Война токов

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Т. Эдисон.
Дж. Вестингауз.
Н. Тесла.

Война токов (англ. War of Currents) — противостояние Томаса Эдисона и Николы Тесла (а также Джорджа Вестингауза) в борьбе за использование постоянного и переменного тока соответственно. «Война» продолжалась свыше ста лет и закончилась в конце ноября 2007 года с окончательным переходом Нью-Йорка с постоянного тока на переменный[1].

Различия[править | править вики-текст]

Генераторы[править | править вики-текст]

Генераторы постоянного тока легко подключаются параллельно, необходимо лишь соблюдать полярность. Чтобы подавать в сеть переменный ток, требуется предварительная синхронизация генератора переменного тока с подключаемой энергосистемой.

Передача энергии на расстояние[править | править вики-текст]

При увеличении расстояния растёт электрическое сопротивление проводов, а также потери на их нагрев. При создании электрической линии, рассчитанной на передачу определённой мощности, существенно снизить потери можно только снижая сопротивление (делая провода толще) или повышая напряжение (понижая, тем самым, силу тока). Чтобы вчетверо снизить потери, приходится либо вчетверо снижать сопротивление, либо вдвое повышать напряжение. Таким образом, передача энергии на большие расстояния возможна только при использовании высокого напряжения.

Поскольку эффективных способов изменять напряжение постоянного тока на тот момент времени не существовало, в электростанциях Эдисона использовалось напряжение, близкое к потребительскому — от 100 до 200 вольт. 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. Другими словами, подход Эдисона не позволял построить мощную электростанцию, снабжающую целый регион, равно как и построить ГЭС в подходящем для этого месте.

Напряжение переменного тока легко изменяется с помощью трансформаторов (КПД до 99%). Это даёт возможность как передавать ток по магистральным линиям весьма высокого напряжения на большие расстояния (сотни километров), так и строить сеть высоковольтных линий меньшего напряжения для поставки энергии на трансформаторные подстанции, а затем и потребителям. По той же причине переменный ток более универсален для решения иных, чем освещение, производственных и бытовых задач.

Потребители[править | править вики-текст]

Подходящих двигателей переменного тока на момент появления электрических сетей вообще не существовало — лишь в 1888 году Никола Тесла изобрёл асинхронный электродвигатель, чем окончательно склонил чашу весов на сторону Вестингауза.

Изобретённый Эдисоном счётчик работал только на постоянном токе.

Безопасность[править | править вики-текст]

Переменный ток быстрее приводит к фибрилляции сердечной мышцы, чем постоянный. Впрочем, в любой коммерчески приемлемой электросети напряжения таковы, что опасным будет и постоянный ток.[источник не указан 1487 дней]

История[править | править вики-текст]

Первые электросети[править | править вики-текст]

В 1878 году Эдисон основывает компанию «Эдисон электрик лайт» (ныне General Electric). К 1879 году закончилась доводка электрической лампочки — одна лампа служила свыше 12 часов. Для современного читателя эта цифра может показаться весьма скромной, но альтернативами в те времена были только свеча, керосиновая лампа и газовое освещение. В 1880 году Эдисон патентует всю систему производства и распространения электроэнергии, которая включала три провода — нулевой и ±110 вольт (это снижало материалоёмкость при тех же потерях энергии). Одновременно был продемонстрирован невиданный доселе срок жизни лампочки — 1200 часов. Именно тогда Эдисон сказал: «Мы сделаем электрическое освещение настолько дешёвым, что только богачи будут жечь свечи».

В январе 1882 года Эдисон запускает первую электростанцию в Лондоне, а несколькими месяцами позже — в Манхэттене. К 1887 году в США существовало более сотни электростанций постоянного тока, работавших на трёхпроводной системе Эдисона.

Появление переменного тока[править | править вики-текст]

В отличие от Эдисона, который проявил себя неутомимым экспериментатором и умелым бизнесменом, сторонники переменного тока основательно знали математику и физику. Ознакомившись с патентом Эдисона, Джордж Вестингауз обнаружил слабое звено его системы — большие потери мощности в проводах.

В 1881 году Люсьен Голар (Франция) и Джон Гиббс (Великобритания) демонстрируют первый трансформатор, пригодный для работы на высоких мощностях. В 1885 Вестингауз покупает несколько трансформаторов Голара-Гиббса и генератор переменного тока производства Siemens & Halske и начинает эксперименты. Через год начинает работу первая 500-вольтовая ГЭС переменного тока в Грейт-Баррингтоне (штат Массачусетс).

Распространению переменного тока мешало и отсутствие моторов и счётчиков. В 1882 году Тесла изобретает многофазный электромотор, патент на который был получен в 1888 году. В 1884 году Тесла появляется в США. После года успешной работы Эдисон отказывает Тесле в повышении зарплаты[2], и Тесла уходит к Вестингаузу. В 1888 году появляется первый счётчик переменного тока.

Электрический стул[править | править вики-текст]

Переход на переменный ток должен был стать финансовым поражением Эдисона, который зарабатывал немалую часть денег на патентных отчислениях. Чувствуя своё поражение, Эдисон подал в суд за нарушение более десятка патентов, но решение суда было не в его пользу[3].

Тогда Эдисон занялся чёрным пиаром, публично демонстрируя убийства животных переменным током. К тому же, примерно в то же время некто Поуп был убит пробитым трансформатором, стоявшим у него в подвале; это происшествие было широко освещено прессой. Наконец, в 1887 году финансируемый Эдисоном инженер Гарольд Браун предложил идею убивать преступников током — разумеется, «опасным» переменным, а не «безопасным» постоянным.

Вестингауз, резкий противник использования электричества для казни, отказался поставлять генераторы переменного тока для этой цели (добывать их пришлось окольными путями), нанял адвокатов приговорённому к казни на электрическом стуле Кеммлеру, который убил жену топором. Адвокаты требовали отменить приговор, как противоречащий Конституции США, запрещающей «жестокие и необычные наказания». Несмотря на их старания, 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».

В 1891 году трёхфазная система переменного тока, разработанная М.О.Доливо-Добровольским в компании AEG, была представлена на выставке в Франкфурте-на-Майне. По всей видимости, фурор, произведенный данной системой, помог компании Вестингауза выиграть тендер на строительство крупнейшей на ту пору электростанции на Ниагарском водопаде. Переменный ток и Тесла снова одерживали верх. Ещё одним фактом в пользу переменного тока послужила покупка Эдисоном компании Томсон-Хьюстон, занимающейся изучением и строительством агрегатов, основанных на переменном токе. Однако, Эдисон не собирался отказываться от своего детища – постоянного тока и от чёрного пиара по отношению к переменному. Так, Эдисон заснял и затем широко распространил в прессе кадры казни переменным током слонихи Топси, затоптавшей трёх людей в 1903 году.

Ниагарский водопад[править | править вики-текст]

В 1891 году трёхфазная система переменного тока была представлена консорциумом во главе с AEG на выставке, проходившей во Франкфурте-на-Майне. В 1893 году Вестингауз выиграл тендер на строительство 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.

В конце концов General Electric купила компанию «Томсон-Хьюстон», производившую машины переменного тока, и сама начала их производство. Тем не менее, антиреклама переменного тока продолжалась.

Сворачивание сетей постоянного тока[править | править вики-текст]

Электроснабжение постоянным током неохотно сдавало свои позиции. Хотя уже в начале XX века большинство электростанций выдавали переменный ток, существовало немало потребителей постоянного тока. Переменный ток для них преобразовывался в постоянный с помощью ртутных выпрямителей. Электростанции постоянного тока строились вплоть до 1920-х годов. Хельсинки окончательно перешёл на переменный ток в 1940-х годах, Стокгольм в 1960-х. Тем не менее, в США вплоть до конца 1990-х годов существовало 4,6 тыс. разрозненных потребителей постоянного тока, и в 1998 году начались попытки перевести их на переменный ток.

С исчезновением в Нью-Йорке последнего потребителя постоянного тока в ноябре 2007 года главный инженер компании «Консолидейтед Эдисон», которая предоставляла электроснабжение постоянным током, перерезал символический кабель. Это положило конец «войне токов» в отдельно взятом городе.

А вот в Сан-Франциско и по сей день остаются островки сетей постоянного тока, снабжающие раритетные лифты. В целом, в пределах Сан-Франциско имеется 97 островков постоянного тока, обслуживающие от семи до десяти зданий каждый, причем в работе сохраняются и оригинальные кабели, проложенные около 100 лет назад.

Современное применение постоянного тока[править | править вики-текст]

Несмотря на то, что в крупных энергосистемах используется переменный ток, существует немало локальных сетей постоянного тока, в частности, для привода трамвая и железной дороги.

Тяговые электродвигатели постоянного тока используются в электротрансмиссиях транспортных средств, если требуется большая мощность привода в сочетании с широкими пределами регулировки частоты вращения и крутящего момента: в локомотивах, электропоездах и трамваях, на надводных кораблях и подводных лодках. На железных дорогах до сих пор есть разделение на электрификацию переменным и постоянным током.

Локальные электросети постоянного тока, не выдающие тока в общую энергосистему, используются в различных отраслях промышленного производства, а именно при электролитическом рафинировании металлов, производстве алюминия, в гальванопластике и гальваностегии. Постоянноточными бывают системы аварийного питания, бортовые сети транспортных средств - автомобилей, самолётов, вагонов железной дороги. Постоянным током питается низковольтная электроника (микропроцессорные устройства, электросвязь, игрушки, охранная сигнализация и т. д.).

Высоковольтные линии постоянного тока находят применение для передачи большой мощности на дальние расстояния, по подводным кабелям, а также как вставки постоянного тока для связи между собой несинхронизированных сетей.[4] Рассинхронизация сетей по фазе (возникающая из-за больших расстояний или просто в силу административных и исторических причин), а в случае кабеля, и высокая ёмкость ЛЭП делают переменный ток непригодным для решения задачи. Весьма высокие напряжения при больших мощностях позволяют существенно снизить потери и, тем самым, получить выгоду и окупить сложное дополнительное оборудование — выпрямители и инверторы. К войне токов это не имеет никакого отношения.

Перспективы постоянного тока[править | править вики-текст]

Успехи силовой электроники в 2000-х - 2010-х годах позволили создать импульсные преобразователи постоянного тока мощностью до сотен мегаватт. По сравнению с классическими трансформаторами, работающими на частоте сети 50 (60) Гц, такие устройства значительно более компактны и менее материалоемки. Кроме того, большинство современных бытовых и промышленных устройств используют импульсные вторичные источники питания, выпрямляющие переменный ток, потребляемый от сети, перед его преобразованием. Таким образом основное достоинство переменного тока - возможность его трансформировать становится все менее актуальной. А поскольку энергетическое хозяйство трехфазного переменного тока существенно сложнее, чем для постоянного, перспектива замены сетей переменного тока промышленной частоты на сети постоянного тока с импульсными преобразователями становится все более реальной. В ряде стран, в том числе и России в автономных (солнечных, ветровых) энергосистемах такая реализация уже применяется. Потребители, нечувствительные к роду тока, подключаются непосредственно к линии постоянного тока, питаемой от аккумуляторов, а потребители, требующие переменный ток включаются посредством инверторов.

См. также[править | править вики-текст]

Сторонники переменного тока[править | править вики-текст]

Сторонники постоянного тока[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Электрический удар. Закончилась столетняя война между двумя великими изобретателями токов — Новые Известия
  2. По другой версии (скорее всего, неправдоподобной), Эдисон пообещал Тесле 50 тыс. $ (около 1 млн в пересчёте на современные доллары), но потом сказал, что пошутил.
  3. Назначение патентов — защищать решение, а не задачу.
  4. Дальние передачи электроэнергии переменным и постоянным током