Ток в пути. Депре и Лачинов

В прошлом номере газеты мы рассказали, какв 1873 году на Венской международной выставке французский электрик И. Фонтен продемонстрировал возможность передачи электрической энергии на значительное (километр!) расстояние. Русский инженер Ф. Пироцкий предложил эту возможность использовать для «передачи работы воды, как самого дешевого движителя, на известное расстояние посредством гальванического тока, полученного какою-либо динамомашиною» – в интересах промышленности, взамен машин паровых. Препятствием были высокие потери мощности в линии. Для их уменьшения пробовали пойти по пути увеличения сечения (то есть понижения сопротивления) проводников. Пироцкий даже на практике использовал в этом качестве железнодорожные рельсы, в 600 раз более толстые, чем обычные провода. Но это требовало больших затрат металла.

Более перспективным казался путь повышения напряжения в линии электропередачи.

Сначала вопрос изучался теоретически. В марте 1880 французский инженер Марсель Депре опубликовал работу, в которой математически доказывал, что КПД установки, состоявшей из электродвигателя и линии передачи, не зависит от сопротивления самой линии. Такой вывод казался парадоксальным, так как вначале не удалось объяснить, что это возможно исключительно при увеличении напряжения передачи. На последнее обстоятельство, тоже с математическими выкладками, через три месяца указал петербургский профессор Дмитрий Александрович Лачинов. Он-то и рассчитал соотношение параметров линии, делающее транспортировку электроэнергии возможной и целесообразной.

В 1881 Депре на 1-м Международном конгрессе электриков в Париже заявил: «полезная механическая работа и экономическая отдача остаются постоянными, какова бы ни была дальность передачи электроэнергии» - и был осмеян учёными мужами.

Но на следующий год он построил свою первую ЛЭП. В городе 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 в Мюнхен (расстояние 57 км), где электродвигатель приводил в действие насос для искусственного водопада. Специальной комиссией событие было оценено как «величайшее с момента изобретения телефона». М. Депре отметил в этой связи: «До сего времени продолжают рассматривать электричество с точки зрения телеграфии, как предназначенное исключительно к произведению точных, но слабых механических эффектов». Но встречались и весьма глубокие оценки.

— Передача электрического тока по простому телеграфному проводу освобождает промышленность почти от всяких границ, полагаемых местными условиями, делает возможным использование самой отдаленной водяной энергии. Вначале это будет полезно только для городов, но в конце концов станет мощным рычагом для устранения противоположности между городом и деревней, – писал текстильный фабрикант Фридрих Энгельс, и, как первый коммунист, предрекал:

— Совершенно ясно, что благодаря этому производительные силы настолько вырастут, что управление ими будет всё более не под силу буржуазии».

КПД передачи в первом опыте Депре не превысил 25%, а оппоненты оспаривали не только этот скромный результат, но и саму возможность такой транспортировки. Пришлось доказывать – предъявлять результаты, повторяемые в иных условиях, меняя оборудование.

1882, Париж. Депре обе машины поставил рядом, и соединил кабелем (на барабане) длиной 15 км. КПД достиг 0,48.

1883, линия Визиль – Гренобль, протяженность 14 км. В Визиле водопад задействовал турбину и генератор мощностью 11,5 л.с., в Гренобле работали несколько электродвигателей печатных машин (примерно 7 л.с.). КПД – 0,62.

1885, ЛЭП Крейль – Париж, 56 км, Специально построенные машины давали напряжение до 6 кВ, мощность — около 50 л.с., КПД - 45%. Вес такой машины был около 70 т.

1886, Золотурн – Кригштедтен (Швейцария), 7,4 км, 50 л.с. КПД – 0,75.

Вскоре И. Фонтен последовательно соединил четыре электрогенератора – меньшего напряжения, а потому, и веса - и получил КПД передачи 0,82!

Так обоснованная Д. Лачиновым возможность посредством тока высокого напряжения «передавать работу на весьма значительные расстояния, не опасаясь экономических невыгод», подтвердилась на практике. Сам же он, тем временем, отстаивал право на существование теоретической электротехники как науки, приводя «давнишнее, но верное сравнение человека, лишенного теоретических знаний, со слепым, принужденным подвигаться ощупью. Если искание истины и возможно с завязанными глазами, то нельзя не согласиться, что этот путь труден и неудобен».

В своей теоретической статье «Электромеханическая работа» он раскрыл глаза на основы проектирования аппаратов постоянного тока. Созданные в 80-е годы XIX века двигатели действительно обладали хорошими промышленными характеристиками. Забрезжили было перспективы мировой революции, хотя бы, для начала, технической.

И всё же, этот путь решения проблемы – посредством мощного постоянного тока – в светлое будущее не привёл. Высоковольтные генераторы часто выходили из строя из-за порчи изоляции. А потребитель должен был установить у себя высоковольтный двигатель, который бы крутил генератор, который бы вырабатывал ток низкого напряжения для питания моторов и лампочек, которые бы соответствовали потребительским параметрам.

К середине 80-х годов для преобразования напряжения придумали более компактное устройство – трансформатор. Если в начале линии напряжение от низковольтного генератора трансформатором повышать, передавать ток по ЛЭП с минимальными потерями, а в конце поставить понижающий трансформатор, можно задумываться о мировой электрификации!

Однако сначала пришлось вспомнить, что трансформатор преобразовывает только переменный ток. И в 1891 году на Франкфуртской выставке Михаил Осипович Доливо-Добровольский продемонстрировал новый тип генерации - трехфазного переменного тока.

Но это уже другой путь производства и транспортировки электричества.Мы расскажем о нём в другом номере газеты.