ЭНЕРГИЯ ПРЕОДОЛЕВАЕТ ПРОСТРАНСТВО


ЭНЕРГИЯ ПРЕОДОЛЕВАЕТ ПРОСТРАНСТВО

Электрический ток, рожденный на дальних электростанциях, несет нам по висячим магистралям проводов свет, тепло, механическую силу. Замечательные путешествия электрической энергии вошли в повседнев

9 Рассказы

ность. Теперь они никого не удивляют. Но много лет упорного и напряженного труда было затрачено электротехниками, прежде чем удалось заставить электроэнергию преодолевать пространство.

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

Они осуществили смелые опыты передачи электроэнергии на большое расстояние. Они создали систему электрической передачи, которая оказалась наиболее экономичной и совершенной; она повсеместно применяется и поныне. В их теоретических трудах находят опору проектировщики энергомагистралей завтрашнего дня.

Одним из электриков, доказавших возможность передачи электроэнергии на расстояние, был изобретатель Ф. А. Пироцкий (1845—1893), построивший в Петербурге в 1874—1875 годах опытную электропередачу длиной в 1 километр.

Пироцкий энергично пропагандировал идею электрической передачи. В статье «О передаче работы воды, как движителя, на всякое расстояние посредством гальванического тока», напечатанной после его опытов, он писал: «В виду 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 динамомашиною».

Изобретатель-патриот мечтал о благе своей родины. «У нас в России, — писал он, — передача работы может иметь огромное применение, в чем нетрудно убедиться, взглянув на карту».

Нужно использовать дешевую энергию рек, призывал новатор, заставить водяные турбины отдавать свою мощь генераторам тока, передавать эту энергию на далекие расстояния заводам и фабрикам.

Пироцкий упорно проводил расчеты электропередачи и в 80-х годах поставил новые опыты.

Еще в пору первых опытов Пироцкого П. Н. Яблочков, работая над освещением улицы Оперы в Париже в 1876 году, создал линию электрической передачи длиной в 1 километр. По этой линии, предназначенной уже не для опытов, а для повседневной эксплуатации, передавался ток нормального напряжения. Таким образом, великий электротехник занимался и устройством электропередачи на сравнительно большое расстояние, имевшей практическое значение.

Яблочков подчеркивал необходимость централизованного производства электричества и распределения его по сети между многочисленными потребителями.

Этот принцип, ныне лежащий в основе производства и потребления электроэнергии во всем мире, смог быть воплощен в жизнь только после того, как электротехника овладела способом удобно и экономично передавать электроэнергию на большие расстояния.

В 1882 году центральную электростанцию построил и Эдисон. Его электростанция производила постоянный ток, и поэтому радиус ее действия был меньше 1 километра.

Опыты Пироцкого и работы Яблочкова еще не могли разрешить противоречия, назревшего в последней четверти XIX века в электротехнике: производство электроэнергии в больших количествах столкнулось с неумением передавать ее на далекие расстояния, туда, где в ней была нужда. Заставить электричество преодолевать 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 передач большой мощности.

В 1880 году в русском журнале «Электричество», одном из старейших в мире электрических журналов, Дмитрий Александрович Лачинов (1842—1902) указал замечательный путь для разрешения возникшего перед техникой противоречия: Лачинов предложил пользоваться для передачи токами высокого напряжения.

Способ Лачинова мог быть успешно воплощен в практику-при условии применения переменного тока и трансформаторов.

Трансформаторы, повышая напряжение тока в начале линии передачи и понижая его в конце, позволили бы избежать больших потерь на нагревание проводов.

Мы уже знаем — при создании системы «дробления света» П Н. Яблочков использовал прибор, который явился прообразом трансформатора. Несколько лет спустя, в 1882 году, Иван Филиппович Усагии — лаборант Столетова, человек, вышедший из народа и благодаря своим выдающимся способностям поднявшийся до вершин науки, — применил трансформатор' для освещения электротехнического павильона Всероссийской промышленно-художественной выставки в Москве. Председатель жюри выставки великий ученый К. А. Тимирязев подписал Усагииу особый диплом: «За успешные опыты электрического освещения через посредство отдельной индукции и в поощрение дальнейшей разработки этой методы». Позже Усагин получил также диплом «За открытие трансформации токов».

В 1884 году в Италии на выставке в Турине демонстрировался трансформатор Голларда и Гиббса. Изобретателем был Голлард, который из-за отсутствия средств для создания машины пригласил в компанию банкира Гиббса. Более совершенную конструкцию трансфор-

Титульный лист журнала «Электричество».

** 1882

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО

ЖУРНАЛЪ

И1ДАМСМЫ0 V) втдъламъ

ВШЕШОЮДО 1ИШГ0 ХЕШШАГО 0КЩО1А

р рг^пптъ |ЬштЕ.\к1м1аскля № {

.Журиаь кцдодаразапмацдтршпщ ю одиг» А* ддомсютыхь аиста»

матора создали вскоре венгерские инженеры — Циперновский, Дери и Блати. В их машине были применены железные сердечники, повышающие ее коэффициент полезного действия. Так подготавливалось создание одного из звеньев электропередачи.

По пути повышения напряжения пошел французский электротехник Депре, который осенью 1882 года провел электропередачу длиной в 57 километров. Но Депре передавал постоянный ток. Соединив несколько динамо-машин в единую сложную систему, Депре получил ток с напряжением в 2 тысячи вольт при общей мощности в 2 лошадиные силы. Потери в линии Депре были довольно большими: к потребителю

пришла только одна пятая часть отправленной энергии.

Живейший интерес к передаче электроэнергии на дальние расстояния проявили Маркс и Энгельс. Уз'нав об опытах Депре и отмечая, что создание дальней электропередачи находится еще в зародыше, Энгельс тем не менее подчеркивал, что это открытие окончательно освобождает промышленность почти от всяких границ, полагаемых местными усло-виями, делает возможным использование также и самой отдаленной водной энергии, и если вначале оно будет полезно только для городов, то в конце концов оно станет самым мощным рычагом для устранения противоположности между городом и деревней. Благодаря этому производительные силы настолько вырастут, что управление ими будет все более и более не под силу буржуазии.

Однако, несмотря на успешные опыты, передачи электроэнергии на дальние расстояния все еще не могли войти в жизнь, так как переменный ток нужен был только для электрического освещения. В силовой же энергетике переменный ток не применялся: двигателя, могущего как следует использовать этот ток, не было. Пытаясь же передать на большее расстояние постоянный ток, который господствовал тогда в промышленности, конструкторы передач останавливались перед неразрешимой в те времена задачей. Нужно было получить постоянный ток высокого напряжения, чтобы уменьшить потери энергии на линии передачи.

И вот в эти годы исканий и разочарований русский инженер М. О. Доливо-Добровольский создает новый электродвигатель — трехфазный асинхронный двигатель, работающий на переменном токе, значительно более простой, надежный и экономичный, чем двигатели постоянного тока. Это событие большой исторической важности, как мы уже знаем, произошло в 1890 году. Оно способствовало окончательному решению проблемы электропередачи.

Техника переменного тока уже располагала в то время альтернаторами, значительно более удобными, чем динамо-машины постоянного то

ка, и трансформаторами, обеспечивающими экономичность передачи; переменный ток постепенно начинает завоевывать господство в электроэнергетике.

В 1891 году заработала электропередача, спроектированная и построенная Доливо-Добровольским.

Линия электропередачи протянулась на 170 километров между Лауфеном и Франкфуртом.

Альтернаторы лауфеновской гидростанции производили трехфазный переменный ток. Затем трансформаторы повышали напряжение тока до 25 тысяч вольт. Ток пробегал 170 километров по трехпроводной линии.

Во Франкфурте ток попадал в другой трансформатор, понижавший его напряжение до 65 вольт.

Преображенный ток вращал асинхронные моторы системы Доливо-Добровольского и вспыхивал в электрических лампочках. Инженерное руководство всем строительством электропередачи осуществлялось русскими специалистами, в том числе и Р. Э. Классоном, известным инженером, построившим первые русские электростанции в Петербурге, Москве и Баку.

По линии передавался ток мощностью в 300 лошадиных сил, только одна пятая мощности терялась. Вспомним, что в передаче Депре соотношение было как раз обратным.

Успех передачи Доливо-Добровольского окончательно разбил все скептические утверждения противников переменного тока: электротехнику не удалось сбить с единственно правильного пути. Техника переменного трехфазного тока стремительно развивалась. Наша отечественная электротехника показала пример внедрения трехфазного тока в промышленность для постоянной, нормальной эксплуатации.

В начале 90-х годов, вскоре после создания знаменитой лауфеновской передачи, известные русские электротехники В. Н. Чиколев и Р. Э. Классон предложили электрифицировать на основе применения трехфазного тока Охтенский завод в Петербурге.

На реке Охте предполагалось создать центральную гидроэлектростанцию и питать вырабатываемой энергией как двигатели, приводящие в действие машины завода, так и систему электрического освещения предприятия. Словом, производство электрифицировалось примерно в том же объеме, в каком электрифицированы современные предприятия. Проекты Чиколева и Классона были грандиозным для тех времен обобщением всех успехов электротехники. Авторы проектов попутно разрешили многочисленные теоретические и практические трудности, встававшие при создании промышленной энергетической системы.

Так, при создании Охтенской энергосистемы Р. Э. Классон доказал важность заземления корпусов электрических машин как необходимого условия безопасного обращения с ними. Большое значение имело сочетание силовой и осветительной нагрузок станции. Классом разработал систему включения машин; успешно были решены и другие специальные вопросы.

Охтенскую «электрическую передачу силы трехфазным током», вступившую в строй в 1896 году, справедливо считают образцом централизации производства электроэнергии на основе трехфазного тока.

Прошли немногие годы, и трехфазный переменный ток побежал по линиям электропередач, питая тысячи электродвигателей на заводах и фабриках, миллионы электрических ламп, огромные электропечи.

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

Яс * *

В Советской стране электроэнергетика достигла подлинного расцвета. Невиданно быстрыми темпами растет производство электроэнергии, энерговооруженность промышленности, транспорта и сельского хозяйства, длина электропередач.

Задачи дальнейшего развития индустриальной мощи нашей страны выдвинули перед советскими энергетиками ряд сложнейших проблем. Среди них важное место занимает проблема передачи электрической энергии на сверхдальние расстояния. При решении этой задачи советские энергетики обращаются к применению токов очень высоких напряжений. И здесь им есть что почерпнуть в прошлом нашей электротехники: опытная линия трехфазного тока сверхвысокого напряжения — в полмиллиона вольт — для изучения проблемы дальней передачи была построена у нас в стране известным советским ученым академиком А. А. Чернышевым.

Протяженность электропередач будет расти все более и более. Но еще в 1919 году М. О. Д оливо-Добровольский указывал, что протяженность электропередач переменного тока не может расти беспредельно. Очень длинные линии станут электрически неустойчивыми и не смогут пропускать ток большой мощности. Причина в том, что каждый проводник обладает электрической емкостью и самоиндукцией. Переменный ток не безразличен к этим свойствам проводника. Они производят в токе изменения, которые уменьшают его мощность. У проводов сверхдальних передач эти свойства проявляются настолько сильно, что на конце линии мощность тока оказывается ничтожной.

Передача электроэнергии постоянным током От генератора перемен

Предвидя возможность таких затруднений, Доливо-Добровольский 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, и к тому же постоянный ток обладает меньшим пробивным действием, чем равный ему по напряжению переменный, — это облегчает изолирование линий. Можно даже будет пользоваться подземным кабелем.

В наше время предвидения талантливого русского изобретателя оправдались. Все средства, необходимые для сверхдальних передач, теперь есть. Техника создает мощные и надежные выпрямители, с помощью которых можно преобразовать переменный ток в постоянный. Есть устройства и прямо противоположного назначения: для преобразования постоянного тока в переменный. Основа этих аппаратов — явление газового разряда.

Работа мощной сверхдальней передачи будет происходить так. Переменный ток, выработанный генераторами электростанций, пройдя трансформаторы, повышающие его напряжение, будет направляться в выпрямители. Они превратят его в постоянный ток, сохранив высокое напряжение, приобретенное током в трансформаторах. Постоянный ток устремится по линии электропередачи. У места потребления ток встречают инверторы. В этих аппаратах происходит обратное превращение: ток постоянный становится вновь переменным. Затем следуют трансформаторы, теперь уже понижающие напряжение тока. И, наконец, ток идет к электродвигателям, лампам, печам и т. д.

Так рождаются проекты замечательных линий электроэнергетики будущего. Цепь электропередачи приобретает два новых звена: выпрямитель в начале линии, на электростанции, и преобразователь в конце, перед понижающим трансформатором.

Отечественная научная мысль сделала большой вклад в открытие пути электроэнергии от ее источников — рек, водопадов, залежей угля и торфа — к самым различным ее потребителям.

Проект электроатмо-сферического снаряда Каразина.

Советская страна уже в первые годы своего существования показала образцы умелого использования электротехники в интересах народа, в интересах социалистического строительства.

Разработанный по начертаниям великого Ленина знаменитый план ГОЭЛРО, явившийся первым в истории человечества планом перестройки народного хозяйства целой страны на основе электрификации, в своей технической части представлял выдающееся достижение науки. Советские электротехники во главе с академиком Г. М. Кржижановским уже тогда заявили о себе как новаторы исключительной смелости и широты размаха.

Ныне советские ученые и инженеры проектируют и строят электропередачи, величайшие в мире и по длине и по мощности.



Истории, рассказы о русской науке и технике, Болховиттинов В. 1957