Анатолий Томилин - Мир электричества

Машина для обматывания проводов изоляцией

В апреле 1876 года Пироцкий добился разрешения провести опыты передачи электроэнергии по рельсам Приморской железной дороги, соединяющей станцию Сестрорецк с пристанью. Длина линии равнялась 3,5 верстам. В то время считалось, что для дальней электропередачи нужны провода возможно большего сечения. В своей заявке Пироцкий указывал: «Рельсы существующих железных дорог имеют площадь поперечного сечения в 644 раза большую площади сечения телеграфной проволоки».

В результате подготовительных работ машины установили на расстоянии чуть больше километра. Соединив стыки рельсов, изобретатель запустил динамо и заставил вращаться вторую машину. По его словам, утечка тока в землю была незначительной и коэффициент полезного действия – вполне приемлемым.

Первый проект Ф. А. Пироцкого, представленный в его статье

Летом того же года, заканчивая описание своих опытов, Федор Аполлонович утверждал: «…Выработанный мною способ приспособления готового рельсового пути к прохождению тока разрешает, по моему мнению, вопрос передачи работы со стороны практической». Смелое утверждение. Тем не менее в 1880 году Пироцкий по разрешению столичных властей произвел опыт применения электроэнергии для городского транспорта в Петербурге. На Песках, в районе Дегтярного переулка и Болотной улицы, в парке конной железной дороги, он построил небольшую электростанцию. Рельсы конки являлись прямым и обратным проводниками. На раму двухъярусного вагона конки подвесили электродвигатель, который через зубчатую передачу приводил во вращение ведущую ось вагона. Общий вес вагона с пассажирами составлял около семи тонн. Тем не менее вагон поехал. Более того, схема Пироцкого без третьего рельса пользовалась некоторое время успехом. И лишь плохая изоляция рельсов от земли являлась причиной чересчур больших потерь.

Основываясь на скромных результатах, в 1877 году Федор Аполлонович выступил в «Инженерном журнале» с большой статьей «О передаче работы воды, как движителя, на всякое расстояние посредством гальванического тока».

Интересно отметить, что редакция журнала, смущенная смелостью Пироцкого, предварила статью своим примечанием: «Помещая эту статью, редакция слагает с себя всякую ответственность относительно практической стороны дела и смотрит лишь на предложение автора как на мысль, во всяком случае заслуживающую внимания».

На основании своих расчетов Пироцкий писал: «Не странно ли… видеть употребление динамоэлектрических машин исключительно лишь для освещения и частью для гальванопластики, тогда как они далеко с большею пользою могли бы служить для передачи работы, огня и света (как это показано на чертежах) и даже звука».

Таким образом, надежно овладеть электрической силой означало, прежде всего, умение заставить ее работать там, где требовалось. Другими словами, научиться ее транспортировать от электростанции к потребителю.

В 1882 году городские власти Мюнхена решили устроить в столице Баварии «электрическую выставку». Для демонстрационной электропередачи инженеры выбрали линию телеграфа. Организатор выставки Оскар фон Миллер пригласил французского физика Марселя Депре, с которым был знаком по Первому международному конгрессу электриков 1881 года в Париже.

Марсель Депре родился в 1843 году и в 1866-м экстерном закончил Высшую горную школу в Париже. До начала франко-прусской войны 1870–1871 годов он занимался механикой и разработал оригинальный прибор, позволяющий измерять скорость движения снаряда в канале ствола пушки. Этим он обратил на себя внимание промышленных кругов Франции. Затем он довольно долго конструировал всевозможные физические приборы, изучал электротехнику и к 1880 году, одновременно с русским электротехником Д. А. Лачиновым, пришел к выводу о независимости коэффициента полезного действия электродвигателя от сопротивления внешней цепи. Год спустя Депре обосновал возможность передачи электроэнергии на расстояние без больших потерь.

Марсель Депре (1843–1918)

Свои выводы он изложил в подробном докладе, который прочитал на конгрессе электриков. Тема была острой. Несколько месяцев спустя он получил предложение участвовать в устройстве линии передачи электроэнергии Мисбах – Мюнхен, согласился и возглавил техническую сторону проекта.

В Мисбахе на шахтах имелась небольшая паровая машина мощностью в две лошадиные силы и динамо-машина Грамма постоянного тока, способная развивать до 2000 В электродвижущей силы. Но что представить на выставке в качестве яркой демонстрации переданной на расстояние электрической силы?

После долгих рассуждений решили взять вторую аналогичную машину Грамма, поставить ее в режим двигателя, соединить с центробежным насосом и перекачивать воду в резервуар, установленный на высоте нескольких метров, откуда вода будет низвергаться эффектным водопадом.

Вы можете улыбнуться: странный, дескать, способ демонстрации. Но здесь, по-видимому, вступали в силу национальные привязанности – немцы обожают водопады. Я был свидетелем, как почтенные обыватели выезжают в субботу за город, чтобы выпить кружку пива под шум падающей воды. Время от времени ее спускает из накопителя бармен с помощью обычного поплавкового затвора от бачка, веревка к которому спрятана за пивной стойкой. Вы бы видели, как радуются эти люди, когда начинает работать искусственный водопад – «вассерфалль». Почтенные бюргеры кричат «ура» и высоко поднимают кружки с пивом, приветствуя чудо – падающую с высоты 2–3 м струю воды. Миллер собирался перекачивать воду на высоту даже четырех метров!..

К сожалению, машина Грамма на шахтах Мисбаха была старой, а шелковая изоляция ее проводов – сомнительной. Депре тянул и тянул с началом эксперимента, пока из Нью-Йорка не пришло известие о пуске Эдисоном первой в мире «фабрики электричества» – электростанции, обеспечивающей энергией несколько тысяч ламп, шестьсот семнадцать подъемных машин и пятьдесят пять лифтов. Правда, длина линии была небольшой… И Эдисон не боялся потерь в подземных кабелях. Но дольше оттягивать демонстрацию было нельзя.

15 сентября 1882 года, вечером, когда последние посетители покинули выставку, у бетонного ложа искусственного водопада, декорированного зеленью и снабженного вывеской «Марсель Депре. Силовая электропередача Мисбах – Мюнхен. Расстояние – 57 километров», собрались приглашенные. Миллер послал по телеграфу сигнал, и. двигатель заработал. Прошло несколько минут, и по бетону вниз полились первые струи воды. Браво!.. 57 километров! Такого еще не бывало в мире. Что из того, что установка работала с перебоями, а передача энергии шла с КПД всего двадцать два процента. Все понимали, что стали свидетелями начала начал и что впереди еще будут многие дальнейшие работы в этой области…

В тот же день Миллер послал телеграмму:

«Париж, Академия наук. Мы счастливы сообщить вам, что опыт Марселя Депре, имевший целью передачу силы по обыкновенной телеграфной проволоке из Мисбаха в Мюнхен на расстояние 57 километров, полностью удался.

Комитет специальных электрических исследований.

Секретарь О. Миллер».

В общем-то он, конечно, слегка лукавил. Потому что, несмотря на ликование, результаты опыта были ничтожны. Изоляция машины Грамма оказалась настолько ненадежной, что Депре не решился поднять напряжение выше полутора тысяч вольт. Паровая машина сломалась на следующий же день. А большое сопротивление проводов телеграфной линии съело большую часть мощности, вырабатываемой генератором. Но эффект все равно превзошел ожидания.

Главное заключалось в том, что Депре на опыте смог убедиться, что чем выше напряжение и меньше передаваемый по линии ток, тем меньше в ней потери. Это был важнейший вывод, к которому он пришел почти одновременно с русским электриком Лачиновым.

Получив финансовую поддержку от банкира Ротшильда, Депре построил еще несколько линий передач во Франции.

Несколько лет спустя соотечественник Депре Ипполит Фонтен повторил его опыт, взяв те же условия: передать сто лошадиных сил на пятьдесят километров при коэффициенте полезного действия 50 %.

Он не стал строить специальную машину на задуманное напряжение в 6000 В, а соединил последовательно четыре машины, каждая из которых развивала до 1500 В, и получил требуемое напряжение. Также и на приемном конце он соединил последовательно три двигателя.

И все-таки именно Депре дал толчок практикам-электрикам к их работам по передаче электроэнергии на большие расстояния. Однако низкий коэффициент полезного действия вызвал среди довольно значительной части электриков скептическое отношение вообще к возможностям передачи энергии на дальние расстояния. Появились даже теоретические попытки доказать, что 50 % – предел для электрических линий.