Электроэнергия преодолевает пространство

«Рассказы о русском первенстве» — читайте интересные статьи из этой книги, с продолжениями! Вы узнаете о реальном вкладе русских ученых и изобретателей в развитие мировой  науки и техники.

Электрический ток, рожденный на далеких электростанциях, несет нам по висячим магистралям проводов свет, тепло, механическую силу. Много лет упорного и напряженного труда было затрачено электротехниками, прежде чем они сумели заставить электроэнергию преодолевать пространство.

В решение этой сложнейшей электротехнической задачи крупнейший вклад внесли русские ученые.

Одним из первых электриков, доказавших возможность передачи электроэнергии на расстояние, был русский ученый Ф. А. Пироцкий, построивший в Петербурге в 1874—1875 годах электропередачу длиной в один километр.

Пироцкий энергично пропагандировал идею электрической передачи. В статье «Передача работы воды, как движителя, на всякое расстояние посредством гальванического тока», напечатанной после его опытов, он писал: «Ввиду громадных издержек, необходимых на содержание паровых движителей больших заводов и фабрик, нам пришла мысль о возможности передачи работы воды, как самого дешевого движителя, на известное расстояние посредством гальванического тока, полученного какою-либо динамо-машиною».

Пироцкий упорно проводил расчеты электропередач и в 80-х годах поставил новые опыты. Но промышленного значения его передачи иметь не могли.

Его работы еще не могли разрешить противоречия, назревшего в последней четверти XIX века в электротехнике. Возможность производить электроэнергию в больших количествах столкнулась с неумением передавать ее на далекие расстояния, туда, где в ней была нужда. Заставить электричество преодолеть пространство, было труднейшей задачей.

Часть электрической энергии при передаче по проводам теряется, расходуется на нагревание проводников. И чем сильнее ток, тем больше такие потери. Потери можно несколько уменьшить, увеличивая сечение проводов, сокращая тем их сопротивление.

Однако, идя таким путем, нельзя разрешить проблему экономичности при передачах большой мощности. Расчет показывает, для того чтобы к потребителю пришла хотя бы половина электроэнергии, посланной по линии длиной в 100 километров генератором, дающим мощность в 1 000 киловатт при напряжении в 220 вольт, провода должны иметь толщину 2 метра! Значит, такой путь негоден.

В 1880 году в русском журнале «Электричество» инженер Дмитрий Александрович Лачинов указал замечательный путь для преодоления, возникшего перед техникой противоречия. Лачинов предложил пользоваться для передачи токами высокого напряжения, но малой силы.

Способ, предложенный Лачиновым, мог быть успешно воплощен в практику при условии применения переменного тока и трансформаторов, изобретенных талантливым сотрудником Столетова, Иваном Филипповичем Усагиным.

Трансформаторы позволили бы, повышая напряжение тока в начале линии передачи и понижая в конце, избежать больших потерь на нагревание проводов. Свой трансформатор Усагин изобрел независимо от Яблочкова. Вместе с ним он разделяет славу создателя этого замечательного аппарата. Свои трансформаторы Усагин применил летом 1882 года для освещения Всероссийской промышленно-художественной выставки в Москве.

По пути, указанному Лачиновым, пошел француз Депре, устроивший осенью 1882 года электропередачу длиной в 57 километров. Но Депре передавал постоянный ток. С большим трудом соединив несколько динамо-машин в громоздкую, сложную систему, Депре получил ток с напряжением в 2 000 вольт при общей мощности в 2 лошадиные силы.

Однако, несмотря на эти опыты передачи электроэнергии на дальние расстояния, такие передачи все еще не могли войти в жизнь, так как на переменный ток спрос предъявляло только электрическое освещение. В силовую же энергетику переменный ток был не вхож: мотора, могущего использовать этот ток, не было. Пытаясь же передать на большее расстояние постоянный ток, господствовавший тогда в промышленности, конструкторы передач неизменно упирались в тупик. Стремясь получить постоянный ток высокого напряжения, для того чтобы уменьшить потери энергии на линии передачи, они сталкивались с большими трудностями.

И вот в эти годы исканий и неоднократных разочарований русский инженер находит выход из создавшегося тупика. В 1890 году, как мы уже знаем, в электротехнике произошло событие большой исторической важности. Михаил Осипович Доливо-Добровольский создает новый электродвигатель — трехфазный асинхронный мотор, работающий на переменном токе, значительно более простой, надежный и экономичный, чем моторы постоянного тока. С появлением этого мотора переменный ток, в арсенале которого были уже альтернаторы, значительно более удобные, чем динамо-машины постоянного тока, и трансформаторы, обеспечивающие ему экономичность передачи, постепенно начинает завоевывать господство в электроэнергетике.

В 1891 году заработала электропередача, спроектированная и построенная Доливо-Добровольским. Она протянулась на 175 километров  между Лауфеном и Франкфуртом.

В этой передаче иностранными были только географические пункты и  материалы, из которых она была сооружена. Все остальное было русским. Альтернаторы лауфеновской гидростанции производили трехфазный переменный ток — детище Доливо-Добровольского. Затем трансформаторы, обязанные своим рождением Яблочкову и Усагину, повышали напряжение тока до 25 000 вольт. Ток пробегал 175 километров по трехпроводной линии, сконструированной Доливо-Добровольским.

Во Франкфурте ток попадал в другой трансформатор, понижавший его напряжение до 65 вольт. Преображенный ток вращал асинхронные моторы Доливо-Добровольского и вспыхивал в электрических лампочках Лодыгина. Инженерное руководство всем строительством электропередачи осуществлялось русскими специалистами, в том числе и Р.Э. Классоном, известным электротехником, построившим первые русские электростанции в Петербурге, Москве и Баку.

Триста лошадиных сил передавалось по этой линии, и только одна пятая мощности терялась.

Успех передачи Доливо-Добровольского развеял все скептические предсказания противников переменного тока, к числу которых, кстати сказать, принадлежал и Эдисон. Будучи главой компании, экспортировавшей постоянный ток, Эдисон весь свой авторитет и незаурядный талант организатора мобилизовал на борьбу с переменным током.

Он внес на рассмотрение сената штата Виргиния законопроект, запрещающий пользоваться переменным током, и в подкрепление своего предложения даже апеллировал к богу, говоря, что «переменный ток противен самой божественной природе человека».

Но все старания были напрасны: электротехнику не удалось сбить с того единственно правильного пути, на который ее вывели русские новаторы. Она стремительно развивалась под знаком использования переменного трехфазного тока. Электростанции стали производить переменный ток.

Он потек по линиям электропередач, питая громадную армию электромоторов заводов и фабрик, миллионы электрических ламп, огромные заводские электропечи и т. д.

Постоянный же ток остался монополистом только в некоторых областях — в электрохимии, электрометаллургии, подводном флоте, в городском и железнодорожном транспорте…

Борясь за еще больший расцвет энергетики, советские электротехники приступили к решению новой грандиозной задачи: поставить на службу хозяйству неисчерпаемую мощь великих рек Сибири и энергетические ресурсы отдаленных районов страны. Для этого нужно уметь передавать энергию на 500 — 1000 и более километров.

Переменный ток для этого не годится. Сам создатель современной энергетики переменного тока, великий Доливо-Добровольский в 1919 году, перед смертью, указал, что протяженность электропередач переменного тока не может расти беспредельно. Линия длиной в 400 — 500 километров станет электрически неустойчивой, она не сможет пропускать ток большой мощности. Причина электрической неустойчивости кроется в самой природе переменного тока.

Предсказывая возможность таких затруднений, Доливо-Добровольский одновременно наметил и путь к их преодолению. Он говорил, что переменный ток надо будет сохранить только в месте потребления и производства электроэнергии, в линиях же сверхдальних передач нужно использовать постоянный ток. Для постоянного тока проблемы электрической устойчивости не существует. К тому же постоянный ток обладает меньшим пробивным действием, чем равный ему по напряжению переменный — задача изолирования линий облегчается. Можно даже будет пользоваться подземным кабелем, более дешевым и удобным, чем воздушные электромагистрали.

Сейчас созданы  мощные и надежные выпрямители, с помощью которых можно преобразовать переменный ток в постоянный.

Есть устройства и прямо противоположного назначения — инверторы — аппараты для преобразования постоянного тока в переменный. Основа выпрямителей и инверторов — уже знакомая нам дуга Василия Петрова.

Так на наших глазах строится замечательная линия электроэнергетики будущего. В цепь, созданную некогда нашими соотечественниками, вковываются два новых важнейших звена — выпрямитель в начале линии, на электростанции, и инвертор в конце, перед понижающим трансформатором, у потребителей.

Источник: Болховитинов В. и др. Рассказы о русском первенстве. Москва: Изд-во ЦК ВЛКСМ «Молодая гвардия», 1950. 424 с. С.112-117.