Ток в пути. Фонтен и Пироцкий

В 1873 году на Венской международной выставке французский электрик Ипполит Фонтен демонстрировал обратимость электрических машин. Одна из одинаковых машин Грамма работала в режиме генератора, вторая — в режиме двигателя, и приводила в действие водяной насос искусственного водопада.

Чтобы вода не перелилась из бассейна, Фонтен решил несколько снизить мощность двигателя, и в качестве дополнительной нагрузки включил между машинами барабан с кабелем длиной в километр. Как если бы они друг от друга на таком удалении находились.

Так посетители выставки обнаружили, что электрическую энергию можно передавать на значительное, по их представлениям, расстояние.

Собственно, ещё Михайло Васильевич Ломоносов в 1760 говорил о возможности отправлять по проволоке «електрическую силу на великое расстояние до тысячи сажен и далее». Только вот сам Фонтен не был убежден в экономической целесообразности сего мероприятия – в соединительном кабеле терялась очень большая мощность.

Но вопрос о необходимости транспортировки электроэнергии для производства механической работы уже стоял остро. Редактор журнала «Электричество» и делопроизводитель артиллерийского комитета по электротехническому отделу российского военного ведомства Владимир Николаевич Чиколев выдвинул идею канализации электричества, под которой понимал «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».

В 1876 в артиллерийских мастерских города Сен-Тома-д’Анжер, а вслед за тем в мастерских Валь-д’Он в Париже соединённые проводами генератор и мотор установили на расстоянии всего лишь десятков метров, но в разных зданиях.

В это же время русский военный инженер Федор Аполлонович Пироцкий писал в «Инженерном журнале»: «Не странно ли видеть употребление динамо-электрических машин исключительно лишь для освещения и частьюдля гальванопластики, тогда как они далеко с большею пользою могли бы служить для передачи работы, огня и света, и даже для передачи звука… В виду громадных издержек, необходимых на содержание паровых движителей 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». И предложил использовать Нарвский водопад для производства электроэнергии.

Тогда же Эрнст Вернер Сименс, посетив Ниагарский водопад, подсчитал, что для передачи его энергии на 30 миль потребуются провода диаметром 75 мм, для изготовления которых «придется использовать целый медный рудник».

И всё же, для уменьшения потерь в линии было только три пути: повышение напряжения, увеличение сечения проводников, или понижение их удельного сопротивления, которое у эксклюзивной тогда меди и так предельно малое. А напряжение повышать тогда ещё не догадались как.

И Пироцкий пошёл по второму пути, который при этом оказался железнодорожным. Ещё в 1874 он предложил пустить ток по рельсам, поперечное сечение которых в 644 раза больше, чем у телеграфного провода. В конце 1875 Пироцкий провел первые опыты на Сестрорецкой железной дороге – по двум изолированным от земли рельсам была передана энергия от генератора к электродвигателю, реально удаленному на расстояние около 1 версты. Позже, в августе 1880 «на углу Болотной улицы и Дегтярного переулка, в первый раз в России двинут вагон электрическою силою тока, идущего по рельсам, по которым катятся колеса вагона. Динамоэлектрическая машина подвешена к вагону снизу».

Сама идея об использовании рельсов для передачи электроэнергии нашла применение уже при разработке первых проектов городских электрических железных дорог. А на современных метро- и трамвайных линиях – «наполовину»: неизолированные рельсы служат в качестве только одного из носителей тока (второй – подвешенный провод или шина).

Нечто «транспортное» для транспортировки электричества предложил и Николай Николаевич Бенардос, изобретатель дуговой электросварки и губчатого свинца для аккумуляторов. В то время безмерно боялись поражений током, поэтому требовали подвешивать провода так, чтобы под ними мог проехать «воз с сеном, на котором сидит казак с пикой» (хотя казак на возу – абсурд). По проекту Бенардоса нужно было «проложить на высоких металлических или каменных столбах воздушную трубу из котельного железа, в которой по ее стенам внутри пойдут электрические проводники, укрепленные на изоляторах особой системы, не допускающей утечки тока и дозволяющей быстро и удобно производить проводку. На дне трубы ... должен быть проложен рельсовый путь для ручной дрезинки, на которой мог бы свободно проезжать дистанционный сторож, ревизор, смотритель проводов и рабочие.»

Ну вот, дошли до абсурда, и всё сразу стало понятно. Собственно, таков один из путей познания и его методов: доказательство от противного - нерациональность направления, избранного Пироцким и его опыты привлекли внимание к этим вопросам, породили новые исследования.

Француз Марсель Депре и наш Дмитрий Александрович Лачинов пришли к выводу, тоже парадоксальному: полезное действие при электропередаче вовсе не зависит от расстояния, следовательно, и сопротивления. При условии увеличения скорости вращения генератора, то есть при повышении напряжения в линии.

Но это уже другой путь транспортировки электричества. Мы расскажем о нём в другом номере газеты.