Становление электрификации. Проблема передачи Энергии на большие расстояния

От трансформаторов  в Лауфене начиналась трехпроводная  линия, подвешенная на 3182 деревянных опорах высотой 8 и 10 м со средним пролетом 60 м. Никаких выключателей на линии не было. Для того чтобы в случае необходимости можно было быстро отключить ток, предусматривались два оригинальных приспособления. Рядом с Лауфенской гидроэлектростанцией были установлены две опоры на расстоянии 2, 5 м одна от другой. Здесь в разрыв каждого провода линии включалась плавкая вставка, состоявшая из двух медных проволок диаметром 0, 15 мм. Во Франкфурте и вблизи железнодорожных станций (часть линии шла вдоль железнодорожного полотна) были установлены так называемые угловые замыкатели. Каждый из них представлял собой металлический брус, подвешенный с помощью шнура на Г-образной опоре. Достаточно было дернуть за шнур, и брус опускался на все три провода, создавая искусственное короткое замыкание, что вызывало перегорание плавких вставок в Лауфене и обесточивание всей линии. Во Франкфурте провода подходили к понижающим трансформаторам (они находились на выставке в специальном павильоне), которые снижали напряжение на выходе до 116 вольт. К одному из этих трансформаторов было подключено 1000 ламп накаливания по 16 свечей (55 ватт) каждая, к другому — большой трехфазный двигатель Доливо-Добровольского, размещавшийся в другом павильоне.

Линейное напряжение генератора в Лауфене составляло 95 вольт. Повышающий трансформатор имел коэффициент трансформации равный 154. Следовательно, рабочее напряжение в ЛЭП составляло 14650 вольт (95•154). Для того времени это было очень высокое напряжение. Правительства земель, через которые проходила ЛЭП, были встревожены ее сооружением. У некоторых возникало чувство страха даже перед деревянными столбами, на которых были укреплены таблички с черепами. Особые опасения вызывала возможность обрыва провода и падения его на рельсы железной дороги. Выставочному комитету и сооружавшим линиям фирмам пришлось провести огромную разъяснительную работу, чтобы убедить правительственных чиновников в том, что все возможные опасности предусмотрены и что линия надежно защищена. Администрация Бадена все же не разрешала соединять участок уже готовой линии на баденской границе. Для того чтобы устранить последние препятствия и рассеять сомнения местных властей, Доливо-Добровольский провел опасный, но весьма убедительный эксперимент. Когда линия была впервые включена под напряжение, один из проводов на границе Бадена и Гессена был искусственно оборван и с яркой вспышкой упал на рельсы железной дороги. Доливо-Добровольский сейчас же подошел и поднял провод голыми руками: настолько он был уверен, что сработает сконструированная им защита. Этот «метод» доказательства оказался очень наглядным и устранил последнюю преграду перед испытаниями линии.

25 августа 1891 года в 12 часов дня на выставке  впервые вспыхнули 1000 электрических  ламп, питаемых током Лауфенской гидроэлектростанции. Эти лампы обрамляли щиты и арку над входом в ту часть выставки, экспонаты которой относились к электропередаче Лауфен — Франкфурт. На следующий день был успешно испытан двигатель мощностью в 75 киловатт, который 12 сентября впервые привел в действие десятиметровый водопад. Несмотря на то что линия, машины, трансформаторы, распределительные щиты изготовлялись в спешке (некоторые детали, по свидетельству Доливо-Добровольского, продумывались всего в течение часа), вся установка, включенная без предварительного испытания, к удивлению одних и к радости других, сразу же стала хорошо работать. Особое впечатление на посетителей выставки произвел водопад. Однако лица, более осведомленные в вопросах физики и электротехники, радовались в этот день не огромному водопаду, сверкавшему тысячами стеклянных брызг, подсвеченных десятками разноцветных ламп. Их восторг был связан с пониманием того, что этот прекрасный искусственный водопад приводится в действие источником, находящимся на расстоянии 170 км на реке Неккар у местечка Лауфен. Они видели перед собой блестящее решение проблемы передачи энергии на большие расстояния.

В октябре международная  комиссия приступила к испытаниям Лауфен-Франкфуртской линии электропередачи. Было установлено, что потери при электропередаче составляют всего 25%, что являлось очень хорошим показателем. В ноябре линия была испытана при напряжении в 25 тысяч вольт. При этом КПД ее увеличился, и потери снизились до 21%. Подавляющее большинство электриков всех стран мира (выставку посетило более миллиона человек) по достоинству оценило значение Лауфен-Франкфуртского эксперимента. Трехфазный ток получил очень высокую оценку, и ему отныне был открыт самый широкий путь в промышленность. Доливо-Добровольский сразу выдвинулся в число ведущих электротехников планеты, и имя его приобрело мировую известность.

Так была разрешена главная  энергетическая проблема конца XIX века — проблема централизации производства электроэнергии и передачи ее на большие  расстояния. Для всех стал ясен способ, каким многофазный ток мог быть подведен от далекой электростанции к каждому отдельному цеху, а потом и отдельному станку. Ближайшим следствием возникновения техники многофазного тока явилось то, что в последующие годы во всех развитых странах началось бурное строительство электростанций и широчайшая электрификация промышленности. Правда, в первые годы она еще осложнялась ожесточенной борьбой между конкурирующими компаниями, стремившимися внедрить тот или иной тип тока. Так, в Америке сначала взяла вверх компания Вестингауза, которая, скупив патенты Теслы, старалась распространить двухфазный ток. Триумфом двухфазной системы стало строительство в 1896 году мощной ГЭС на Ниагарском водопаде. Но трехфазный ток вскоре повсеместно был признан наилучшим. Действительно, двухфазная система требовала проведения четырех проводов, а трехфазная — только трех. Кроме большей простоты, она сулила значительную экономию средств. Позже Тесла, по примеру Доливо-Добровольского, предложил объединять два обратных провода вместе. При этом происходило сложение токов, и в третьем проводе тек ток примерно в 1, 4 раза больший, чем в двух других. Поэтому сечение этого провода было в 1, 4 раза больше (без этого увеличения сечения в цепи возникали перегрузки). В результате затраты на двухфазную проводку все равно оказывались больше, чем на трехфазную, между тем как двухфазные двигатели по всем параметрам уступали трехфазным. В XX веке трехфазная система утвердилась повсеместно. Даже Ниагарская электростанция была со временем переоборудована на трехфазный ток.

Первые  шаги электрификации России.

Большинству взрослого  населения России и других стран  бывшего СССР, на сегодняшний день еще к счастью известно, что  широкомасштабная электрификация страны связана с реализацией плана  Государственной Электрификации России (ГоЭлРо) принятому в 1920 году.

Справедливости ради, следует  отметить, что разработка этого плана  относится еще ко времени накануне Первой Мировой Войны, которая, собственно, и помешала тогда его принятию. Но в данной статье речь пойдет не об этом этапе развития энергетики в России, а о предшествовавшем ему периоде, когда электричество только входило в быт населения крупных городов, и было вызывавшей восторг диковиной, символом всесильного Прогресса.

Думается, многие читатели удивятся, но еще и сегодня в старых домах Замоскворечья можно встретить действующую электропроводку, проложенную еще на рубеже 80-90х годов 19 века во время первой электрификации Москвы. Однако мероприятия связанные с этой акцией тоже не были первой вехой на пути победного шествия по территории тогда еще Российской Империи новой движущей силы.

С определением времени начала существования какого-либо явления  всегда возникают трудности и  разночтения, однако, обозначим за точку начала в России эры электричества 1879 год. Именно в этом году в Петербурге был освещен электрическим светом Литейный мост, став первым в мире мостом, освещенным при помощи электричества. С этим событием связана курьезная история о том, как Городская управа Петербурга продала монополию на освещение улиц частным компаниям, освещавшим их при помощи масляных и газовых фонарей. Литейный же мост, как построенный после заключения этого договора не подпадал под действие соглашения, вследствие этого, электрификация Российской столицы и империи в целом началась именно с моста.

Годом ранее, в 1878 году инженер Бородин осуществил электрификацию токарного цеха Киевских железнодорожных мастерских, в ходе которой цех был освещен четырьмя электрическими дуговыми фонарями. Об этом факте нам известно, но он не выбран в качестве исходной даты в силу своего узковедомственного значения и недоступности лицезрения сего чуда широкой публикой (хотя видимо отбою от любопытных не было).

Следующей вехой на пути внедрения новинки в повседневный быт стало 30 января 1880 года, когда был основан электротехнический отдел Русского технического общества, призванный курировать проблемы электрификации России. В том же году начались работы по освещению улиц Москвы и Петербурга, однако их объем можно считать крайне незначительным – пара сотен ламп на две столицы. Так же в этом же году в Киеве посредством ламп Яблочкова освещены мастерские Днепровского пароходства.

Следует отметить, что на этом этапе электрификации все потребители  электроэнергии (каковыми являлись исключительно  осветительные приборы) использовали постоянный ток, и существовали определенные проблемы с передачей электроэнергии на значительные расстояния. Вследствие этого источник электроэнергии располагался в непосредственной близости от потребителя. Так, например, в случае с Киевскими железнодорожными мастерскими каждый из четырех фонарей имел свою электромагнитную машину Грамма.

Спустя ровно два года после коронации в Петербурге императора Александра III, торжества  по аналогичному поводу в Москве 15 мая 1883 года были ознаменованы грандиозной иллюминацией Кремля. Для осуществления этого проекта на Софийской набережной была построена специальная электростанция.

В том же году, но уже в столице Империи фирма «Сименс и Гальске» освещает центральную улицу города, а чуть позже электрифицируется Зимний Дворец. По некоторым данным именно для осуществления этих мероприятий строится едва ли не первая, более-менее крупная электростанция в России, мощностью 35 КВт. Помимо прочего эта электростанция примечательна тем, что располагалась она на барже пришвартованной к набережной Мойки недалеко от Полицейского моста.

Далее упоминаний о каких-либо крупных событиях связанных  с электричеством не встречается  в течение ряда лет, пока в 1886 году не становится известно об освещении электричеством парка «Шато-де-Флер» в Киеве (ныне стадион Динамо).

31 июля 1887 года  Общество Электрического Освещения,  основанное Карлом Федоровичем Сименсом (к тому времени принявшим Российское подданство и ставшим купцом первой гильдии), принимает решение о начале работ направленных на практическую электрификацию Москвы. Реализация этих амбициозных планов началась с устройства электрического освещения Постниковского пассажа на Тверской, ныне Театр им. Ермоловой.

Вообще, «Общество Электрического Освещения 1886 года», чей устав был утвержден 4 июля 1886 года высочайшим Указом императора Александра Ш, сыграло огромную роль в начальной электрификации России.

3 февраля 1888 года в  Москве заключается договор аренды земли под строительство первой центральной городской электростанции. Электростанция, получившая название Георгиевской (располагалась на углу Большой Дмитровки и Георгиевского переулка) вырабатывала постоянный ток и снабжала электроэнергией потребителей (среди которых появляются и частные домовладельцы) в радиусе полутора верст. Все кабели прокладывались в кирпичных каналах.

В это время, помимо Центральной, в Москве функционирует ряд более  мелких электростанций – Городская, освещавшая Каменный мост и площадь храма Христа Спасителя, Университетская, Императорских театров, Дворцовая (освещала Кремль), при вокзалах – Ярославском и Брестском. Примерно так же обстояли дела и в двух других крупнейших городах империи – Петербурге и Киеве. Использование постоянного тока ограничивало длину питающих кабелей, что вынуждало использовать небольшие локальные электростанции.

3 июля 1892 года  в Киеве запущен первый в  России электрический трамвай, линия имела протяженность полтора километра. Мощность питающей электростанции составляла 30 КВт.

1895 год ознаменовался  вводом в строй первой в  России гидроэлектростанции на  реке Большая Охта в Петербурге, причем довольно большой по  тем временам мощности – 300 КВт. В том же году, Управление  Владикавказской железной дороги построило и ввело в эксплуатацию ГЭС «Белый уголь» на реке Подкумок, между Кисловодском и Ессентуками, дававшую электроэнергию для освещения курортов.

Здесь следует оговориться, что электрификация России в тот  период не носила планового централизованного характера, поэтому приводимые нами вехи не являются полным перечнем всех мероприятий по электрификации страны. В домах богатых домовладельцев устанавливались собственные источники электроэнергии, иногда довольно мощные, то же наблюдалась в сельском хозяйстве и усадебном землевладении, однако такие события редко попадали на страницы газет, и соответственно нам о них мало известно.

Важным событием в  период начала электрификации страны явилось строительство и ввод в эксплуатацию электростанции на Раушской набережной, первой действительно крупной электростанции в России, да к тому же вырабатывающей переменный трехфазный ток. Это давало возможность передавать мощности на большие расстояния, используя более высокое напряжение. 28 апреля 1897 года начался монтаж электрооборудования, а в ноябре того же года электростанция была пущена. Тогда мощность этой паротурбинной электростанции составляла 1470 КВт (уже в ходе Первой Мировой Войны, в 1915 году, была пущена вторая очередь этой электростанции мощностью в 21 МВт).

Самая старая сохранившаяся  до сего дня в Москве осветительная  бытовая электропроводка запитывалась, видимо, именно от этой электростанции. Потребители получали переменный ток  частотой 50 Гц. Напряжение бытовой электросети  составляло 127 В.

Со временем, сложилась ситуация, когда электрические трамваи, появившиеся к началу 20 века и в Москве, стали потреблять большую часть электроэнергии, вырабатываемой Раушской электростанцией. Для ее разгрузки в 1907 году у Малого-Каменного моста построена электростанция, предназначенная для энергопитания трамвайной сети. Ее мощность на момент пуска составляла 6000 КВт.

Ниже приведены некоторые  даты в какой-то степени характеризующие  распространение по территории страны нового источника энергии:

1901 год – запущены  первые электростанции в Курске и Ярославле.

1908 год - вступила в  строй первая электростанция  Читы.