Русские электротехники - Михаил Шателен

Первое из них применение для освещения, как было уже сказано, возникло сначала на основе использования, открытого академиком Петровым светового явления, получившего впоследствии название «вольтовой дуги». а затем на основе изученного акад. Ленцем и Джоулем явления нагревания проводника проходящим по нему током. Таким образом, оба явления, базируясь на которых возникла осветительная техника XIX в., были или открыты, или изучены русскими учеными. Русскими же изобретателями были найдены и реальные способы использования этих явлений для устройства электрических источников света — П. Н. Яблочковым для устройства дуговой лампы, получившей название «свечи Яблочкова», и А. Н. Лодыгиным для устройства лампы с накаливаемым светящимся проводником, получившей название «лампы накаливания».

До появления свечи Яблочкова и лампы накаливания Лодыгина делались многочисленные попытки создания электрических источников света, но все они кончались неудачей. Пути развития электрической светотехники показали русские пионеры и, идя по указанному ими пути, светотехника в руках талантливых изобретателей всего мира, в том числе русских изобретателей — Репьева, Доброхотова-Майкова, Тихомирова, Чиколева и ряда других, быстро достигла большого совершенства. Рост числа применений свечи Яблочкова и возникшая отсюда необходимость питать возможно большее число свечей от одного общего генератора электрического тока привели П. П. Яблочкова к изобретению прибора (1877 г.), который он назвал индукционной катушкой и который впоследствии получил название трансформатора переменного тока. Этот же трансформатор несколько времени спустя был вторично изобретен сотрудником проф. Столетова по Московскому университету Усагиным (1882 г.) и затем еще раз в 1885 г. построен французским электриком Голардом и венгерскими инженерами Циперновским, Дери и Блати, работавшими на заводе Ганца в Будапеште. Трансформаторы Яблочкова и Усагина не получили распространения, и только позже, когда начало развиваться применение переменного тока высокого напряжения, трансформаторы нашли свое место в электротехнике. Это уже были трансформаторы Голарда и Гиббса и трансформаторы Циперновского, распространявшиеся в Европе фирмой Ганц. В США трансформаторы Голарда и Гиббса строила фирма Вестингауз, трансформаторы Циперновского — Генеральная Электрическая Компания.

Об изобретателе первого трансформатора П. Н. Яблочкове как будто совсем забыли и об его изобретении вспомнили только тогда, когда между американскими и европейскими фирмами начались споры о патентах. Только тогда был установлен приоритет Яблочкова.

Начало широкого применения переменного тока относится уже к последней четверти XIX в., в середине же века господствовал ток постоянный, и попытки применять ток переменный встречали ряд возражений. Первое сколько-нибудь широкое применение получил переменный ток для питания свечей Яблочкова и хотя результаты были хороши, но дальнейшего распространения в то время переменный ток не получил. Причины ясны: тогда как постоянный ток был хорошо изучен, законы его хорошо известны, сведения о переменном токе были очень ограничены. При его применениях встречались с явлениями в то время необъяснимыми (индукционные и емкостные явления, резонанс, влияние частоты и пр.), представлявшими для эксплоатации много затруднений. Кроме того, и что очень было важно, в то время не было сколько-нибудь применимых электродвигателей переменного тока, тогда как имелись отличные двигатели постоянного тока. Поэтому, когда на смену свечам Яблочкова появились лампы накаливания и дуговые регуляторы постоянного тока, переменный ток был совсем оставлен. Однако, в дальнейшем в связи с расширением электрических сетей, потребовавшим повышения напряжения, и в связи с появлением трансформаторов, позволявших легко получить токи высоких напряжений, вновь стали делать попытки перейти к применению переменного тока. Вначале эти попытки встречали жестокую критику и большую оппозицию. Во главе возражавших против применения переменного тока, в особенности, высокого напряжения, стояли такие люди, как Эдисон, авторитет которого в электротехническом мире стоял недосягаемо высоко. Эдисон писал, что прокладка по улицам кабелей переменного тока высокого напряжения эквивалентна закладке под мостовую динамитных мин. Даже такой авторитет, как В. Томсон (Кельвин), опасался применения переменного тока и, например, при обсуждении вопроса о выборе рода тока для Ниагарской установки высказался за постоянный ток.

Споры о применении переменного тока длились долго и окончились в пользу переменного тока лишь после изобретения так называемых «трехфазных токов», т. е. после введения русским электротехником Михаилом Осиповичем Доливо-Добровольским в жизнь трехфазного тока, позволившего блестящим образом решить вопрос о двигателе переменного тока. За постоянным током осталось, однако, одно преимущество, именно, что он мог применяться и для разного рода электрохимических процессов.

Из электрохимических процессов наибольшее распространение в этот период имели покрытие одних металлов другими (золочение, серебрение) и гальванопластика. Последняя была изобретена акад. Якоби в 1838 г. и сразу получила широкое применение. Свое открытие Якоби описывает таким образом: «Оный способ состоит в употреблении гальванического действия по определенным и свойственным опыту правилам, по которым медь, без содействия огня, растворением в кислотах, превращается снова в крепкую и прочную массу самого лучшего качества. Сей раствор из меди, оседая на каком-нибудь другом металле или металлических составах, принимает все виды, изображенные на сих последних с резкостью и удивительной точностью, так что получается точная копия оного. Сие изобретение принадлежит России и не может быть оспоримо никаким другим изобретением вне оной».

Потребности снабжения гальванопластических ванн током вызвали ряд весьма интересных работ Якоби, некоторые из которых касались не только техники генерирования тока, но и экономики снабжения электрохимических устройств. В дальнейшем электролиз получил широкое применение и в металлургии, особенно металлургии цветных металлов.

Сильно развившаяся во второй половине XIX в. промышленность требовала все большее и большее количество энергии. Практиковавшиеся в первые три четверти века методы снабжения энергией заводов и фабрик и т. п. от небольших паровых или гидравлических двигателей, большей частью через посредство ременных или канатных передач, уже не удовлетворяли потребностям новой промышленности. Отличные свойства электродвигателей вызвали стремление широко применять этот род двигателей, число и мощность которых стали очень быстро расти. Для питания все увеличивавшихся установок нужно было располагать значительным количеством электрической энергии. Эту энергию во многих случаях оказывалось выгодно получать от электрических генераторов, расположенных не у самих мест потребления энергии, а на более или менее далеких расстояниях от этих мест, например, от генераторов, установленных на паровых электрических станциях, расположенных вблизи угольных или торфяных месторождений, что позволяет избежать перевозки топлива, или на мощных водяных потоках, которые можно утилизировать через посредство гидравлических турбин для вращения электрических генераторов. Способы распределения электрической энергии между рядом потребителей были уже разработаны, требовалось лишь найти способы достаточно экономичной передачи более или менее значительных мощностей на большие расстояния.

В России первые опыты электрической передачи достаточно большой мощности были произведены в 1874 г., задолго до того, как они были сделаны в Европе. Именно в этом году в Петербурге военный инженер Пироцкий устроил электропередачу в 6 лошадиных сил на расстояние свыше 1 км.

Главная трудность для решения этого вопроса заключалась в том, что для передачи больших мощностей, да притом на большие расстояния, необходимо применять токи высокого напряжения, так как чем ниже напряжение, тем толще требовались провода, и при нормально применявшихся в то время напряжениях порядка 100 В передача даже небольших мощностей на сравнительно небольшие расстояния требовала для проводов такого количества меди, которое делало подобную передачу экономически невыполнимой. Необходимо было пойти на повышение напряжений, что при получении тока от генераторов постоянного тока представляло немало затруднений. Эти затруднения преодолел частично известный французский ученый-изобретатель Марсель Депре, построивший первые динамомашины сравнительно высокого напряжения. Известно, какую оценку получили работы Депре со стороны Маркса и Энгельса. Передав сначала из Миссбаха в Мюнхен, а затем из Крейля в Париж и обратно хотя и небольшую мощность по обычным телеграфным проводам, Депре, действительно, практически решил вопрос о возможности передачи электрической энергии на расстояние. Построенные им для этой цели генераторы и двигатели постоянного тока высокого напряжения (порядка 6000 В) были, конечно, далеки от совершенства, но все-таки они работали удовлетворительно и передача была осуществлена.