5.2. Развитие систем передачи электроэнергии и начало применения переменного тока

Передача энергии к электродвигателям по проводам сделала заманчивой идею увеличения расстояния между источником и приемником. Начались и теоретические исследования в этой области, и практические шаги по передаче энергии, разумеется, постоянного тока.

Первая установка с передачей энергии на расстояние была сделана Ф.А. Пироцким (1845 – 1898) в 1874 г. в Петербурге. Энергия от локомобиля с генератором в 6 л.с. передавалась на 200 м, а затем на 1 км. Ф.А. Пироцкий предложил также передавать электроэнергию по рельсам рельсового транспорта. Энергия подводилась по двум изолированным друг от друга рельсам. В 1881 г. к аналогичным с Д.А. Лачиновым выводам приходит француз М. Депре, сделавший на 1-м международном конгрессе электриков доклад о передаче электрической работы на большие расстояния.

Применение электрического освещения создало потребность питания многих ламп от общего источника. Первыми работами по «дроблению света» были работы П.Н. Яблочкова. Поскольку много ламп все же не удавалось питать от одного генератора, то начали создаваться так называемые блок-станции, в которых одна паровая машина приводила во вращение 2-3 генератора. С этого времени начинается практическое применение электричества. Однако идея создания одной общей центральной станции (ЦЭС) была очевидна и технически, и экономически. Д.А. Лачинов писал: «Универсальность электричества навела многих ученых на мысль об устройстве центрального завода, из которого электричество разносило бы во все концы города… свет, работу, химическую энергию», т.е. высказал мысль о создании энергетических систем.

В России в Санкт-Петербурге первые ЦЭС появились в районе Невского проспекта. Первоначально они размещались на баржах на реках Мойке и Фонтанке, вследствие чего упрощалось водоснабжение и подвоз топлива, а также не требовалось земельного участка. В 1886 г. в Петербурге было учреждено «Общество электрического освещения 1886 г.», которое построило еще две электростанции: одну у Казанского собора, а другую на Инженерной площади. Мощность станций не превышала 200 кВт.

Расширение количества электроприемников потребовало решения целого ряда технических задач. В это время встает вопрос унификации напряжений. При дуговом освещении падение напряжения в дуге составляло 45 В. Для стабилизации горения дуги и ограничения тока короткого замыкания при зажигании последовательно с лампой включалось балластное сопротивление. Опытным путем было установлено, что падение напряжения на этом резисторе должно составлять 20 В. При последовательном соединении двух дуговых ламп необходимое напряжение составит 45∙2+20 = 110 В. Это напряжение и стало первой стандартной величиной.

М.О. Доливо-Добровольский (1862 – 1919) своими работами создал трехфазную систему со всеми ее компонентами: генератор, повышающий трансформатор, линия передачи, понижающий трансформатор и трехфазные двигатели. При этом двигатели со всеми их модификациями уже при М.О. Доливо-Добровольском получили вид, близкий к современному. Трансформаторы вначале применялись однофазные, но М.О. Доливо-Добровольский разработал, и по его идеям были построены и трехфазные трансформаторы вначале с симметричным, а затем и с несимметричным (стержневым) магнитопроводом.

М.О. Доливо-Добровольский участвовал в работе Первого электротехнического съезда (1899 – 1900) в Петербурге и выступил там с обширным докладом «О современном развитии техники трехфазного тока». С этих работ начинается внедрение в промышленность системы трехфазного тока. В своем докладе М.О. Доливо-Добровольский приходит к выводу, что «подобная разработанная до мелочей система должна все более и более завоевывать себе поле применений и захватывать понемногу все отрасли промышленности». Сейчас трехфазная система составляет основу электроэнергетики.

М.О. Доливо-Добровольский сделал целый ряд изобретений и в других разделах электротехники, а также внес вклад и в фундаментальную науку:

разработал способ получения алюминия путем электролиза окисида алюминия (глинозема) при высоких температурах;

сконструировал трехстержневой трехфазный трансформатор: показал преимущества представления любого переменного тока, как имеющего две составляющие: «рабочую», или «активную», совпадающую по фазе с напряжением, так и «безваттную», или «реактивную», сдвинутую относительно напряжения на 90 градусов. Им был создан первый фазометр.

Создав трехфазную систему передачи электроэнергии, М.О. Доливо-Добровольский дал оценку и положительных ее свойств и недостатков. Он первый показал, что при увеличении длины линий и напряжения возрастают емкостные токи, которые при длине линии 350 – 500 км трудно компенсировать. В 1918 г. М.О. Доливо-Добровольский выступил с докладом «О границах применения переменных токов для передачи энергии на большие расстояния», в котором определил предельные напряжение линий – не более 200 кВ. Практика внесла коррективы в значение предельного напряжения, но, как и предсказывал ученый, при увеличении напряжения и длины линий приходится переходить к передачам на постоянном токе.