Электропередача на большие расстояния (Продолжение. Начало в №1, 2010)

(Продолжение. Начало в № 1, июль-август, 2010)

В предыдущем очерке говорилось о первой германской электротехнической выставке в Мюнхене (1882 г.), на которой презентационная электропередача постоянного тока Мисбах — Мюнхен произвела на публику большое впечатление. Электроэнергия под напряжением 1,5 тыс. вольт, доставленная по телеграфным проводам за 57 км из Мисбаха в выставочный павильон, вращала в нем динамомашину и центробежный насос, который закачивал воду наверх, и она искусственным водопадом низвергалась в бассейн.

На самом деле первая в мире подобная выставка прошла в России — в Санкт-Петербурге в 1880 г. Она была устроена в Соляном городке — комплексе построек между набережной Фонтанки, Соляным пер., ул. Пестеля и Гангутской ул. Комплекс был возведен к 1870 г. для Всероссийской промышленной выставки на территории, ранее занятой амбарами для соли и вина, и далее перестраивавшимися и расширявшимися для целей «научно-технической пропаганды». В нем также располагались Правление, Музей прикладных знаний и Большая аудитория Императорского Русского Технического Общества (ИРТО).

Эта выставка позволила ИРТО заработать достаточно денег для того, чтобы VI (электротехнический) отдел Общества смог начать издавать журнал «Электричество»*. Вот как в нем позднее описывалось устроение грандиозного по тем временам электротехнического мероприятия: «Сознавая, что достоинство всякого механизма может быть вполне оценено только во время его работы, распорядители выставки задались нелегкою целью показывать все аппараты в действии. Для этого потребовалась, во-первых, значительная механическая сила, во-вторых, целая сеть проводников, дающая ветви во все концы залы. Но если устройство стоило больших хлопот, зато результаты получились прекрасные, и мы смело можем сказать, что до сих пор не было выставки, где бы такое множество действующих (электротехнических) приборов было сосредоточено в столь малом пространстве.

Обратим, прежде всего, внимание на машинный барак, куда публика не заглядывает, так как он стоит особо посреди двора, но который составляет, так сказать, душу выставки. Двадцатисильный локомобиль приводит в движение: a) шестнадцати-свечную машину Грамма, служащую для освещения выставки и зала для публичных лекций, а также для различных опытов над (дуговыми) свечами Яблочкова, b) машину Сименса с альтернативными токами, питающую восемь фонарей Сименса и некоторые другие регуляторы, c) машину Сименса с постоянным током, служащую для передачи работы в большом масштабе и для питания военных электроосветительных аппаратов, d) маленькую машину Сименса, дающую ток для регуляторов разных систем, для слабых источников света и для некоторых других приборов. Здесь же установлен тахометр — аппарат, основанный на центробежной силе и показывающий прямо, на циферблате, число оборотов машины в минуту. Аппараты этого рода изобретены недавно и, вероятно, найдут себе обширное применение на фабриках и заводах.

При входе на выставку обращает на себя внимание «швейцарский коммутатор», укрепленный на стене близ двери и позволяющий пускать ток любой из перечисленных машин в какой угодно из находящихся на выставке приборов. Только благодаря ему возможно было достигнуть необыкновенного разнообразия и многочисленности опытов, показываемых на выставке. В числе источников гальванического тока следует упомянуть еще о большой (аккумуляторной) батарее Бунзена, расположенной в соседней с выставкой комнате».

Правда, наиболее заметный экспонат Санкт-Петербургской электротехнической выставки был описан весьма лапидарно: «Переходим теперь к передаче силы посредством электричества, устроенной в грандиозных размерах. Машина Сименса (с постоянным током), находящаяся в машинном бараке, посылает гальванический ток другой такой же машине, установленной на выставке. Эта последняя начинает быстро вертеться и сообщает посредством ремня свое движение центробежному насосу, который поднимает к самому потолку здания воду в количестве более восьми тысяч ведер в час, потребляя на это около трех лошадиных сил. Лица, обращавшиеся с обыкновенными электродвигателями, силы которых едва хватает на приведение в движение швейной машинки, с недоверием относятся к передаче движения посредством электричества. Но посещение выставки быстро разуверяет их в этой ошибке: шумный каскад, падающий с трехсаженной высоты, и заметное дрожание всего пола, происходящее от энергического вращения машины, убедят даже скептика в том, что это дело далеко не шуточное.

На выставке можно видеть несколько других, более мелких электрических передач движения: одна из небольших машин Сименса приводит в движение миниатюрную световую машинку для одной свечи Яблочкова; ручная машинка Грамма действует на электродвигатель Фромана и т.д.».

В вышедшем в свет первом номере «Электричества» так объяснялась его миссия, выражаясь высокопарным стилем: «Преследуя главную цель Императорского Русского Технического Общества — содействовать развитию техники и технической промышленности в России, журнал «Электричество», издаваемый VI Отделом этого Общества, поставил себе задачею: разработку различных вопросов, относящихся до электротехники, и распространение среди читающей публики необходимых и крайне интересных в настоящее время сведений, как по теории электричества, так и по применению его в науке и общежитии.

По своему могуществу и необыкновенному разнообразию явлений, а равно и по тем неисчислимым услугам, которые электричество уже теперь оказывает человеку, эта, можно сказать, еще юная физическая сила в очень непродолжительном времени должна получить всеобщее применение и, по всей вероятности, займет первое место среди прочих сил природы, данных к услугам человечества.

Беспрестанные открытия и изобретения в области электричества создали за границею целую литературу, специально посвятившую себя изучению этого удивительного физического фактора, в столь короткое относительно время сделавшегося незаменимым пособником в науке и жизни. Помимо массы ученых и популярных сочинений, появившихся на иностранных языках и рассматривающих электричество во всех возможных его проявлениях, везде уже существуют периодические издания, цель которых следить за постепенным развитием этой обширной области физики. И есть о чем сообщать: не проходит месяца, недели, чтобы телеграф или журналы не принесли вести о каком-либо новом драгоценном вкладе в молодую науку, о какой-либо блестящей мысли, которая может послужить основанием новой ее отрасли и ждет только дальнейшей разработки.

В России нет отдельного органа по этому предмету, и сведения о новейших открытиях по электричеству интересующиеся ими специалисты должны почерпать из иностранных или весьма немногих наших технических журналов, на долю же прочей читающей публики остаются краткие выдержки, без всякой системы, появляющиеся время от времени в различных периодических изданиях.

Между тем, интерес к новой силе и у нас стал сильно возрастать в последнее время, чему доказательством может служить то значительное число посетителей, ежедневно, с утра до вечера, наполнявших залы бывшей в текущем году первой в России Электро-Технической выставки, несмотря на то, что она не представляла, да, по новизне дела, и не могла еще представить полной картины завидного положения, по праву занимаемого уже в нашем веке электричеством.

Журнал «Электричество» постарается восполнить означенный пробел в нашей литературе и стать в ряд со своими западными предшественниками: The Electrician, The Telegraphic Journal, l’Electricite, Lumiere Electrique, Elektrotechnische Zeitschrift и т.д., которые уже пользуются всеобщим вниманием. Журнал наш предназначается служить открытою трибуною для всех, которые своими трудами принимают участие в успехах электричества и применениях его в искусствах, промышленности и общежитии:
• Популяризировать начала, на которых основываются все применения электричества;
• Распространять сведения о его успехах и заслугах;
• Сообщать все новейшие изобретения в этой области у нас и за границею, по мере их появления;
• Следить за электрической литературой и давать отчеты о важнейших сочинениях;

и, наконец,

Облегчать по возможности труд и справки специалистам и друзьям науки полезными библиографическими и техническими указаниями.

Вот задача, исполнение которой приняла на себя редакция предлагаемого журнала».

И свое обещание «Электричество» неуклонно выполняло. В том же 1880 г. журнал помимо сообщений о разных интересных электротехнических событиях и проектах (в том числе по передаче электроэнергии на расстояние) опубликовал фундаментальную теоретическую работу российского профессора Д.А. Лачинова.

Вот как тогдашние усилия практиков и ученых по обоснованию передачи электрической силы на большое расстояние оценивались уже в советское время: «<…> Несмотря на нерациональность практического направления, выбранного Пироцким, его опыты (по использованию рельсов как проводников) привлекли внимание к вопросам электропередачи вообще, вызвали ряд новых исследований, приведших к выявлению правильного пути для решения этой проблемы. Предложение Пироцкого об использовании железнодорожных рельсов для передачи электрической энергии на расстояние нашло свое применение уже при разработке первых городских электрических железных дорог.

Другой путь решения проблемы передачи электрической энергии, основанный на повышении напряжения линии передачи, — путь прогрессивный — был избран французским академиком М. Депре и профессором физики Петербургского лесного института Д.А. Лачиновым.

В марте 1880 г. в протоколах Парижской академии наук был опубликован доклад М. Депре «О коэффициенте полезного действия электрических двигателей и об измерении количества энергии в электрической цепи», в котором он математически доказывал, что к.п.д. установки, состоявшей из электродвигателя и линии передачи, не зависит от сопротивления самой линии. Такой вывод показался Депре парадоксальным, так как ему вначале не удалось установить, что увеличение сопротивления линии не влияет на эффективность электропередачи только при определенном условии, а именно при увеличении напряжения передачи.

Эти условия впервые были указаны проф. Д.А. Лачиновым в статье «Электромеханическая работа», опубликованной в июне 1880 г. в первом номере журнала «Электричество»**. На основе математических выкладок Лачинов показал, что в электропередаче «полезное действие не зависит от расстояния» лишь при условии увеличения скорости вращения генератора (т.е. при повышении напряжения в линии, так как э.д.с., развиваемая генератором, пропорциональна скорости. — Прим. авт.). Лачинов также установил количественное соотношение между параметрами линии передачи, доказав, что для сохранения к.п.д. передачи при увеличении сопротивления линии в n раз необходимо увеличить скорость вращения генератора в √n раз: «Если, например, — писал Лачинов, — увеличим сопротивление линии R в 100 раз, то при передаче того же числа лошадиных сил скорость будет десятерная». К подобным же выводам пришел спустя более года и М. Депре» (из книги — Л.Д. Белькинд, О.Н. Веселовский, И.Я. Конфедератов и Я.А. Шнейберг. История энергетической техники. ГЭИ, М.-Л., 1960).

Все-таки у автора этого очерка сложилось впечатление, что Д.А. Лачинов в своей публикации уделял внимание не столько особенностям передачи электроэнергии по проводам (хотя к.п.д. этой передачи он из вида не упускал), сколько выявлению подходящих режимных параметров тогдашних динамо-машин и двигателей:

«<…>Понятно, что при значительном сопротивлении скорость может легко превзойти допустимый на практике предел и передача затруднится. Однако этому неудобству можно помочь, <…> следовало бы обмотать катушки обеих машин проволокой десятерной длины, но в десять раз меньшего сечения (если не желаем увеличивать вес машин). Тогда <…> сила тока уменьшилась бы вдесятеро, а скорость осталась бы без изменения. Ток выделял бы в этом случае во сто раз меньше теплоты, в каждой единице сопротивления, следовательно, в целой катушке он выделял бы его столько же, как прежде, и машины не нагревались бы чрезмерно».

Пришлось, оцифровывая публикации из «Электричества» и других изданий, сделать такое примечание к этим выкладкам: «Почему-то Д. Лачинов проходит мимо такого существенного обстоятельства — одновременно с увеличением в 10 раз длины проволоки (в десять раз меньшего сечения) в катушках электровозбудительная сила в машине №1 возрастает вдесятеро (нужно усиливать изоляцию всех проводников, включая и катушки машины №2!), и одновременно потери в длинных соединительных проводниках, идущих к машине №2, уменьшаются примерно на два порядка (из-за снижения вдесятеро силы тока)!!». Как мы видели, авторам книги «История энергетической техники» тоже потребовалось сделать похожее пояснение.

Автору сего очерка более подходящей к нашей теме показалась публикация другого электротехника — С. Егорова — «Передача электрическим током», появившаяся в «Электричестве», правда, только в 1884 г. Упомянутые советские историки энергетической техники по каким-то соображениям прошли мимо нее. Мы восполним этот пробел и о важных выводах С. Егорова обязательно расскажем.

(Продолжение следует)

* Первый номер журнала вышел в июле 1880 г., его периодичность была запланирована в количестве двух номеров в месяц.
** Пространная статья Д.А. Лачинова публиковалась в №1, 2, 5, 6 и 7, т.е. в течение почти всего второго полугодия 1880 г.