«ВОЙНА ТОКОВ» или 110 на 220

Мало кто знает, но на начальных этапах становления развития электроэнергетики возник вопрос по поводу выбора вариантов электроснабжения. Первый вариант: использование постоянного тока, второй: переменный ток. В результате решения данного вопроса, разразилась нешуточная борьба, которая вошла в историю под названием «война токов». Но обо всем по порядку.

В конце XIX века для удовлетворения потребностей человечества в освещении использовались свечи, керосиновые лампы или газовое освещение. Но изобретатели пытались усовершенствовать систему освещения ,и постепенно была создана первая лампа накаливания. Первые лампы были недолговечны и работали не стабильно, но во второй половине 1870-х годов американский изобретатель Томас Эдисон проводит исследовательскую работу, в которой он пробует в качестве нити различные металлы. В 1879 году он патентует лампу с платиновой нитью. В 1880 году он возвращается к угольному волокну и создаёт лампу с временем жизни 40 часов.

Лампа Эдисона

Несмотря на столь непродолжительное время жизни, его лампы вытесняют использовавшееся до тех пор газовое освещение. Особенность данной лампы заключалась в том, что она работала на постоянном токе (это сыграет не малую роль в предстоящей битве).

Помимо электрического освещения улиц и домов потребителями электричества являлись двигатели. В середине XIX века существовали только двигатели постоянного тока. Первые электрические двигатели в качестве источника энергии использовали гальванические батареи. Это было дорого, и двигатели имели большие габариты, ученые сделали заключение, что расширение применения электродвигателей находится в прямой зависимости от удешевления электрической энергии, т. е. от создания генератора, более экономичного, чем гальванические элементы;

С учетом увеличения числа работы ламп накаливания до 1200 часов и ростом количества используемых электродвигателей на постоянном токе, необходимы были источники тока (так как не было потребителей переменного тока, то и станции создавались для выработки постоянного тока). История создания промышленных электростанций началась с создания в 1878 году Томас Эдисоном компании «Edison Electric Light», в будущем «General Electric».

В 1881 г. американские предприниматели совместно с Эдисоном и приступили к сооружению первой в мире центральной электростанции (на Пирль-стрит в Нью-Йорке). В сентябре 1882 г. эта электростанция была сдана в эксплуатацию.

В машинном зале станции было установлено шесть генераторов Эдисона. Мощность каждого генератора составляла около 90 кВт. Генераторы станций имели искусственное охлаждение и соединялись непосредственно с двигателем.

Машинный зал (Источник: http://www.electrolibrary.info)

Защита оборудования от токов короткого замыкания осуществлялась плавкими предохранителями, а магистральные линии были кабельными (это связано с тем, что городские власти не хотели портить эстетический вид города воздушными линиями). Станция снабжала электроэнергией обширный по тому времени район площадью 2,5 км². Вскоре в Нью-Йорке было построено еще несколько станций.

Напряжение на электростанциях было определено эмпирическим путем: основными потребителями электроэнергии являлись лампы накаливания, наиболее подходящим для горения дуги являлось напряжение 45В. К этому напряжению прибавлялось падение напряжение 20В на балластном резисторе. Таким образом, общее напряжение в установках постоянного тока сначала составляло 65 В.

Однако часто в одну цепь включали последовательно две дуговые лампы, для работы которых требовалось 2 x 45 = 90В, плюс еще 20В, приходящиеся на сопротивление балластного резистора, то получится напряжение 110 В. Это напряжение почти повсеместно было принято в качестве стандартного.

В 1884 году Томас Эдиссон нанимает на работу молодого ученого Николя Тесла. Эдиссон пообещал Тесле 50 тыс. долларов (1 млн современных долларов), если у него получится конструктивно улучшить электрические машины постоянного тока, придуманные Эдисоном.

Никола Тесла

Однако после успешного завершения всех доработок Эдисон отказался выполнить свое обещание, сказав, что эмигранты не понимают американского юмора. После этого заявления Тесла уволился из компании.

Проработав всего год в компании Эдисона, Тесла приобрёл известность в деловых кругах. Узнав о его увольнении, группа электротехников предложила Николе организовать свою компанию, связанную с вопросами электрического освещения. Проекты Теслы по использованию переменного тока их не воодушевили, и тогда они изменили первоначальное предложение, ограничившись лишь предложением разработать проект дуговой лампы для уличного освещения. Через год проект был готов. Вместо денег предприниматели предложили изобретателю часть акций компании, созданной для эксплуатации новой лампы. Такой вариант не устроил изобретателя, компания же в ответ постаралась избавиться от него, попытавшись оклеветать и опорочить Теслу.

С осени 1886 года и до весны молодой изобретатель вынужден был перебиваться на подсобных работах. Он занимался рытьём канав, «спал, где придётся, и ел, что найдёт». В этот период он подружился с находившимся в подобном же положении инженером Брауном, который смог уговорить нескольких своих знакомых оказать небольшую финансовую поддержку Тесле. В апреле 1887 года созданная на эти деньги «Тесла арк лайт компани» начала заниматься обустройством уличного освещения новыми дуговыми лампами. Вскоре перспективность компании была доказана большими заказами из многих городов США. Для самого изобретателя компания была лишь средством к достижению заветной цели: он смог заново заниматься научно-исследовательской деятельностью. Никола Тесла стал заново изучать использование переменного тока. В 1888 Н.Тесла получил патент США № 381968 от 01.05.1 заявка на изобретение № 252132 от 12.10.1887 на создание асинхронного двигателя (переменного тока). Именно этот момент можно считать началом «Войны токов».

Трёхфазный асинхронный двигатель Н. Теслы (Источник: Музей Николы Теслы, Белград.)

Одной из проблем при использовании станций постоянного тока являлось отсутствие эффективных способов изменять напряжение постоянного тока. В электростанциях Эдисона использовалось напряжение, близкое к потребительскому. Такие электростанции не позволяли передавать потребителю большие мощности. В результате эффективно использовать генерируемую электрическую энергию могли потребители, расположенные на расстоянии, не превышающем порядка 1,5 км от электростанции. Преодолеть это ограничение можно было сложными и дорогими мерами: использованием толстых проводов или строительством целой сети местных электростанций.

Именно это заметил Джордж Вестингауз, но у него не получилось конкурировать с Эдисоном. После изобретения Теслой асинхронного генератора Вестингауз выкупил у Теслы более 40 патентов, заплатив в среднем по 25 тыс. долларов за каждый. Вестингауз также пригласил изобретателя на должность консультанта. Предложенная схема электроснабжения Вестингаузом и Теслой позволяла повышать напряжение переменного тока для передачи, а затем понижать до уровня у потребителей при помощи трансформаторов (КПД до 99%). Эффективность данной системы позволило быстро развивать строительство станций переменного тока. Однако развитию систем электроснабжения на переменном токе мешало отсутствие счетчиков энергии, но Н. Тесла смог довольно быстро решить эту проблему. В 1888 году был создан первый счетчик переменного тока, это дало толчок для бурного развития систем электроснабжения с переменным током.

Переход на переменный ток означал крах империи Эдисона, чего он допустить никак не мог. Генерирующие компании начали масштабную войну за рынок электроснабжения США. Эдисон в борьбе против переменного тока использовал «черный пиар»: публично демонстрируя убийства животных переменным током.

Еще одно событие стало ключевым в этой борьбе. Гражданин Поупа погиб по причине неисправности трансформатора стоявшего у него в подвале. Смерть этого человека была широко освещена в прессе. На основании этой трагедии инженер Гарольд Браун, финансированный Эдиссоном, предложил убивать преступников переменным током, «опасным» по сравнению с постоянным.

Первым человеком погибшим от электрического стула стал Кеммлер который убил жену топором. Вестингауз был против этой идеи и попытался спасти преступника. Он нанял для осужденного адвокатов, но и им не удалось отменить приговор. Тогда Вестингауз отказался поставлять генераторы переменного тока для этой цели, но генераторы удалось купить в обход Вестингауза. В 1890 году произошла первая казнь на электрическом стуле. Эдисон подкупил газетчика, и на следующий день в газете появилась статья «Вестингауз казнил Кеммлера». Казнь выглядела настолько ужасно, что Вестингауз ответил на это однозначно: «Топором бы у них вышло лучше». После данного инцидента прибыль у компании Вестингауза действительно сократилась.

Определяющим моментом в данной битве стала выставка в Франкфурте-на-Майне в 1891 г, на которой компания АЕG продемонстрировала передачу трехфазного тока на длинные расстояния: получаемый на электростанции в Лауффене на Некаре ток перемещался на 175 км во Франкфурт, где за счет него горели 1000 лампочек на территории выставки и работал искусственный водопад. Этот успех помог компании Вестингауза выиграть тендер на строительство крупнейшей на ту пору электростанции на Ниагарском водопаде. По словам Теслы, «мощности водопада хватит на все США». Чтобы примирить Вестингауза и Эдисона, последнему досталось строительство линии электропередачи, ведущей от электростанции в Буффало — ближайший крупный город.

Чашу весов в пользу переменного тока склонила покупка «General Electric» компании «Томсон-Хьюстон», производившую машины переменного тока, и сама начала их производство. Однако Эдисон не прекращал свою «черную» борьбу против Вестингауза: он заснял и затем широко распространил в прессе кадры казни переменным током слонихи, затоптавшей трех людей в 1903 году.

Не смотря на все попытки Эдисона, электроснабжение постоянным током уступало свои позиции. Не смотря на это, существовало немало потребителей постоянного тока. Электростанции постоянного тока в США строились вплоть до 1920-х годов. В Европе переменный ток одержал полную победу гораздо быстрее, чем в США. Вероятно, это связано с тем, что в Европе люди проводили электрификацию, в большей мере основываясь на доводах ученых, а не трюков черного пиара Эдисона. Так в скандинавских странах окончательно перешли на переменный ток в 40-60-х годах XX века. Тем не менее, в США вплоть до 90-х годов существовало 4,6 тыс. разрозненных потребителей постоянного тока, и в 1998 году начались попытки перевести их на переменный ток.

Целюк Алексей Инженер ОДО "ЭНЭКА"

С исчезновением последнего потребителя постоянного тока, в ноябре 2007 года главный инженер компании «Консолидейтед Эдисон», которая предоставляла электроснабжение постоянным током, перерезал символический кабель. Это и положило конец «Войне токов».