|
план
Вступ
1 Відмінності
1.1 Генератори
1.2 Передача енергії на відстань
1.3 Споживачі
1.4 Безпека
2 Історія
2.1 Перші електромережі
2.2 Поява змінного струму
2.3 Електричний стілець
2.4 Ніагарський водоспад
2.5 Згортання мереж постійного струму
3 Сучасне застосування постійного струму
Список літератури
Вступ
Війна струмів (англ. War of Currents) - протистояння Томаса Едісона і Ніколи Тесла (а також Джорджа Вестінгауз) в боротьбі за використання постійного і змінного струму відповідно. «Війна» тривала понад сто років і закінчилася в кінці листопада 2007 року з остаточним переходом Нью-Йорка з постійного струму на змінний [1].
1. Відмінності
1.1. Генератори
Генератори постійного струму легко підключаються паралельно, необхідно лише дотримуватися полярність. Щоб подавати в мережу змінний струм, потрібна попередня синхронізація генератора змінного струму з підключається енергосистемою. Також постійний струм зручніше для роботи систем аварійного електроживлення і акумулюють станцій (станцій, які накопичують енергію в години «затишшя» і віддають в години пік).
1.2. Передача енергії на відстань
При збільшенні відстані, зростає електричний опір проводів, і ростуть втрати на їх нагрівання. При створенні електричної лінії, розрахованої на передачу певної потужності, істотно знизити втрати можна тільки знижуючи опір (роблячи дроти товщі) або підвищуючи напругу (знижуючи, тим самим, силу струму). Щоб вчетверо знизити втрати, доводиться або вчетверо знижувати опір, або вдвічі підвищувати напругу. Таким чином, передача енергії на великі відстань можлива тільки при використанні високої напруги.
Оскільки ефективних способів змінювати напругу постійного струму на той момент часу не існувало, в електростанціях Едісона використовувалося напруга, близьке до споживчого - від 100 до 200 вольт. Такі електростанції не дозволяли передавати споживачеві великі потужності. В результаті, ефективно використовувати генерується електричну енергію могли споживачі, розташовані на відстані, що не перевищує близько 1,5 км від електростанції. Подолати це обмеження можна було складними і дорогими заходами: використанням товстих проводів або будівництвом цілої мережі місцевих електростанцій. Іншими словами, підхід Едісона не дозволяв побудувати потужну електростанцію, що постачає цілий регіон, так само як і побудувати ГЕС в потрібному для цього місці.
Напруга змінного струму легко змінюється за допомогою трансформаторів (ККД до 99%). Це дає можливість як передавати струм по магістральних лініях вельми високої напруги на великі відстані (сотні кілометрів), так і будувати мережу високовольтних ліній меншої напруги для поставки енергії на трансформаторні підстанції, а потім і споживачам. З тієї ж причини змінний струм більш універсальний для вирішення інших, ніж освітлення, виробничих і побутових завдань.
З іншого боку, при високих частотах змінного струму починає відчутно позначатися скін-ефект (відсутній при постійному струмі), що змушує замінювати один товстий провідник пучком тонких.
1.3. споживачі
Лампочки краще працюють на постійному струмі. Відповідних двигунів змінного струму на момент появи електричних мереж взагалі не існувало - лише в 1888 році Нікола Тесла винайшов асинхронний електродвигун, ніж остаточно схилив чашу терезів на бік Вестінгауз.
Винайдений Едісоном лічильник також працював тільки на постійному струмі.
1.4. Безпека
Змінний струм швидше призводить до фібриляції серцевого м'яза, ніж постійний. Втім, в будь-який комерційно прийнятною електромережі напруги такі, що небезпечним буде і постійний струм.
2. Історія
2.1. перші електромережі
У 1878 році Едісон засновує компанію «Едісон електрик лайт» (нині General Electric). До 1879 року закінчилася доведення електричної лампочки - одна лампа служила понад 12 годин. Для сучасного читача ця цифра може здатися вельми скромною, але альтернативами в ті часи були тільки свічка, гасова лампа і газове освітлення. У 1880 році Едісон патентує всю систему виробництва і поширення електроенергії, яка включала три дроти - нульовий і ± 110 вольт (це знижувало матеріаломісткість при тих же втратах енергії). Одночасно був продемонстрований небачений досі термін життя лампочки - 1200 годин. Саме тоді Едісон сказав: «Ми зробимо електричне освітлення настільки дешевим, що лише багатії будуть палити свічки».
У січні 1882 Едісон запускає першу електростанцію в Лондоні, а кількома місяцями пізніше - в Манхеттені. До 1887 року в США існувало більш сотні електростанцій постійного струму, які працювали на трьохпровідний системі Едісона.
2.2. Поява змінного струму
На відміну від Едісона, який проявив себе невтомним експериментатором і вмілим бізнесменом, прихильники змінного струму грунтовно знали математику і фізику. Ознайомившись з патентом Едісона, Джордж Вестінгауз виявив слабку ланку його системи - великі втрати потужності в проводах.
У 1881 році Люсьєн Голара (Франція) і Джон Гіббс (Великобританія) демонструють перший трансформатор, придатний для роботи на високих потужностях. У 1885 Вестінгауз купує кілька трансформаторів Голара-Гіббса і генератор змінного струму виробництва Siemens & Halske і починає експерименти. Через рік починає роботу перша 500-вольта ГЕС змінного струму в Грейт-Баррінгтоні (штат Массачусеттс).
Поширенню змінного струму заважало і відсутність моторів і лічильників. У 1882 році Тесла винаходить багатофазних електромотор, патент на який було отримано в 1888 році. У 1884 році Тесла з'являється в США. Після року успішної роботи Едісон відмовляє Теслі в підвищенні зарплати [2], і Тесла йде до Вестінгауз. У 1888 році з'являється перший лічильник змінного струму.
2.3. Електричний стілець
Перехід на змінний струм повинен був стати фінансовим поразкою Едісона, який заробляв чималу частину грошей на патентних відрахуваннях. Відчуваючи свою поразку, Едісон подав до суду за порушення патентів, але рішення суду було не на його користь [3].
Тоді Едісон зайнявся чорним піаром, публічно демонструючи вбивства тварин змінним струмом. До того ж, приблизно в той же час хтось Поуп був убитий пробитим трансформатором, який стояв біля нього в підвалі; ця подія була широко висвітлено пресою. Нарешті, в 1887 році фінансується Едісоном інженер Гарольд Браун запропонував ідею вбивати злочинців струмом - зрозуміло, «небезпечним» змінним, а не «безпечним» постійним.
Вестінгауз, різкий противник використання електрики для страти, відмовився поставляти генератори змінного струму для цієї мети (добувати їх довелося манівцями), найняв адвокатів засудженому до страти на електричному стільці Кеммлер, який вбив дружину сокирою. Адвокати вимагали скасувати вирок, як такий, що суперечить Конституції США, яка забороняє «жорстокі і незвичайні покарання». Незважаючи на їхні старання, в 1890 році відбулася перша страта на електричному стільці. Едісон підкупив газетяра, і на наступний день в газеті з'явилася стаття «Вестінгауз стратив Кеммлер». Страта виглядала настільки жахливо, що Вестінгауз відповів на це однозначно: «Сокирою б у них вийшло краще».
2.4. Ніагарський водоспад
У 1891 році трифазна система змінного струму була представлена консорціумом на чолі з AEG на виставці, що проходила у Франкфурті-на-Майні. У 1893 році Вестінгауз виграв тендер на будівництво електростанції на Ніагарському водоспаді. За словами Тесли, «потужності водоспаду вистачить на все США». Щоб примирити Вестінгауз і Едісона, останньому дісталося будівництво лінії електропередачі, яка веде від електростанції в Буффало - найближчого великого міста.
Зрештою General Electric купила компанію «Томсон-Х'юстон», що виробляла машини змінного струму, і сама почала їх виробництво. Проте, антиреклама змінного струму тривала - зокрема, Едісон особисто зняв страту електричним струмом слонихи Топси, розтоптати трьох людей і за це убитий в 1903 році [4].
2.5. Згортання мереж постійного струму
Електропостачання постійним струмом неохоче здавало свої позиції. Хоча вже на початку XX століття більшість електростанцій видавали змінний струм, існувало чимало споживачів постійного струму. Змінний струм для них перетворювався в постійний за допомогою ртутних випрямлячів. Електростанції постійного струму будувалися аж до 1920-х років. Гельсінкі остаточно перейшов на змінний струм в 1940-х роках, Стокгольм в 1960-х. Проте, в США аж до кінця 1990-х років існувало 4,6 тис. Розрізнених споживачів постійного струму, і в 1998 році почалися спроби перевести їх на змінний струм.
Зі зникненням останнього споживача постійного струму в листопаді 2007 року головний інженер компанії «Консолидейтед Едісон», яка надавала електропостачання постійним струмом, перерізав символічну кабель. Це і поклало кінець «війні струмів».
3. Сучасне застосування постійного струму
Незважаючи на те, що в великих енергосистемах краще змінний струм, існує чимало мереж постійного струму.
· Тягові електродвигуни на транспорті, кораблях, підводних човнах. На залізницях досі є поділ на електрифікацію змінним і постійним струмом.
· Різні локальні електромережі, які не видають струму в загальну енергосистему.
· Електроліз здійснюється тільки постійним струмом. Це досить потужні споживачі (зокрема, заводи з виробництва алюмінію).
· Низьковольтна електроніка (мікропроцесорні пристрої, електрозв'язок, іграшки, охоронна сигналізація і т. Д.).
· Бортові мережі різних транспортних засобів - вагонів, автомобілів, літаків і т. Д.
· Системи аварійного живлення.
· Високовольтні лінії постійного струму, що застосовуються для передачі великої потужності на далекі відстані, з підводних кабелів, а також як вставки постійного струму для зв'язку між собою несинхронізованих мереж. [5] Розсинхронізація мереж по фазі (що виникає через великі відстані або просто в силу адміністративних і історичних причин), а в разі кабелю, і висока ємність ЛЕП роблять змінний струм непридатним для вирішення завдання. Вельми високі напруги при великих потужностях дозволяють істотно знизити втрати і, тим самим, отримати вигоду і окупити складне додаткове обладнання - випрямлячі і інвертори. До війни струмів це не має ніякого відношення.
4.1. Прихильники змінного струму
· Тесла Нікола
· Sebastian Ziani de Ferranti
· Джордж Вестінгауз
· Чарлз Протеус Штейнмец
· Charles Frederick Scott
4.2. Прихильники постійного струму
· Едісон Томас Алва
· Arthur Edwin Kennelly
· Harold P. Brown
Список літератури:
1. Електричний удар. Закінчилася столітня війна між двома великими винахідниками струмів - Нові Известия
2. За іншою версією (швидше за все, неправдоподібною), Едісон пообіцяв Теслі 50 тис. $ (Близько 1 млн в перерахунку на сучасні долари), але потім сказав, що пожартував.
3. Призначення патентів - захищати рішення, а не завдання.
4. Electrocution of Elephant на IMDB
5. Дальні передачі електроенергії змінним і постійним струмом
Джерело: http://ru.wikipedia.org/wiki/Война_токов
|