VIII. Промышленная электротехника

1. Пионеры электропередачи

Классическая оценка открытия передачи электрической энергии на большие расстояния для промышленного использования, данная 27 февраля 1883 г. Ф. Энгельсом в письме к Э. Бернштейну, полностью подтверждена всем последующим развитием мировой техники.

"Паровая машина, - писал Ф. Энгельс, - научила нас превращать тепло в механическое движение, но использование электричества откроет нам путь к тому, чтобы превращать все виды энергии - теплоту, механическое движение, электричество, магнетизм, свет - одну в другую и обратно и применять их в промышленности...

Новейшее открытие Депре, состоящее в том, что электрический ток очень высокого напряжения при сравнительно малой потере энергии можно передавать по простому телеграфному проводу... окончательно освобождает промышленность почти от всяких границ, полагаемых местными условиями, делает возможным использование также и самой отдаленной водяной энергии, и если вначале оно будет полезно только для городов, то в конце концов оно станет самым мощным рычагом для устранения противоположности между городом и деревней. Совершенно ясно, что благодаря этому производительные силы настолько вырастут, что управление ими будет все более и более не под силу буржуазии" (. Маркс и Ф. Энгельс, Соч., т. XXVII, стр. 289).

Труды Ф. А. Пироцкого, Д. А. Лачинова и других русских деятелей, работавших по созданию электропередачи, так же как труды таких зарубежных их соратников, как Марсель Депре, должны стать хорошо известными каждому, кому дорога мировая история созидательного труда.

Электропередача привлекала внимание передовых деятелей задолго до ее практического осуществления.

Еще в 1760 г. М. В. Ломоносов обратил особое внимание на возможность передавать по проволоке "електрическую силу на великое расстояние до тысячи сажен и далее".

В 30-х годах XIX в. Ленц и Якоби, работавшие в России, открыли обратимость электрических генераторов и двигателей.

Широкую известность получил опыт, показанный в 1873 г. Фонтаном на Всемирной выставке в Вене, подтвердивший то. что открыли русские ученые.

Посетители выставки увидели две установки, расположенные одна от другой на расстоянии одного километра. В составе каждой находилось по одной динамомашине постоянного тока системы Граша, каждая мощностью около одной лошадиной силы. Отличие было только в том, что одна машина была соединена с газовым двигателем, а вторая - с центробежным насосом. Лишь две изолированные проволоки соединяли обе установки, отделенные, как сказано, друг от друга расстоянием в километр. Первая динамомашина, приводимая в действие газовым двигателем, вырабатывала электроэнергию, передававшуюся по проводам второй машине. Потребляя энергию, последняя приводила в действие насос.

Это была первая осуществленная передача электрической энергии для производства механической работы на расстоянии. Скромен был по виду этот почин, о котором еще тогда справедливо говорили передовые деятели: "...из этого опыта должен возникнуть переворот экономический и промышленный".

Опыт был замечательным, однако понадобились годы для того, чтобы осуществить первые промышленные электропередачи.

В 1876 г. во Франции в артиллерийских мастерских города Сен-Тома-д'Анжер установили на расстоянии всего лишь шестидесяти метров, но в разных зданиях, две динамомашины системы Грамма, одна из которых работала как генератор энергии, а вторая - как мотор. Вслед за тем электрическую передачу, также всего лишь в пределах одного предприятия, применили в мастерских Валь-д'Он в Париже по почину французского инженера Эрнеста Кадия. Для правильной оценки темпов развития нового дела напомним, что принято считать только 1880 г. датой первого применения электрического двигателя в промышленности США. К эгому году относится применение электрического двигателя в небольших деревообделочных мастерских фирмы Томсон-Гоустон.

Все это, конечно, не представляло собой электропередачи в том смысле, как мы ее теперь понимаем.

Передовые русские и зарубежные деятели в те годы уже начали борьбу за осуществление электропередач больших мощностей и на большие расстояния. В 1875 г. Ниоде во Франции писал, что идея таких передач должна быть осуществлена, так как она "действительно представляет возможность использования силы многочисленных горных водопадов на большом от них расстоянии; она также дает возможность использовать вдали от берегов силу прибоя... осуществление этих идей повлечет серьезные последствия в промышленно-экономической жизни".

Одним из первых в мире застрельщиков нового дела был русский новатор Федор Аполлонович Пироцкий. Он начал действовать в России в те годы, когда только что прошла демонстрация обратимости динамо-машины на Всемирной выставке в Вене.

В сентябре 1874 г. на Волковом поле в Петербурге Ф. А. Пироцкий произвел в больших по тому времени масштабах опыты, показавшие возможность передачи на расстояние значительных электрических мощностей.

Шестисильная динамомашина, приводимая в движение паровым локомобилем, давала ток, передававшийся по проводам на расстояние 50 метров. Здесь была установлена вторая динамомашина, приводимая в действие током, поступавшим от первой. В следующем году Пироцкий произвел успешные опыты с двумя шестисильными машинами, расположенными на расстоянии одного километра.

Произведенные Пироцким опыты не только подтвердили обратимость динамомашин, но и доказали возможность передачи на расстояние одного километра в шесть раз большей мощности, чем это имело место при передаче Фонтана в Вене а 1873 г.

Основываясь на произведенных им опытах, Ф. А. Пироцкий выступил в печати с чрезвычайно смелыми и оригинальными по тому времени мыслями, изложенными в его статье, написанной летом 1876 г. Публикуя в 1877 г. статью Пироцкого "О передаче работы воды, как движителя, на всякое расстояние посредством гальванического тока", редакция "Инженерного журнала" предпослала публикации характерное примечание:

"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".

Мысль автора действительно "заслуживала внимания".

В самом заголовке работы было точно указано, что он считает возможной передачу "на всякое расстояние" электрической энергии, полученной за счет привода генератора водяным двигателем.

Русский новатор выступил застрельщиком создания электропередач от гидростанций, а тем самым и вообще от электростанций, - на любое расстояние. Развитие мировой техники электропередач в дальнейшем пошло, как известно, именно под знаком стремления все более увеличивать радиус электропередач. Только теперь мы приближаемся к осуществлению электропередач на всякое расстояние, что предвидел Пироцкий eщe в 1876 г.

К мысли об использовании водных сил для производства электроэнергии и передаче ее на большие расстояния Ф. А. Пироцкий пришел самостоятельно. Он писал:

"В виду громадных издержек, необходимых на содержание паровых движителей больших заводов и фабрик, нам пришла мысль о возможности передачи работы воды, как самого дешевого движителя, на известное расстояние посредством гальванического тока, полученного какою-либо динамомашиною".

Как и все передовые русские техники-новаторы, Ф. А. Пироцкий прежде всего заботился о своей родине. Это показывают слова о предлагаемых им электропередачах, действующих за счет использования водных сил:

"У нас в России передача работы может иметь огромное применение, в чем не трудно убедиться, взглянув на карту".

Не ограничиваясь общими высказываниями, он назвал некоторые из мест скоплений водных сил, которые считал целесообразным использовать. Ему принадлежит первое, известное нам, указание на целесообразность использовать Нарвский водопад для производства электроэнергии.

С целью доказать исключительную выгоду передачи на большое расстояние электроэнергии, выработанной за счет водяного двигателя, он произвел расчеты и сопоставления с производством электроэнергии на теплосиловых установках.

Расчеты и опыты убедили Пироцкого в том, что использованию водных сил при помощи электропередач принадлежит огромное будущее. Приведя конкретные доказательства в пользу преимущества использования именно водных сил, он еще в 1876 г. указал:

"Не странно ли после этого видеть употребление динамо-электрических 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 для передачи звука".

Применяя понятия и термины того времени, русски!" новатор противопоставил необходимость универсального использования электричества использованию его в то время для ограниченных целей. Так же как в свое время боролся Ползунов за универсальный паровой двигатель, Пироцкий ратовал за использование электротехники для всех видов промышленных нужд. Ключом для решения этой задачи он считал именно электропередачу на большое расстояние, основанную на использовании энергоресурсов, казавшихся ему самыми дешевыми.

Пироцкий не только предлагал, но и действовал.

Рис. 138 и 139. Первый проект электрической передачи на большие расстояния, разработанный Ф. А. Пироцким в 1876 году' - По его статье: 'О передаче работы воды как движителя, на всякое расстояние посредством гальванического тока'. - Инженерный журнал', 1877 год

В апреле 1876 г. он начал опыты по приспособлению обычного рельсового пути для электропередачи. Ему удалось добиться разрешения производить опыты под Петербургом на участке Приморской железной дороги возле Сестрорецка. Для опытов выделили участок протяжением в 3 1/2 версты (3,73 км), соединяющий Сестрорецк с пристанью. Опытные машины были установлены на расстоянии свыше одного километра. В качестве проводников для электропередачи использовали рельсы: один как прямой, а второй как обратный провод (До работ Д. Лачинова и М. Депре все считали, что для электропередач необходимы провода возможно большего сечения. Вот почему Пироцкий пытался использовать железнодорожные рельсы для электропередачи: "рельсы существующих железных дорог, площадь поперечного сечения которых в 644 раза больше площади сечения телеграфной проволоки"). После обеспечения необходимых соединений на стыках рельсов, опытную электропередачу осуществили успешно. По утверждению автора установки, утечка тока в землю не была заметной. Коэффициент полезного действия передачи, по его же подсчетам, был достаточно высоким. Расходы на приспособление для электропередачи существующего железнодорожного пути были ничтожны - от 50 до 100 рублей на версту.

Опыты Пироцкого послужили для него основанием завершить труд, написанный, как указывалось, летом 1876 г., словами: "...выработанный мною способ приспособления готового рельсового пути к прохождению тока разрешает, по моему мнению, вопрос передачи работы со стороны практической".

Не ограничиваясь первыми опытами, Пироцкий продолжал работу в дальнейшем. В 1880 г. он произвел опыт электропередачи по рельсам конной железной дороги в Петербурге на Песках в районе Дегтярного переулка и Болотной улицы. Он передавал ток по рельсам, приводя в движение вагон при помощи установленной на последнем машины, принимавшей ток.

Для того чтобы правильно оценить смелость дерзаний Пироцкого, вспомним о тем, как в 1884 г. французский пионер электрических передач на большие расстояния Марсель Депре вынужден был писать о мнении, распространенном в широких кругах техников, после того, как уже осуществили первые электропередачи:

"До сего времени продолжают рассматривать электричество с точки зрения телеграфии, иначе говоря, как предназначенное исключительно к произведению точных, но весьма слабых механических эффектов".

Вспомним и о том, что понадобился гений К. Маркса и Ф. Энгельса для того, чтобы справедливо оценить значение труда тех, кто открыл возможность передачи электрической энергии на большие расстояния.

Русский застрельщик электропередач "на всякое расстояние" Федор Аполлонович Пироцкий шел в первой шеренге мировых пионеров нового великого дела. Проводя опыты и выступая в печати, он работал как деятельный участник международного созидательного труда.

Русскому творчеству принадлежит первенство также в деле разработки теоретической основы электропередачи. Эта теоретическая основа раньше всего была разработана и при помощи печати превращена в общее достояние незаслуженно забытым русским новатором - Дмитрием Александровичем Лачиновым.

В 1878 г. он показал на примере электрического освещения, что для широкого использования электрического тока необходимо добиться его "идеальной дробимости", продолжив начинания П. Н. Яблочкова.

Рис. 140. Дмитрий Александрович Лачинов (1842-1902)

Подобные идеи занимали в те годы многих русских электротехников, как показывает публичная лекция, прочитанная В. Н. Чиколевым в 1880 г. в русском техническом обществе. Применяя термин "канализация" для передачи и распределения электроэнергии, он сказал: "Под канализацией я понимаю одну толстую трубу - проводник, - несущую по всему району огромную массу электричества малого давления... Из этого магистрального источника электричество черпается в нужном количестве маленькими ветвями в каждый источник света или электродвигатель для механической работы, и затем, по произведении нужного эффекта, это электричество выливается в общий громадный резервуар, который никогда не переполнится, - землю... Я не сомневаюсь, хотя это достанется, конечно, уже на долю наших детей, что перестанут жечь уголь для передвижения поездов железных дорог, а попросят солнце принять на себя этот почтенный труд".

В 1880 г. Д. А. Лачинов опубликовал в журнале "Электричество" труд "Электромеханическая работа", представляющий один из самых замечательных примеров русского творчества в области электротехники.

Д. А. Лачинов первым в мире теоретически доказал возможность и целесообразность передачи на большие расстояния мощных потоков электрической энергии.

Разрабатывая теорию электропередачи, русский новатор поднял знамя борьбы за электротехнику как науку, основанную на математическом анализе явлений. На смену эмпирике он уверенно вводил математический меъод в новую отрасль техники. Положение в то время было таким, что Лачинову пришлось написать:

"Так как даже в среде электротехников мы слышим мнения о неуместности для журнала статей, подобных настоящей, переполненных скучными и бесполезными формулами (хотя в сущности теория динамомашин развита здесь кратко и элементарно), то тем более вероятно, что между посторонними читателями найдется много лиц, держащихся того же взгляда".

Возражая против подобных мнений, Лачинов утверждал, что техника без должной разработки теории слепа.

"Мы, напротив, считаем, что распространение теоретических сведений между электротехниками совершенно необходимо, в подтверждение чего позволим себе привести давнишнее, но верное сравнение человека, лишенного теоретических знаний, со слепым, принужденным подвигаться вперед ощупью. Если искание истины возможно и с завязанными глазами, то нельзя не согласиться, что этот способ труден и неудобен".

В своем обширном труде Д. А. Лачинов поставил вопрос электропередачи с чрезвычайной силой и глубиной.

Он дал замечательный анализ работы электрических генераторов и двигателей, но этим не ограничился, выдвинув еще новую задачу, не решенную и в наши дни. Он сказал:

"...мы полагаем, что впоследствии явится возможность получить гальванический ток более прямым путем, не переводя сначала теплоту угля в работу посредством паровой машины, причем теряется девять десятых, а превращая ее прямо в электричество".

Заглядывая, подобно П. Н. Яблочкову, так далеко в будущее, Д. А. Лачинов устремил тогда свое внимание на то, чтобы прежде всего помочь настоящему. В этом плане всего важнее открытие, сделанное Лачиновым и выраженное им после глубокого математического анализа в следующих словах:

"Вышеприведенные формулы показывают, что полезное действие не зависит от сопротивления, следовательно, можно передавать работу даже на весьма значительные расстояния, не опасаясь экономических невыгод".

Теория, опубликованная Д. А. Лачиновым в июле 1880 г., содержала основные элементы современной нам теории передачи энергии постоянным током. Понятно, что в то время речь могла идти только о простейшей цепи, для которой он вывел уравнения для определения электрических величин. Русский новатор сделал открытие, оцененное Ф. Энгельсом в связи с последующими работами Депре как открытие величайшего революционного значения для всего человечества.

Ф. Энгельс и К. Маркс, придававшие исключительное значение работам Депре, не располагали материалами о творчестве Лачинова. Сомнительно, чтобы об его работе что-либо знал сам Депре, хотя труд Лачинова был опубликован в широко известном русском электротехническом журнале. Более чем через год после опубликования труда Д. А. Лачинова, 1 октября 1881 г., Марсель Депре сделал доклад "О передаче и распределении электрических токов" на пятом общем собрании I Всемирного конгресса электриков в Париже.

Депре пришел к тому же выводу, что и Лачинов. В докладе на конгрессе Депре доказал, что при соблюдении определенных условий при электропередаче "полезная механическая работа и экономическая отдача остаются постоянными, какова бы ни была дальность передачи".

На стороне Депре оказалось существенное преимущество. Выступая со своим открытием через пятнадцать месяцев после того, когда подобное же открытие было уже сделано русским новатором, французский новатор имел своими слушателями участников мирового конгресса.

Общим и для Лачинова и для Депре было то, что на родине каждого нз них не нашлись условия для практического приложения сделанного ими открытия. Лачинов не поехал за рубеж искать доли для своего детища. Депре пошел на то, что первая установка, основанная на его открытии была осуществлена за рубежами его родины. В сентябре 1882 г начала действовать знаменитая электропередача на 57 километров из Мисбаха в Мюнхен. Электрическая энергия передавалась по телеграфной проволоке в соответствии с открытием Лачинова и Депре.

Рис. 141. Иван Филиппович Усагин (1855-1919)

Эта установка и последующие практические труды Депре закрепили именно за ним известность как за творцом первых электропередач на большие расстояния.

Чтя память Марселя Депре - замечательного пионера электрических передач на большие расстояния, - мы должны вместе с тем отдать должнее почину Д. А. Лачинова, сделавшего и опубликовавшего открытие, к которому французский новатор пришел только через пятнадцать месяцев после того, как был опубликован труд русского автора теории передачи электрической энергии на большие расстояния.

Слава Марселя Депре - это одновременно и слава его предшественника Дмитрия Лачинова.

Приоритет в решении многих других задач, важнейших для развития промышленной электротехники, также принадлежит русским новаторам.

Иностранные авторы пишут о том, что трансформаторы впервые были продемонстрированы в 1884 г. на Международной электротехнической выставке в Турине как изобретение Голярда и Джиобса. На этом основании 1884 г. считают датой изобретения трансформатора как установки для производственных целей. Это опровергается французской привилегией, выданной, как упоминалось, в ноябре 1876 г. П. Н. Яблочкову на установки для электрического освещения с "дроблением света" при помощи трансформаторов.

Продолжая дело, начатое Яблочковым, иностранцев опередил Иван Филиппович Усагин.

28 августа 1882 г. в павильоне "Товарищества электрического освещения Яблочкова" на Всемирной промышленной выставке в Москве демонстрировалась установка с новой системой распределения электроэнергии "через индукцию" по способу И. Ф. Усагина, создавшего оригинальный трансформатор. При первой же публичной демонстрации, как сообщает печать того времени, его творчество встретило восторженное отношение специалистов. Трансформаторы, созданные русскими новаторами Яблочковым, а затем Усагиным, открыли широкие возможности для использования переменного тока для промышленных целей.