изменить это состояние) не сразу был признан из-за 2000-летнего господства физики Аристотеля (которая утверждала, что равномерное движение требует силы, а идеальное – движение по окружности). Декарт, в частности, стоящий на этих позициях, десятилетия своим авторитетом сдерживал во Франции распространение физики Ньютона, пока Вольтер серией статей не показал ошибочность – в этой части – картезианства.

Механическая картина мира, дополненная электродинамикой Максвелла, стала классической, научно объясняющей, казалось бы, всё, не только в физике, но и, например, в биологии или обществе. Важен факт, что по одним исходным данным и для одинаковых условий получается всегда однозначный результат, независимый от времени и от субъекта, выполняющего расчёт. Мир жёстко причинно может быть описан системой уравнений (законов) сейчас и в ожидаемом будущем, что позволяет восстановить всё прошлое (прошедшее). Убеждение, что можно рассчитать всё, разбив на элементарные операции, составило основу менеджмента при его возникновении в начале ХХ века; сейчас это убеждение, далеко не всегда правильное, всё ещё лежит в основе нормирования, распределения, контроля.

Но очевидное (что для участка электрической цепи, для которого известны напряжение U и сопротивление R, величина тока I определима и строго однозначна; что рассчитанный и построенный по одним чертежам электродвигатель – машина определённого вида, модели, марки, типоразмера – не отличается от другого, изготовленного по тем же чертежам) становится не только неочевидным в процессе изготовления, но и в принципе не реализуемым! Всегда есть некоторые индивидуальные отличия, которые обнаруживаются специальными методами. Тогда вводят паспорт, ГОСТ, иной документ, характеризующий некоторые обязательные параметры для этого виды техники, технологии, материала, продукции, отхода (всё вместе – это технетика), и указывают допустимые отклонения.

Как же так? Сформулируем этот простейший факт: мы можем всё строго по законам Ньютона–Максвелла рассчитать, но не можем точно рассчитанное сделать (осуществить). Действительность, оказывается, не укладывается в строгие рамки первой (классической) научной картины мира и требует перехода к вероятностным представлениям.

Человечество, хорошо знакомое со случайностью (по картам, лотереям и проч.), и его инженерный корпус сравнительно легко воспринимают вероятностную картину мира. Ну, в сети не 220 В, а 215 В; не 7 л бензина на 100 км, а 9 л – при поездке в часы пик. Для человека, оказалось, достаточно знать, например, срок службы, наработку на отказ, пробег до капитального ремонта, другие специфические показатели именно этого вида техники.

И здесь следует обратить внимание ещё на один элементарный факт, который надо осмыслить. Например, медик, социолог, обращаясь к вероятностным моделям, стремятся получить математическое ожидание М[x] (среднее) и оценить величину возможных отклонений (дисперсию D[x]) для вида в целом. Всеобщность нормального (гауссового) распределения, оперирующего с М[x], σ=√D[x] и другими моментами, достаточная надёжность результатов применения математической статистики как-то смазали концептуально вероятностную картину мира, сделав её с практической точки зрения не отличимой от классической. Это, как будет показано в последующих лекциях, особенно относится не к простейшим (мёртвым) изделиям вроде столовых приборов, болтов, гаек, скрепок и др., подчиняющихся второму закону термодинамики, а к изделиям (трансформатор, холодильник, автомобиль), которые для своего функционирования требуют энергии, а также материального, информационного, социального обеспечения. Они локально противодействуют энтропии, стремясь к "самостоятельности" (автоматизации) и двигаясь в сторону интеллектуализации.

Фактически же речь идёт о новой (второй) вероятностной постнеклассической картине мира, оформление которой обычно связывают с дискуссией Эйнштейна и Бора. Революция в физике опиралась на простейшее, казалось, утверждение Эйнштейна, что любое тело при своём движении не может превысить скорость света (Пуанкаре не "увидел" этого, хотя все формулы теории относительности впервые написал он). Радиоактивность, дифракция и интерференция, квантовая и волновая механика составили фактическую основу вероятностной картины мира.

Остановимся на тонкости, на которую мало обращают внимание. Гауссово распределение справедливо для случайных величин, принадлежащих множеству элементов одного вида (семейства): вес песчинок, рост человека. Если множество образуют элементы разных видов, то нормальное распределение действует лишь для этого конкретного вида, для другого – распределение имеет другие параметры. Так, каждый из типов 630-киловаттных двигателей СДН, ДА, АК, ДП имеет свою наработку на отказ, разброс по мощности, весу, пусковым характеристикам.

Теперь соберём множество электродвигателей из фактически установленных: 0,1 кВт ДАО; 0,9 кВт АОЛ; 9 кВт П; 90 кВт DOR; 900 кВт СДЗ; 9000 кВт СТМ (не приводя список остальных 60 тыс. шт., включая двигатели мощностью 30 МВт). На этом примере увидим простейшее: для такого множества (совокупности, сообщества) математическое ожидание отсутствует, среднее не имеет смысла (как средняя температура по больнице). Ошибка при выборке, по Бернулли, сколь угодно велика. Поскольку на производстве, в сфере услуг, в быту нас окружают именно такого рода сообщества, то встаёт вопрос об описании структуры и параметров подобных объектов, о негауссовой математике, о законах построения, функционирования и эволюции; наконец, об адекватном мировоззрении. Особенности его покажем применительно к электротехнике, электроэнергетике и становящейся электрике.

Открытия в физике в 1800–1830 гг., поиски технических решений в 1830–1870 гг. превратили к концу XIX в. электрическую технику во вполне значимую отрасль техники и предопределили её становление как науки и отрасли промышленности, изготавливающей изделия. Завершённость основ электротехники отразилось в установлении электрических единиц (CGS – 1881 г., SI – 1960 г.), характеристик переменного тока (1889); системы символов и обозначений (1893) и, наконец, в образовании Международной электротехнической комиссии – МЭК (1904).

Развитие электротехники, с точки зрения её влияния на электрику, может быть разделено на пять периодов (этапов). На первом этапе (1800г.  – начало 1870-х годов), включающем отдельные более ранние исследования, происходило изучение действия электрического тока, был установлен ряд закономерностей в области электромагнетизма, а также проведены первые опыты по практическому применению электричества. Открытия в физике и возникновение изобретательской деятельности в электротехнике чаще шли независимо. Эмпирический поиск технических решений большей частью не вытекал из теоретических предпосылок. Появление первоначальных электротехнических знаний не было системным. Непосредственная теоретическая связь с физикой была жёсткой, т. е. электротехника рассматривалась как часть физики, и все опыты проводились физиками.

Электростатические генератор Отто фон Герике (1650), конденсатор Эвальда фон Клейста (1745), атмосферное электричество Б. Франклина (1752) и электричество животное – Гальвани (1791) дали толчок изобретению А. Вольта гальванического элемента (1799) и исследованию накаливания проводников током (1800), что позволило предсказать появление электроосвещения и электротермии, изучить электролиз, гальваностегию и гальванопластику, открыть электрическую дугу (В. В. Петров, 1802) и начать её применение для освещения, сварки, пайки.

Введение А. Ампером (1820) понятия о направлении тока наряду с исследованиями Ж. Био и Ф. Савара (1820) по взаимодействию тока и магнитного поля, формулировка закона Ома (1827) и законов Кирхгофа (1845), работы М. Фарадея по вращению проводника с током (1821), по электромагнитной индукции привели к прообразу генератора (М. Фарадей, 1831); самовозбуждение машин, открытое В. Сименсом (1866), изолирование провода шёлком (Дж. Генри, 1827), применение кабеля со свинцовой оболочкой (Ф. Борель, 1879) определили практическую ценность электрических исследований.

Теоретические основы электрической техники разработали физики, исследуя вопросы электромагнитной индукции, экспериментируя с электромагнитными и магнитоэлектрическими генераторами. На этом пути в 1838 г. Э. Х. Ленц сформулировал принцип обратимости генераторного и двигательного режимов электрической машины, а в 1847 г. обнаружил явление реакции якоря. Дж. Джоуль и Э. Х. Ленц в 1834–1844 гг. сформулировали закон выделения тепла в проводнике с током. Теория колебательного разряда конденсатора создана В. Томсоном (1855) и Г. Кирхгофом (1864).

Второй период (конец 1870-х – начало XX века) характеризуется становлением электротехники как науки и превращением её в отрасль техники; приложением физических знаний в ходе формирования отдельных электротехнических теорий. На Первом Международном конгрессе электриков (1881) определены и получили наименование: вольт, ампер, ом, кулон, фарада (см. 2 стор. обложки). На Втором (1889) – определены характеристики переменного тока; приняты единицы: джоуль, ватт, десятичная свеча. На Третьем (1891) – рассматривали развитие многофазных систем. На Четвёртом (1893) – приняты эталоны электрических единиц измерения; обсуждена система символов для обозначения различных электрических величин.

Открытие явления вращающегося магнитного поля (Г. Феррарис, 1885), изобретение трансформатора (И. Ф. Усагин, 1882), трёхфазного трансформатора и асинхронного двигателя (М. О. Доливо-Добровольский, 1888) определили практическую возможность использования электричества. Статьёй "Электромеханическая работа" Д. А. Лачинова в "Электричестве" (1880) отмечено рождение электропривода как самостоятельной науки. Это просто и логично связало учение об электричестве с механикой и физикой. В электрической науке и технике было достигнуто то единство, которого не было в других областях практической деятельности. Организационное оформление мировой электрической науки и техники произошло, когда на Седьмом Электрическом Конгрессе (1904) приняли резолюцию об образовании Международной электротехнической комиссии (МЭК). Так к началу XX века были созданы основы теоретической электротехники – фундамент электротехнической промышленности.

В теории второй этап открывается 1873 годом, когда Дж. Максвелл опубликовал систему уравнений электромагнитного поля, связав электрические и магнитные явления, тем самым объяснив открытое Фарадеем, включая напряжённость Е электрического поля, магнитную индукцию В. Уравнения Максвелла служат основой классической физики, вместе с законами механики Ньютона, которые могут быть записаны общими уравнениями динамики:

,                                                                                       

где m – масса материальной точки, w – её ускорение под действием силы F; ri – векторы возможных перемещений точек системы, которые сохраняют для всякой замкнутой механической системы энергию А, импульс Р, момент М; вместе с формулой Лоренца:

F=qE + qvB,                                                                                             (1.4)

где v – скорость точечного заряда q.

Законы Ньютона–Максвелла могут быть выведены из принципа наименьшего действия, утверждающего, что фактически происходящему движению системы соответствует экстремальное значение интегрального выражения, обладающего размерностью произведения энергии на время и называемого функционалом действия.

Третий период (1890–1930-е гг.) характеризуется бурным количественным ростом разнообразного электротехнического оборудования, развитием электроснабжения (в понимании "большой энергетики") и широкой электрификацией (в смысле плана ГОЭЛРО). Завершаются формирование фундаментальных разделов электротехнических знаний и становление электротехники как технической науки с собственным исследовательским аппаратом (ТОЭ), своей дисциплинарной структурой, системой образования, определённой дистанцированностью от физики, математики, философии. Были решены проблемы передачи электроэнергии на расстояние, разработаны промышленные типы трансформаторов. Этап характеризуется и рождением электроэнергетики как науки и области практической деятельности, сформировавшейся в 1870–1930 гг. В 1924 г. был образован МИРЭК (сейчас – Мировой энергетический совет, который наряду с СИГРЭ решает проблемы "большой энергетики").

В Англии были введены первые Правила устройства электроустановок (1882). Г. Феррарис ввёл понятие коэффициента мощности (1884), А. Э. Кеннели получил зависимость между сечением проводника и длительно допустимым током нагрузки (1889), Р. Кромптон впервые применил понятие коэффициента спроса при определении электрических нагрузок (1891). П. Бушеро установил конденсаторы для компенсации реактивной мощности (1898). В. Петерсен предложил систему компенсации емкостных токов замыкания на землю (1917). Успехи электротехники послужили технической основой плана ГОЭРЛО (1920) и решения об индустриализации страны (1926). Одновременно создавалась система проектных институтов, не разрабатывавших отдельные изделия (машины), но проектировавших заводы, производства, цеха в целом и различные хозяйства, в том числе, электрическое, которое сразу начало проявлять ценологические свойства.

Этап достойно завершил десятый Международный Электротехнический Конгресс (1932), который подвёл итоги развития электротехники за 50 лет и зафиксировал триумфальные шаги электрической техники, но не предложил, в отличие от предыдущих, новые концепции. Конгресс не увидел надвигающегося постиндустриального (информационного) общества, рождению которого в немалой степени, собственно, и способствовала электротехника.

Таким образом, из рассмотрения электротехнической науки того времени выпали сама постановка вопроса о последующей установке (размещении) изготовленной единицы электрооборудования у конкретного потребителя электротехнической продукции; вписывание изготовленного в инфраструктуру (инвестиционное проектирование); организация монтажа, наладки, эксплуатации, обслуживания, электроремонта; решение вопросов материального, энергетического, информационного, социального и иных видов обеспечения составляющих электрического хозяйства.

Четвёртый период (30–80-е годы) характеризуется успехами индустриализации страны, её завершением, застоем, технологическим отставанием страны по параметрам и качеству выпускаемой продукции. С неизбежностью появилось электрическое хозяйство (состоялось рождение и становление электрики как науки и сферы практической деятельности по использованию электричества). Характеристика этапа иллюстрируется одиннадцатым Конгрессом (ВЭЛК–77, Москва). Он собирался уже в технически изменившемся мире, но, в свою очередь, не увидел надвигающийся постиндустриальный диктат потребителя, не сформировал парадигму, адекватную миру последней трети XX в., не рассмотрел проблемы построения и обеспечения эффективного функционирования собственно электрического хозяйства потребителей. Однако, что важно, была продемонстрирована ключевая роль электротехники для современной цивилизации. Технической основой этапа явилось создание силовой электроники (1948 г. – изобретение транзистора, 1956 г. – создание тиристора).

Наконец, пятый этап (конец 80-х годов и по настоящее время) – вступление страны в постиндустриальное информационное общество, отличительная особенность которого, с рассматриваемой точки зрения, есть глобализация рынка электротехнической продукции. Электротехника обеспечила электроэнергетику продукцией, которая дала возможность интеллектуализировать генерацию, передачу, преобразование, распределение и сбыт электрической энергии. Для отраслей промышленности и быта отдельный электропривод, термическое или иное электротехническое устройство (изделие) превратились в электротехнический комплекс, неразрывно связанный с другими электротехническими изделиями, опоясанный датчиками, принимающими решения микропроцессорами. Количество видов (наименований, типоразмеров, типоисполнений, марок, моделей) выпускаемых в мире электротехнических изделий уже практически бесконечно и не может быть представлено одним каталогом и зафиксировано.

Всероссийский электротехнический конгресс "ВЭЛК–2005" обсуждал основные направления теоретической и практической электротехники: теоретическая электротехника, электроэнергетика, электромеханика, электропривод, электрические аппараты, электротехнология, электротехнические системы транспорта и космической техники, светотехника, электротехнические материалы и кабели, силовая информационная электроника, электроизмерительная техника. Важно, что теоретические основы электротехники сохраняются как самодостаточная наука, которая обобщает результаты теоретических и экспериментальных исследований всех частных электротехнических дисциплин, опираясь на свои фундаментальные представления, восходящие к Ньютону–Максвеллу, и изучая тела (поля) и движения (траектории) в пространстве безграничном, абсолютном, однородном, изотропном, где время выражает длительность в рамках обратимых уравнений механики и электродинамики.

Первоначально электротехника и электроэнергетика не разделялись, а воспринимались как единая электрическая наука и техника. До XX века не выделялись как объект научных исследований и потребители электрической энергии: во-первых, из-за скудости количества электрооборудования у отдельного потребителя (абонента); во-вторых, установка и эксплуатация отдельной лампочки, нагревателя, электродвигателя не были сложными. Рождение электроэнергетики неразрывно связано с планом ГОЭЛРО, который отражал достигнутый уровень электроэнергетических знаний и включал следующие положения:

•  строительство социалистического хозяйства идёт по единому государственному плану;

•  индустриализация опирается на опережающее развитие тяжёлой промышленности; производство средств производства опережает производство средств потребления;

•  производство концентрируется, сооружение промышленных комбинатов осуществляется на базе энергетических центров;

•  промышленность географически перемещается, а строительство городов (городских районов) осуществляется на базе градообразующих предприятий;

•  электрификация развивается опережающе при концентрации мощностей и централизации электроснабжения.

Курс на централизацию и гигантизм получил логическое завершение созданием Единой электрической системы. Всё дальнейшее развитие электроэнергетики исходило из необходимости "централизовать энергию всей страны".

Можно выделить три этапа реализации ГОЭЛРО: первый связан с созданием заводских ТЭЦ, подчинённых Наркомату энергетики, и государственных районных электростанций ГРЭС; второй – с созданием единой энергосистемы и организацией в каждой области собственной энергосистемы; третий – с правом выдавать технические условия на присоединение и запрещением потребителям строительства собственных генерирующих мощностей. Реализовался полный монополизм электроэнергетики.

Мы рассматриваем электрическое хозяйство как совокупность (сообщество – технический ценоз; от греч. – coenose; фр. сénose; англ. – cenosis) установленных и резервных электротехнических установок, электрических и неэлектрических изделий, не являющихся частью электрической сети (цепи), но обеспечивающих её функционирование (эксплуатацию и ремонт); электротехнических и других помещений, зданий, сооружений, конструкций, которые эксплуатируются электротехническим или подчинённым ему персоналом; людских, вещественных и энергетических ресурсов, организационного и информационного обеспечения, которые необходимы для жизнедеятельности электрического хозяйства как выделенной целостности (ценоза).

Определение электрического хозяйства позволяет выделить обширную область народного хозяйства, называемую далее электрикой: с одной стороны, – это электротехника, т. е. электрооборудование производств и цехов, других государственных и частных объектов, с другой – это электроэнергетика промышленности и транспорта, объектов строительства и агропрома, коммунально-бытовых, спортивных, культуры, науки, обороны. Электрика как научное направление и область практического приложения отличается от электротехники и электроэнергетики тем, что она использует лишь готовые изделия и произведённую электроэнергию, транспортируемую субъектами электроэнергетики до потребителя (предприятия). Далее различаемы уровни системы электроснабжения: первый уровень 1УР – отдельный электроприёмник, станок, установка; 2УР – шкаф, щит, сборка, шинопровод, распредпункт 0,4 кВ; 3УР – трансформатор 10(6)/0,4 кВ; 4УР – распределительная подстанция 10(6) кВ; 5УР – главная понизительная подстанция (глубокого ввода, опорная) ГПП, ПГВ, ОП; шестой уровень 6УР – граница раздела предприятия с энергосистемой, точнее (сейчас) – с территориальной сетевой организацией субъекта электроэнергетики.

Нa первом этапе каждое отдельное изделие – штука (особь) электрического хозяйства – неизбежно выделялось специалистами электропривода и электроснабжения. Большая сложность и большая технологическая ответственность объективно отдавали большее предпочтение электроприводу. Электроснабжение как таковое в нашем сегодняшнем понимании отсутствовало: от ТЭЦ, ещё не связанной с энергосистемой, высоковольтные кабели заходили на коммутационный пункт, управляющий единичным высоковольтным двигателем или включающий маломощный трансформатор 6(3)/0,4 кВ. ТЭЦ была одним из таких режимных объектов.

Общее развитие энергетики привело к пониманию, что промышленная энергетика есть новый специфический объект по назначению и функциям, отличающийся от "большой" энергетики. Это привело к организационным изменениям, когда в 1944 г. Государственный Комитет Обороны установил, что "на всех промышленных предприятиях, потребляющих электрическую мощность от 1000 кВт и выше, создаются Отделы главного энергетика, непосредственно подчинённые главному инженеру, а на предприятиях и в трестах, потребляющих электрическую мощность от 3000 кВт и выше, главный энергетик впредь будет являться заместителем главного инженера предприятия или треста".

Обратим внимание на исторический факт, заключающийся в дроблении электрического хозяйства (электрики) на самодостаточные разделы (прежде всего, электропривод, электротермию, электротранспорт, электроосвещение) и физической незначимости внутризаводского электроснабжения как объекта (лишь в середине 30-х стали говорить о малых подстанциях и цеховых схемах).

Между потребителем, использующим в пределе одну лампочку, и крупным заводом есть не только количественное, но и качественные ценологические отличия, не описываемые ТОЭ. Завод, распределивший в 2004 г. 360 МВт, имеет сеть, включающую 10900 км силовых кабелей; всего проводов и кабелей всех видов около 50 тыс. км. На крупнейшем в отрасли Магнитогорском металлургическом комбинате эксплуатировалось 117111 шт. электродвигателей средней мощностью 48,4 кВт; трансформаторов I–III габаритов – 2626 шт.; IV габарита и выше – 165 шт. средней мощностью 28500 кВА; высоковольтных выключателей – 6136 шт., свыше 1,5 млн ед. низковольтной аппаратуры, 3 млн светильников.

Общая оценка количества электротехнических изделий, блоков, узлов, деталей, комплектующих, простейших и иных изделий, материалов, конструкций, узлов, каждое из которых содержалось на чертеже, в спецификации, локальной смете; заказывалось, выделялось как отдельная единица, составляет 1010. Если рассматривать крупное предприятие в целом, то общая оценка составляющих – 1011 элементарных изделий, единиц, штук (особей). Это практическая бесконечность. Конкретные исследования технической и информационной составляющих объектов электрики, показали, что ценологические зависимости, описывающие разнообразие и соотношение "крупное–мелкое", действуют и на вполне обозримом количестве штук-особей: если в выделенной целостности, состоящей примерно из 100 элементов, можно провести классификацию по видам, и этих видов около 10. Так, в Казахстане была установлена 161 турбина, они оказались 52 видов (типоразмеров); в СССР существовала 131 штука доменных печей 49 видов; главных приводов прокатных станов на Магнитке в 1974 г. было установлено 490 шт., оказавшихся 187 видов.

Укажем, прежде всего, на два ключевых свойства электрического хозяйства, отражающих ценологические свойства. Во-первых, электрическое хозяйство нельзя взять, отдельно выделить, осмотреть; физически (подобно электродвигателю или лампочке) оно не выделяемо. Границы его конвенционны: а) они устанавливаются договорно (юридически по схеме электроснабжения по границе балансовой принадлежности; но по ремонту – совсем иные); б) границы электрического ценоза не совпадают с границами технологическими и других хозяйств (теплосилового, в частности), с границами по генплану, кадрам, медицинским и другим видам обслуживания. Это не есть нечёткие множества Заде или размытые, здесь не применимы интервальные оценки. Ценоз задаётся семантически-словесным описанием и набором показателей.

Во-вторых, электрическое хозяйство как ценоз характеризуется слабыми связями (корреляционно незначимыми) и слабым взаимодействием (опытно неопределяемым и статистически недоказуемым). Представим матрицу nдвnдв, по числу строк (столбцов) равную количеству установленных двигателей. Коэффициенты загрузки, использования, одновременности, спроса, максимума, режимы работы в целом и др., составляющие основу представлений для системы внутризаводского электроснабжения и, например, системы планово-предупредительного ремонта электрооборудования, должны значимо отыскиваться по такой матрице. Но оказалось, что для абсолютного большинства пар матрицы коэффициент парной корреляции по режимам работы близок к нулю (во всяком случае, статистически незначим. Это, естественно, не относится к режиму исчезновения напряжения, например). Анализируя такую матрицу, можно было бы говорить об отсутствии связей. Но нет: они связаны единым менеджментом, системой планово-предупредительного ремонта, технологическими заказами, погодой, социальными характеристиками персонала.

Так мы приходим к утверждению, что каждый ценоз индивидуален. Специалист, изучающий структуру электропотребления и оборудования для удовлетворения индивидуальных предпочтений потребителя должен руководствоваться двумя важнейшими ценологическими свойствами: неприменимостью среднего и возможностью сколь угодно большой ошибки в точке.

Это, подчеркнём ещё раз, принципиально отличается от концепции ТОЭ, где все теоретические положения, вытекающие из решения уравнений Максвелла, и практические результаты, полученные опираясь на теоретические основы электрической техники, разрешаются алгебраическими и дифференциальными уравнениями или их системами. При наличии одних и тех же исходных данных решение полностью и однозначно определяется конечным набором параметров в рассматриваемый момент времени как для тел (полей), так и для движения (траектории).

Специфика же электрических сетей и систем электроэнергетики, помимо конструктивной части, проявляется при анализе установившихся режимов и переходных электромеханических процессов. Вводится понятие статических характеристик элемента или подсистемы (узла) энергосистемы, под которым понимают зависимости между их параметрами режима (координатами) при статическом изменении этих параметров (таком их изменении, при котором режим не отклоняется от установившегося). Часть параметров режима обычно поддерживается неизменной.

Наиболее широкое применение при анализе режимов получили статические характеристики в виде зависимостей мощностей от напряжения и частоты. Эти формы характеристик предопределяют зависимости между параметрами режима по первым их гармоникам или по эквивалентным синусоидам. Следовательно, уравнения состояния сетей и систем рассматриваются как приближённые конечные уравнения, в результате решения которых получают действующие значения первых гармоник или эквивалентных синусоид параметров режима.

Наиболее общим методом количественного исследования переходных процессов в электрических сетях и системах является метод численного интегрирования системы дифференциальных уравнений, который даёт возможность решать задачу динамической устойчивости, в которую входят анализ характера и расчёт всех или части параметров режима при переходе системы от одного процесса и режима к другому; собственно расчёт динамического перехода от одного начального установившегося режима к другому – новому установившемуся режиму, наступающему при случайном отключении части элементов системы (отключении группы генераторов, линии передачи, нагрузки и др.) или отключении их после аварии (обычно короткого замыкания в каком-либо из этих элементов); определение изменений тока, частоты и других параметров режима. Расчёты во всех указанных случаях проводят с учётом основных нелинейностей существенных для данной задачи динамических характеристик.

Таким образом, при управлении переходными процессами на первое место выдвигается вероятность отклонения параметров управляемого режима от тех, которые признаны оптимальными. Веников В. А. правильно писал: "Режим работы электрической системы во многом определяется случайными явлениями… Переходные электромеханические процессы при больших случайных возмущениях в системе описываются вероятностными закономерностями… Можно различать вероятно-определённый характер процессов, когда для определяющих их случайных величин точно известны вероятностные характеристики".

Итак, налицо различие концепций ТОЭ и ЭЭС как в общетеоретической постановке, так и в решении собственных специфических задач. В частности, статические характеристики, при всей кажущейся строгости, не могут дать однозначный результат (как это достигается при пользовании формулами ТОЭ для электрических цепей). Электроэнергетическая система задаётся (определяется) некоторым усреднённым значением, восходящим к математическому ожиданию нормального распределения, отклонения от которого инженерно определяемы и могут быть приемлемы по дисперсии.

Изложенное позволяет сделать важный  вывод, что электрические сети и системы (энергетика в целом) имеют дело с процессами и системами как абстрактными (идеальными) объектами исследования и управления. Расчёты режимов, оценка устойчивости и результатов функционирования опираются, не забывая ТОЭ, на теорию вероятностей и математическую статистику, кибернетику, теорию больших или сложных систем, системный анализ, исследование операций, технический анализ; многокритериальную оптимизацию.

В качестве же общего вывода нами защищается специфика каждой из крупных частей электрической науки и электрической практики: изготовление электротехнической продукции; генерация, передача и распределение электрической энергии; применение электротехнической продукции и использование электроэнергии.

 

           Контрольные вопросы

1.       Почему сейчас встал вопрос о новом мировоззрении?

2.       Какова главная особенность первой научной (классической) картины мира, и где границы её применимости?

3.       Прокомментируйте применительно к сегодняшнему дню положения плана ГОЭЛРО.

4.       Укажите количественные характеристики основного оборудования систем электроснабжения и электрооснащения конкретной (вашей) квартиры.

5.       Каковы особенности применения вероятно-статистической (второй постнеклассической) научной картины мира применительно к электрическим сетям и системам субъектов            электроэнергетики?

6.        Каковы особенности определения границ электрического хозяйства, специфика связей и взаимодействия элементов между собой?

Б. И. Кудрин