Перші спроби передачі електроенергії на відстань. Частина 1

Віденська міжнародна виставка 1873 р

До перших спроб передачі електричної енергії на відстань відносяться до самого початку 70-х років. У 1873 р на Віденській міжнародній виставці французький електрик І. Фонтен демонстрував оборотність електричних машин.

Одна з машин Грамма працювала в режимі генератора, а така ж друга - в режимі двигуна. Остання машина приводила в дію водяний насос штучного водоспаду.

Бажаючи трохи знизити потужність двигуна (щоб вода не вибивалася за межі басейну), Фонтен вирішив збільшити опір проводів, що сполучали дві машини. Для цього він включив між машинами барабан з кабелем довжиною трохи більше 1 км.

Так була показана можливість передачі електроенергії на більш-менш значне за поданнями того часу відстань. Разом з тим сам Фонтен ні переконаний в економічній доцільності електропередачі.

Так як при включенні з'єднувального кабелю він отримав значне зниження потужності двигуна, що свідчило про великі втрати енергії в кабелі.

Якщо вважати, що потрібно передати певну потужність на відстань, то з з закону Джоуля-Ленца видно, що втрати в лінії залежать від напруги, питомого опору дроти і його перетину. Зниження питомої опору проводів практично неможливо, тому що мідь, що стала основним матеріалом для виготовлення проводів, має гранично малий питомий опір. Отже, були тільки два шляхи для зниження втрат в лінії: збільшення перерізу проводів або підвищення напруги.

У 70-х роках був досліджений перший шлях, так як збільшення перетину провідників уявлялося заходом, мабуть, більш природним і технічно легше здійсненним в порівнянні з підвищенням напруги.

Досліди з передачі електричної енергії Піроцького

У 1874 р російський військовий інженер Ф. А. Піроцький прийшов до висновку про економічну доцільність виробництва електричної енергії в тих місцях, де вона може бути дешево отримана завдяки наявності палива або гідравлічної енергії, і передачі її по лінії до більш-менш віддаленому місця споживання .

У тому ж році він приступив до дослідів передачі енергії на артилерійському полігоні Волкова поля (близько Петербурга), використавши електричну машину Грамма. Дальність передачі в дослідах Піроцького становила спочатку більше 200 м, а потім була збільшена приблизно до 1 км.

Для зменшення втрат в лінії Піроцький пропонував використовувати в якості провідників залізничні рейки, перетин яких більш ніж в 600 разів перевищувало перетин звичайного телеграфного дроту.

Прагнучи перевірити свої висновки, він під кінець 1875 року виробив досліди передачі електроенергії по рейках не діяти гілки Сестрорецький залізниці довжиною близько 3,4 км Обидва рейки ізолювались від землі, один з них служив прямим, другий - зворотним проводом. Електричний струм йшов від невеликого генератора Грамма до електродвигуна, віддаленого на відстань близько 1 км.

Необхідно відзначити, що Піроцького не єдиним іелектротехніком, який став на шлях збільшення перерізу проводів, Так, наприклад, В. Сіменс, відвідавши в 1876 р Ніагарський водоспад, зумів правильно оцінити енергетичні можливості його використання, але стверджував, що для передачі енергії водоспаду на відстань 50 км буде потрібно провідник діаметром 75 мм. Подібні висновки були наочним виразом рівня знань в області електротехніки в 70-х роках XIX ст.

Незважаючи на нераціональність практичного спрямування, обраного Піроцькі, його досліди привернули увагу до питань електропередачі взагалі, викликали ряд нових досліджень, що призвели до виявлення правильного шляху для вирішення цієї проблеми.

Пропозиція Піроцького про використання залізничних рейок для передачі електричної енергії на відстань знайшло своє застосування вже при розробці перших проектів міських електричних залізниць.

Передача за допомогою підвищення напруги

Інший шлях вирішення проблеми передачі електричної енергії, заснований на підвищенні напруги лінії передачі, - шлях прогресивний - був обраний французьким академіком М. Депре і професором фізики Петербурзького лісового інституту Д. А. Лачіновим.

У березні 1880 року в протоколах Паризької академії наук була опублікована доповідь М. Депре «Про коефіцієнт корисної дії електричних двигунів і про вимірювання кількості енергії в електричному ланцюзі», в якому він математично доводив, що к. П. Д. Установки, що складалася з електродвигуна і лінії передачі, не залежить від опору самої лінії.

Такий висновок видався Депре парадоксальним, так як йому спочатку не вдалося встановити, що збільшення опору лінії не впливає на ефективність електропередачі тільки при певному умови, а саме при збільшенні напруги передачі. Ці умови вперше були вказані проф. Д. А. Лачіновим в статті «Електромеханічна робота», опублікованій в червні 1880 року в першому номері журналу «Електрика».

На основі математичних викладок Лачинов показав, що в електропередачі «корисна дія не залежить від відстані» лише за умови збільшення швидкості обертання генератора (т. Е. При підвищенні напруги лінії, так як е. Д. С., Що розвивається генератором, пропорційна швидкості обертання ).

Велика заслуга в практичному вирішенні питань передачі енергії постійним струмом на значні відстані належить М. Депре. Виходячи з раніше розроблених принципів, Депре в 1882 р будує першу лінію електропередачі Місбах - Мюнхен протяжністю 57 км.

На одному кінці дослідної лінії в Місбаха була встановлена ​​парова машина, що приводила в дію генератор постійного струму потужністю 3 л. с., що давав струм напругою 1,5-2 кв. Енергія передавалася по сталевим телеграфним проводам діаметром 4,5 мм на територію виставки в Мюнхені, де була встановлена ​​така ж машина, яка працювала в режимі електродвигуна і приводила в дію насос для штучного водоспаду. Ця електропередача працювала з перебоями (4 дня з 12) з причини різних несправностей в мережі; її к. п. д. не перевищував 0,25.

Хоча цей перший досвід і не дав досить сприятливих технічних результатів, його значення не можна було недооцінювати: електропередача Місбах - Мюнхен з'явилася відправним пунктом для подальших робіт з розвитку методів і засобів передачі енергії на відстань.