Перша трифазна лінія електропередачі вирішує багаторічна суперечка: постійний або змінний струм?

Роком народження електрифікації цілком можна вважати 1891 року, коли відбулася генеральна випробування трифазної системи на Міжнародній електротехнічній виставці у Франкфурті-на-Майні.

Приводом до організації цієї виставки з'явилися труднощі обербургомістра Франкфурта у виборі роду струму для центральної електростанції міста.

Питання «постійний або змінний струм?» Був предметом наукових дискусій протягом 80-х років минулого століття. Авторитетна міжнародна комісія, створена на прохання обербургомістра, теж не дійшла згоди і не змогла дати певних рекомендацій. Тому було вирішено організувати міжнародну електротехнічну виставку і дати можливість всім бажаючим особам і фірмам продемонструвати свої пропозиції і технічні можливості. Була організована міжнародна випробувальна комісія під предселательством німецького вченого Германа Гельмгольца. У число членів комісії входив російський інженер Р. Е. Классон. Передбачалося, що комісія проведе випробування всіх запропонованих систем і дасть відповідь на питання про вибір роду струму і перспективної системи електропостачання.

Організатори Франкфуртської виставки з ініціативи відомого німецького електротехніка О. фон Міллера запропонували фірмі АЕГ, в якій в той час працював Доливо-Добровольський, передати за допомогою електрики енергію водоспаду на р. Неккар (поблизу містечка Лауфен) на територію виставки до Франкфурта. Відстань між цими двома пунктами становило 170 км. У Лауфене в розпорядження будівельників передачі виділялася турбіна, що давала корисну потужність близько 300 к.с.

До цього часу дальність електропередачі, не рахуючи кількох досвідчених установок, не перевищувала 15 км, і деякі компетентні фахівці вважали, що ккд установки може виявитися нижче 50%.

Правління фірми АЕГ погодилося здійснити електропередачу, і Доливо-Добровольскому належало протягом року (!) Спроектувати і побудувати асинхронний двигун потужністю близько 75 кВт і трифазні трансформатори потужністю 100 - 150 кВА.

Виготовлення генератора було доручено головному інженеру швейцарського заводу «Ерлікон» Ч. Броуну, який співпрацював з Доливо-Добровольським в області конструювання багатофазних машин. Термін був надзвичайно коротким, а завдання - вельми відповідальними: по-перше, нова система струму повинна була піддатися випробуванню перед лицем представників усього світу; по-друге, масштаби випробування були небаченими.

Двигуни і трансформатори на такі потужності ще ніколи не будувалися. Про досвідчених конструкціях не могло бути й мови. Доливо-Добровольський писав з приводу виниклого завдання: "Якщо я не хотів накликати на мій трифазний струм незмивною ганьби і піддати його недовірі, яке навряд чи вдалося б потім швидко розвіяти, я зобов'язаний був прийняти на себе цю задачу і розв'язати її. В іншому випадку досліди Лауфен - Франкфурт і багато, що повинно було потім розвиватися на їх основі, пішли б по шляху застосування однофазного струму ".

У серпні 1891 року на виставці вперше запалилися тисячі ламп розжарювання, що живляться струмом від Лауфенской гідростанції. 12 вересня того ж року двигун Доліво-Добровольського привів в дію декоративний водоспад. Існувала своєрідна енергетична ланцюг, невеликий штучний водоспад приводився в дію енергією природного водоспаду, віддаленого від першого на 170 км.

Що ж являла собою ця перша трифазна лінія?

На гідроелектростанції в Лауфене енергія, що розвивається турбіною, передавалася через конічну зубчасту передачу на вал трифазного генератора 230 кВ, 150 об / хв, з'єднання обмоток в зірку. Від генератора мідні шини вели до розподільного щита. На останньому були встановлені амперметри і вольтметри, свинцеві запобіжники і максимально-мінімальні струмові реле, що впливали на ланцюг збудження.

У Лауфене і Франкфурті знаходилося по три трифазних трансформатора з магнітопроводом призматичної форми. На початку випробувань на кожному кінці лінії було включено по одному трансформатору потужністю 150 кВА кожний, з коефіцієнтами трансформації 154 в Лауфене і 116 у Франкфурті. Оскільки приладів для вимірювання високої напруги не було, вторинна напруга визначали простим множенням первинного на коефіцієнт трансформації. Трансформатори були занурені в баки, наповнені маслом.

Трипровідна лінія була виконана на дерев'яних опорах із середнім прольотом близько 60 м. Мідний дріт діаметром 4 мм кріпився на штирьових фарфоро-масляних ізоляторах. Цікавою деталлю лінії була установка плавких запобіжників з боку високої напруги. На початку лінії в розрив кожного проводу був включений ділянку довжиною 2,5 м, що складався з двох мідних дротів діаметром 0,5 мм кожна. Для відключення лінії у Франкфурті за допомогою простого пристосування влаштовувалося трифазне коротке замикання, плавкі вставки перегорали, турбіна починала розвивати велику швидкість, і машиніст, помітивши це, зупиняв її.

На виставковому майданчику у Франкфурті був встановлений понижуючий трансформатор, від якого при напрузі 65 В харчувалися 1000 ламп розжарювання, розташованих на величезному щиті. Тут же було встановлено трифазний асинхронний двигун Доліво-Доброгідравліческій насос потужністю окаю 100 к.с. Двигун був виконаний зверненим, тобто з харчуванням з боку ротора.

Одночасно з цим потужним двигуном Доливо-Добровольський експонував асинхронний трифазний двигун потужність близько 100 Вт, з вентилятором на його валу і двигун потужністю 1,5 кВт з сидячим на його валу генератором постійного струму, останній мав лампи розжарювання.

Перед пуском електропередачі виникли несподівані труднощі. Справа в тому, що лінія перетинала території чотирьох німецьких земель, і місцева влада дуже побоювалися високої напруги. Люди відчували страх перед дерев'яними стовпами з табличками, на яких був зображений череп. Знаючих людей бентежило те, що обладнання на електростанції було заземлено, як заземлена була і нейтраль трансформатора. У зв'язку з цим дуже побоювалися обриву проводу і падіння його на землю.

Виставковий комітет провів величезну роз'яснювальну роботу, переконуючи місцевих урядовців в тому, що всі небезпеки передбачені і лінія надійно захищена. Доливо-Добровольскому довелося провести небезпечний, але переконливий експеримент. На кордоні двох земель зібралися представники місцевої влади. Включили лінію під напругу і на очах у присутніх штучним шляхом обірвали дріт, який з яскравим спалахом впав на рейки залізниці. Доливо-Добровольський зараз же підійшов і підняв провід голими руками - настільки він був упевнений, що спроектована їм захист спрацює надійно.

25 серпня 1891 р офіційний пуск лінії відбувся. Незважаючи на те, що лінія, машини, трансформатори, розподільні щити виготовлялися в поспіху, що деякі деталі але свідченням Доливо-Добровольського придумувалися протягом години, вся установка, включена без попередніх випробувань, відразу ж стала працювати цілком добре. Доливо-Добровольський, який став відомим винахідником, розповідав, що серед непосвяченої публіки існувала думка, ніби в цьому виставковому водоспаді дзюрчить «справжня вода з Неккара», передана до Франкфурта по дротах.

Випробування електропередачі, які проводилися Міжнародною комісією, дали такі результати: мінімальний ккд електропередачі (відношення потужності на вторинних затискачах трансформатора у Франкфурті до потужності на валу турбіни в Лауфене) - 68,5%, максимальний ккд - 75,2%; лінійна напруга при випробуваннях становило близько 15 кВ.

Характерний заключний висновок комісії: «... робота лінії зі змінними струмами напругою від 7500 до 8500 В (фазное - авт.), Ізольованій маслом, фарфором і повітрям, довжиною більше ста кілометрів, протікала завжди рівномірно, безпечно і без порушень, як і робота зі змінними струмами напругою в кілька сотень вольт і при довжині лінії в кілька метрів ». Було також проведено додаткове випробування лінії електропередачі при більш високій напрузі - 25,1 кВ. Максимальний ККД склав 78,9%.

Результати випробувань електропередачі Лауфен - Франкфурт не тільки продемонстрували можливості електричної передачі енергії, а й поставили крапку в давній суперечці. У боротьбі «постійний - змінний струм» перемогла техніка змінного струму. Як на цікавий рецидив йшла в історію боротьби ідей, можна вказати на наступне свідчення М. О. Доліво-Добровольського: «У вересні 1889 р Едісон відвідав Берлін. При зроблену йому пропозицію оглянути новий електродвигун змінного струму він буквально замахав руками: «Ні, ні, змінний струм - це дурниця, що не має майбутнього. Я не тільки не хочу оглядати двигун змінного струму, а й знати про нього ». І він не прийшов!

Ця ж електропередача переконливо показала, що серед систем змінного струму переваги знаходяться на стороні трифазних систем. Міжнародна електротехнічна виставка і приурочений до неї Міжнародний конгрес електротехніків (7-12 вересня 1981 р Франкфурт-на-Майні) відкрили цій системі електричних струмів широкий шлях у промисловість. Починалася епоха електрифікації.

Шухардін С. "Техніка в її історичному розвитку"