"Новости Электротехники" «Старые номера журнала «Электричество»: передача энергии минувшего.»

	< Предыдущая ] [ Следующая >	Журнал №5(11) 2001


	Старые номера журнала «Электричество»: передача энергии минувшего. В последней четверти XIX века перед инженерами стояла грандиозная задача, от решения которой иногда принципиально зависело развитие той или иной страны - произвести энергию там, где это целесообразней и дешевле, и передать туда, где это необходимо и продается максимально выгодно. Началась азартная гонка на все более протяженные расстояния в борьбе за передачу все более высокого напряжения из пункта А в пункт Б: Мисбах–Мюнхен, Крейль–Париж, Лауфен–Франкфурт. Эти названия говорили современникам не меньше, чем нам Париж–Дакар. История электропередачи началась с демонстрации на Венской международной выставке 1873 г. возможности передачи электроэнергии на расстояние. Французский электрик Ипполит Фонтен соединил генератор и двигатель кабелем длиной чуть больше 1 км; двигатель приводил в действие насос искусственного водопада. Однако два года спустя Фонтен писал: «Я не верю в возможность электрической передачи больших мощностей на большие расстояния». Он сомневался в экономической полезности электропередачи, так как при ее включении получил значительное снижение мощности двигателя и большие потери энергии в кабеле. Для уменьшения потерь в линии оставалось два пути: увеличение сечения проводов или повышение напряжения, т.к. невозможно было понизить предельно малое удельное сопротивление применяемого в то время медного провода. По первому пути пошел русский военный инженер Ф. Пироцкий. В 1874 г. он предложил использовать в качестве проводников железнодорожные рельсы, площадь поперечного сечения которых в 644 раза превышала площадь поперечного сечения телеграфного провода. В конце 1875 года Пироцкий провел опыты передачи энергии по рельсам Сестрорецкой железной дороги. Оба рельса изолировались от земли, один из них служил прямым проводом, второй – обратным . Электрическая энергия передавалась от небольшого генератора Грамма к электродвигателю, удаленному на расстояние около 1 км. Вот как описывался один из более поздних опытов Пироцкого: «22-го сего августа (1880 г.) в 12 часов дня на Песках, на углу Болотной улицы и Дегтярного переулка, в первый раз в России двинут вагон электрическою силою тока, идущего по рельсам, по которым катятся колеса вагона. Динамоэлектрическая машина подвешена к вагону снизу. В присутствии Управления 2-го Общества конножелезных дорог пробное движение вагона электрическим способом назначено на 1 сентября в 11 час утра». Об увеличении сечения провода говорил и В. Сименс. Посетив в 1876 г. Ниагарский водопад, он утверждал, что для передачи энергии Ниагарского водопада на расстояние 50 км потребуется проводник диаметром 75 мм. Т.е. «для изготовления проводов - заявлял Сименс - придется использовать целый медный рудник». В 1892 году Николай Бенардос - выдающийся российский изобретатель - составил свой проект передачи электрической энергии. В то время безмерно боялись поражений людей и экипажей током, поэтому требовали подвешивать провода так, чтобы под ними мог проехать «воз с сеном, на котором сидит казак с пикой». По рисунку видно, что об этом знал и Бенардос. Инженер предложил необычное решение: «от мостового здания, где находятся электрические машины, до центральной станции в Петербурге... должна быть проложена на металлических или каменных столбах воздушная труба из котельного железа, в которой по ее стенам внутри пойдут электрические проводники, укрепленные на изоляторах особой системы, не допускающей утечки тока и дозволяющей быстро и удобно производить проводку. На дне трубы ... должен быть проложен рельсовый путь для ручной дрезинки, на которой мог бы свободно проезжать дистанционный сторож, ревизор, смотритель проводов и рабочие.» Другой путь решения проблемы передачи электроэнергии - повышение напряжения - сначала изучался теоретически. Исследования выполнялись практически одновременно в разных странах, независимо друг от друга. В марте 1880 г. публикуется доклад французского инженера Марселя Депре «О коэффициенте полезного действия электрических двигателей и об измерении количества энергии в электрической цепи». Автор утверждал, что КПД установки, состоявшей из электродвигателя и линии передачи, не зависит от сопротивления самой линии. Правда Депре и самому такой вывод казался парадоксальным, так как ему вначале не удалось установить, что только при увеличении напряжения передачи увеличение сопротивления линии не влияет на эффективность электропередачи. Об этом условии написал профессор Петербургского лесного института Д. Лачинов в статье «Электромеханическая работа», напечатанной в июне 1880 г. («Электричество», №1): «полезное действие (в электропередаче) не зависит от расстояния лишь при условии увеличения скорости вращения генератора» (т.е. при повышении напряжения в линии). Кроме того, Лачинов определил и количественное соотношение между параметрами линии передачи. Вскоре Депре пришел к аналогичным выводам и в 1882 г. построил первую линию электропередачи Мисбах - Мюнхен (57 км). В Мисбахе установили паровую машину, приводившую в действие генератор постоянного тока (мощность 3 л.с., напряжение 1,5-2 кВ). По стальным телеграфным проводам (диаметр 4,5 мм) энергия передавалась на территорию выставки в Мюнхене, где такая же машина, работавшая в режиме электродвигателя, приводила в действие насос для искусственного водопада. КПД передачи не превысил 25 %, но линия Мисбах - Мюнхен стала отправным пунктом для дальнейших работ по развитию методов и средств передачи электроэнергии на расстояние. В 1885 году были проведены новые опыты на расстоянии 56 км между Крейлем и Парижем. КПД передачи достиг уже 45%. Через несколько лет, остановившись после многочисленных дискуссий на переменном токе, германской фирме AEG, в которой в то время работал М. Доливо-Добровольский, предложили передать энергию водопада на р. Неккар (близ местечка Лауфен) на территорию выставки во Франкфурт на расстояние 170 км. Турбина в Лауфене давала полезную мощность 300 л.с. Специалисты полагали, что КПД установки может оказаться ниже 50%. Трехпроводную линию выполнили на деревянных опорах (пролет 60 м), медный провод диаметром 4 мм за-крепили на штыревых фарфорово-масляных изоляторах, со стороны высокого напряжения установили плавкие предохранители. Власти германских земель, чьи территории пересекала линия, опасались высокого напряжения: многих страшили столбы с табличками, на которых был изображен череп, некоторых смущало то, что оборудование на электростанции было заземлено, заземлена была и нейтраль трансформатора - в связи с этим боялись обрыва и падения на землю провода. Собрав представителей власти, провели эксперимент. Включили линию под напряжение, искусственно оборвали провод, который с яркой вспышкой упал на рельсы железной дороги, а Доливо-Добровольский сейчас же поднял провод голыми руками - настолько он был уверен, что спроектированная им защита сработает надежно. 25 августа 1891 г. состоялся официальный пуск линии. Вот, что писал в своей заметке для журнала «Электричество» инженер Р. Классон, участвовавший в испытаниях на Франкфуртской выставке: «...ограничимся указанием результатов, которые достигнуты были этим единственным по размерам опытом: при (фазном) напряжении от 7500 до 8500 вольт общий КПД передачи доходил до 75%, результат, несомненно, чрезвычайно благоприятный, если принять во внимание дальность расстояния (170 км).» Испытание на линии Лауфен - Франкфурт показало возможности и преимущества передачи энергии переменным трехфазным током. Началась электрификация. По данным журнала «Электричество» (1910, №10), в России всего-навсего в 38 городах имелись частные и городские электростанции, но как ни странно, первым городом в Европе, который освещался только электричеством, было Царское Село. Считают, что электрификация городов Российской империи: Москвы, Петербурга, Самары, Киева, Харькова, Риги началась с 1897 года. Но успех передачи Лауфен - Франкфурт вовсе не означал, что моментально все станции и линии передачи будут строиться лишь переменного трехфазного тока. По-видимому, казалось проще и выгодней использовать уже знакомые и хорошо изученные системы постоянного тока: в 1895 г. пущена городская электростанция в Казани, в 1896 - в Ростове-на-Дону, в 1902 г. - в Екатеринославе. Кстати, за один час горения фонаря Екатеринослав оплачивал Центральной электрической станции 4,75 коп. и городское управление внимательно следило за экономным использованием энергии. «Семь внеочередных нарядов» получил в 1912 году околоточный надзиратель Герцфельд за то, что во время дежурства в полицейском управлении в 3 часа 30 минут ночи не выключил освещение. Кроме улиц, по «льготному» тарифу освещались парки, учебные заведения, больницы. Для коммерческих предприятий, кинематографа, частных домов, рекламы энергию продавали значительно дороже - 25,5 коп. за кВт. А вот какими были первые шаги в развитии городской энергетики в Ялте: «Центральная станция дает освещение не только самого порта, т.е. мола и набережной, но и Ливадийскаго шоссе. Въ торжественные и табельные дни станция дает иллюминационное освещение лампочками накаливания; кроме того, на обязанности станции лежит также освещение зданий министерства путей сообщения. Въ котельном отделении установлены 2 паровых водотрубных котла Фицнера и Гампера. Для питания котлов служат два инжектора и один паровой насос Вортингтона. ...Въ машинном отделенiи установлены две компаунд паровыя машины вертикального типа, завода Робей с конденсацией пара. Динамо-машины постоянного тока, шунтъ, завода Сименс и Гальске, по 22 киловаттъ, 220 вольт. Передача ременная. В машинном здании помещается на высоте 6 метров водяной бак для доставления воды и конденсаторы системы Кертинга. Общая мощность станции - 44 киловатта. Отъ центральной станции к местам потребления тока идутъ подземные свинцовые кабели марки с.к.а. Кабели лежатъ в слое песка на глубине около 2 футъ. Около моста речки Учанъ-Су построен железный домик, представленный на рис. 1, в коемъ кончается иллюминацiонный кабель. От этого домика идут три кабеля для освещения Ливадийскаго шоссе 12-дуговыми фонарями и один кабель для освещения здания министерства путей сообщенiя. Падение напряжения в цепи дуговых ламп не превышает 10%, а в иллюминационной цепи оно не более 5%.» А.Нотар *«Установка электрическаго освещения Ялтинскаго порта в Крыму». «Электричество», 1901, №17-18* После Лауфена - Франкфурта заметно меняется тон публикаций, рассказывающих об оборудовании. В Турине, там же, где французский электротехник Люсьен Голяр в 1884 году осуществил одну из первых промышленных передач энергии на переменном токе (40 л.с. на 40 км при напряжении 2000 В), через четверть века демонстрируют «очередную» высоковольтную трехфазную установку, уже не обсуждая достоинства и недостатки использования переменного тока - все очевидно, а критикуя ее за «неизящность», «неудобство» и «неэкономичность». «Наиболее интересной частью выставки (фирма Vedovelli, Priestly&C-ie - Париж) должна была быть высоковольтная установка фирмы. Въ этой установке ток низкаго напряжения при помощи трехфазнаго трансформатора трансформируется до напряжения 110.000 вольт и, затем, черезъ измерительные трансформаторы, катушки самоиндукции и масляные выключатели поступает через специальные муфты в три подземные кабеля (для каждой фазы имеется отдельный кабель). Для подвески проводов применен особый тип изоляторов (рис. 1). Число отдельных единиц, включенных последовательно, достигает 20 шт. (рис. 2). Схема расположения проводников, изоляторов и оттяжек видна на рис. 3. ... При таком расположении получается довольно неизящное и неудобное расположение с чрезвычайно большим числом изоляторов, что, конечно, сильно удорожает всю установку; кроме того, принятое расположение проводов сильно увеличивает высоту столбов, что несомненно также невыгодно отражается на стоимости установки. В общем, вся установка производит не особенно выгодное впечатление». *«Выставка в Турине (1911 г.)» «Электричество», 1912, №1.* Всего через два десятка лет с начала бурного развития энергетики, свидетелям электрификации были ясно видны ее несомненные плюсы, и неизбежные минусы. «...Поучительна эксплуатация силы падения воды в Италии, где она развилась в течение нескольких лет и обещает в скором будущем совершить полный переворот в промышленности этой страны. Италия, благодаря почти полному отсутствию угля и гористой поверхности, имела до последнего времени слабо развитую промышленность. Горы дают начало тысячам горных потоков, а дороговизна угля заставляет предпринимателей устраивать электрическую передачу энергии, дорогую при первоначальном устройстве, но весьма выгодную при длительной эксплуатации. Пионеры индустрии проникли в поэтичные окрестности Лаго-Маджоре, и развалины древних замков начинают уступать место фабричным корпусам. Места, полные воспоминаний древности, отныне бесповоротно будут обезображены... Падающая с высоких гор Пескара 55-ю тыс. л.с. питает фабрики и заводы, готовящие соду, карбид и алюминий. Часть этой энергии несется проводами к Риму и Неаполю током в 80 - 88 тыс. вольт напряжения, что еще недавно было самым значительным напряжением при передаче. Длина линии доходит до 180 километров». В.Рюмин *«Белый уголь Италии». «Природа и Люди», 1912, №2. Выше, дальше, эффективней. Не прекращаются поиски оптимальных решений для передачи энергии. Технологические гонки продолжаются! Электрическая станцiя (гидравлическая), расположенная на водопаде.*