Războiul curenților
Această intrare sau secțiune referitoare la electronică nu menționează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți . |
Așa-numitul Război al curenților (electric) a fost una dintre competițiile comerciale din secolul al XIX-lea , pentru controlul lumii de pe piață a energiei electrice [1] ; a avut loc la începutul ultimelor două decenii ale secolului al XIX-lea, când principalul contrast a fost între sistemul de iluminat public cu lampă cu arc , curent alternativ și înaltă tensiune (3000-6000 volți ), și iluminatul intern cu lampă incandescentă de joasă tensiune. Thomas Edison , împreună cu compania sa, l-a comercializat pe acesta din urmă [1] . Compania lui George Westinghouse a fost adăugată în 1886, care a aplicat transformatorul pentru a putea utiliza curent alternativ de joasă tensiune în uz casnic (și pe scară largă). Odată cu răspândirea rapidă a curentului alternativ, în 1888 Compania Edison Electric Light a contestat că rețeaua de înaltă tensiune este periculoasă și că sistemul a încălcat oricum unele dintre brevetele sale.
A urmat o campanie de presă alimentată de unele incidente cauzate de liniile de înaltă tensiune [2] , iar în aceasta s-a remarcat un inginer electric autodidact, Harold Pitney Brown , care a desfășurat demonstrații publice cu ajutorul Edison Electric pentru a dezvălui că alternativele actualul pune populația în pericol, datorită și modului neglijent de construire a liniilor. Pentru aceasta a efectuat experimente în uciderea animalelor cu cele două tipuri de curent [3] . Brown și Edison s-au alăturat Thomson-Houston Electric Company și, împreună, au încercat să caute orientări legislative care vizează reducerea tensiunii și a instalațiilor sistemelor de curent alternativ [4] , precum și asigurarea faptului că primul scaun electric a fost alimentat de un generator Westinghouse .
Războiul s-a încheiat și datorită unei serii de operațiuni de fuziune între companiile din sector, culminând cu confluența Edison Electric și Thomson-Houston în General Electric .
1880, proiectul lui Thomas Alva Edison
Încă de la primele încercări ale lui Benjamin Franklin sau ale lui Michael Faraday de a utiliza tehnologia telegrafului electric , aplicațiile de electricitate au crescut constant. După Expoziția Mondială de la Paris din 1881 și prezentarea lămpii lui Edison , noile sisteme de iluminat electric au devenit din ce în ce mai importante. În aceiași ani, motoarele electrice au fost dezvoltate astfel încât electricitatea să poată înlocui aburul pentru a porni motoarele și greutatea acestei inovații părea să poată constitui o a doua revoluție industrială : în orașele europene și americane, centralele electrice s-au înmulțit, pe baza proiectul Pearl Street , centrala electrică pe care Edison a fondat-o în 1884 la New York . A fost prima companie comercială de electricitate care a fost plantată și, deși avea un spațiu foarte mare, nu putea produce și distribui electricitate decât până la aproximativ 330 ha (3,3 km pătrați) din Manhattan .
Sistemul de distribuție a curentului direct al lui Edison a implicat generarea de energie electrică cu instalații mari de producție și utilizarea unor conductori de secțiune mari care alimentau corpurile de iluminat și motoarele clienților. Sistemul a funcționat cu același nivel de tensiune pentru întreaga extensie a rețelei electrice, de la generatoare la linia de transport până la utilizatori. Tehnologia vremii a făcut-o competitivă din punct de vedere economic, datorită raportului ridicat de luminozitate / cost comparativ cu vechile lumini pe gaz, doar lămpile cu incandescență al căror filament de carbon cu rezistență electrică ridicată trebuia alimentat la o tensiune de 100 volți. Prin urmare, în absența oricărui standard de referință într-un domeniu tehnologic în acel moment într-o fază embrionară, nivelul tensiunii de alimentare a centralelor a fost determinat de piață, la valoarea tensiunii de alimentare a utilizatorilor disponibili, egală cu 100 volți . Pentru a compensa căderea de tensiune care a avut loc de-a lungul liniei de transmisie, pentru a alimenta acest tip de lămpi, generatorul a trebuit să furnizeze electricitate la o valoare de tensiune mai mare, stabilită la 110 volți. În același timp, sa presupus că aceste valori ale tensiunii nu au cauzat riscuri pentru siguranța oamenilor.
Curent continuu și alternativ
Cererea de energie electrică a dus în curând la dorința de a construi centrale electrice mai mari și la problema transportului de energie pe distanțe mai mari. În plus, răspândirea rapidă a motoarelor electrice industriale a provocat o cerere puternică pentru o tensiune de funcționare diferită de 110 V , utilizată apoi pentru iluminat . Sistemul Edison, care folosea curent continuu , era inadecvat pentru a satisface această nevoie, deoarece tensiunile produse erau scăzute pentru a fi compatibile cu utilizarea directă pentru iluminat. În plus, problema transportului a fost și mai dificilă, deoarece transmisia pe distanțe mari a unor cantități mari de curent continuu de 110 volți a fost foarte costisitoare, deoarece a suferit pierderi enorme de disipare sub formă de căldură (vezi mai jos).
În 1886 George Westinghouse , un antreprenor bogat care tocmai sosise pe piața electrică - care își făcuse avere în sectorul mecanic începând de la invenția primului sistem de frânare cu adevărat eficient și sigur pentru sistemul feroviar - a fondat Westinghouse Electric pentru a concura cu General Electric al lui Edison. Westinghouse Electric s-a bazat pe descoperirile și invențiile brevetate de Nikola Tesla și Galileo Ferraris, care de fapt au fondat întregul cadru teoretic referitor la transformarea și transportul eficient al energiei electrice pe distanțe mari. Cei doi cercetători au crezut în superioritatea incontestabilă a curentului alternativ, ceea ce a făcut posibilă crearea cu ușurință a transformatoarelor capabile să mărească sau să scadă tensiunea de rețea.
Credința lor sa bazat ferm pe faptul incontestabil că pierderile din transmisia de energie electrică depind de intensitatea curentului care curge în conductori și, prin urmare, prin reducerea curentului transportat, pierderile de pe cabluri sunt reduse. De fapt, puterea transmisă P este dată de produsul tensiunii V și de intensitatea curentului I. Deci, dacă o linie de transmisie trebuie să poarte o putere P, creșterea lui V va fi mai mică. Pe de altă parte, puterea disipată în linia de transmisie, conform legii lui Joule, este dată de R (rezistența liniei) înmulțit cu pătratul lui I; prin urmare, cu cât tensiunea V este mai mare, cu atât pierderile sunt mai mici. Din acest motiv, spre deosebire de curentul continuu, pentru care până cu câțiva ani mai devreme nu existau metode economice și eficiente pentru ridicarea V, a fost posibil să se transporte curent alternativ pe distanțe mari, cu dispersie foarte mică, prin simpla creștere a tensiunii prin un transformator ; apoi, înainte de a asigura distribuția directă către clienți, tensiunea a revenit la niveluri sigure, mai mici.
Exemplificarea comercială clară din Italia a avut loc în 1892 sub egida lui Galileo Ferraris și Carlo Sutermeister. Linia de transport s-a dezvoltat între Cossogno, Intra și Pallanza.
Westinghouse Electric vs. General Electric
Edison a fost tulburat de apariția a ceea ce s-a numit „tehnologia Tesla”, care i-a amenințat interesele într-o industrie a creației sale. Cele două companii s-au confruntat apoi într-o bătălie de relații publice , pe care jurnaliștii au numit-o „războiul curenților”, având ca scop demonstrarea eficienței superioare a sistemelor lor de producție și transmisie și stabilirea lor ca tehnologie dominantă.
Compania lui Edison a inventat un scaun electric cu curent alternativ și pisici și câini electrocutați și chiar un elefant pentru a demonstra pericolul mai mare pe care îl prezintă, dar Tesla s-a expus la un curent alternativ care a trecut prin propriul corp fără a raporta vreo daună, ascunzând momentan aceeași faimă. ca Edison.
În timpul Târgului Mondial din Chicago din 1893 , iluminatul a fost încredințat Westinghouse, care a depus o cotă egală cu jumătate din cea a companiei concurente, iar Tesla a avut ocazia să-și expună generatoarele și să producă alternatoare și motoare alternante în curent continuu. La scurt timp după aceea, Niagara Falls Power Company a angajat Westinghouse pentru a-și dezvolta sistemele de transport.
Curent continuu sau curent alternativ?
La sfârșitul secolului al XIX-lea în Europa și în Statele Unite, în urma nenumăratelor descoperiri științifice referitoare la fenomenele electromagnetice, a fost necesar să alegem care dintre cele două tipuri de distribuție electrică să încredințăm viitorul industrializării globale și alegerea a căzut inevitabil pe alternanta curentă din motivele explicate mai jos.
Când a început distribuția energiei electrice, curentul electric utilizat a fost curentul continuu al lui Edison. De fapt, toate fabricile din Statele Unite ale Americii foloseau curent continuu. Pentru dispozitivele utilizate la acea vreme, cum ar fi motoarele electrice și becurile cu incandescență, curentul continuu a fost ideal, de fapt ar putea fi stocat în baterii, asigurând astfel nevoile timpului. Când Edison a început să vândă electricitate, motoarele de curent alternativ nu erau încă disponibile. Edison a inventat și un precursor al contorului (pentru a putea calcula cantitatea de energie electrică utilizată de consumator), dar numai cu curent continuu.
Curentul alternativ a fost dezvoltat, la scurt timp după aceea, în Europa, datorită colaborării unor oameni de știință englezi, francezi și italieni. Unul dintre principalii susținători ai curentului alternativ în America de Nord a fost George Westinghouse, care a investit o sumă mare de bani pentru a crea primul sistem de distribuție a curentului alternativ și a transformatoarelor. Westinghouse, în anul precedent, cumpărase drepturile asupra brevetelor lui Nikola Tesla, care în 1888 a început apoi să colaboreze la proiect, devenind astfel icoana curentului alternativ.
Rivalitatea dintre Edison și Tesla are rădăcini mult mai profunde decât simpla întrebare economică care a apărut între companii precum Siemens care au susținut Tesla și Edison Electric ale omului de știință cu același nume. Edison nu avea cunoștințe aprofundate de matematică și fizică și acest lucru l-a făcut un „experimentator cu forță brută”, Tesla, dimpotrivă, posedând astfel de cunoștințe el putea intui marele potențial al curentului alternativ. Tesla lucrase la laboratorul Menlo Park pentru Edison, dar a fost subestimat și a fost neremunerat pentru munca depusă pentru a îmbunătăți dinamul ineficient al lui Edison. Mai târziu, Edison a regretat că nu l-a ascultat pe tânărul Tesla și nu a folosit mai întâi AC. Războiul curenților a fost astfel personificat de lupta Tesla - Edison pentru rivalitatea lor personală. În ciuda acestui fapt, războiul curenților a depășit cu mult confruntarea personală a celor doi oameni de știință, a implicat companii americane și europene care investiseră puternic într-unul dintre cele două tipuri de curenți, în speranța eșecului concurenților.
Evoluția proiectului de extindere
Deja în sistemele de curent continuu, pentru a economisi costul cuprului, s-au folosit trei fire (care nu trebuie confundate cu sistemul de curent alternativ trifazat care este cu totul altceva) pentru distribuția electrică a curentului, care transporta 3 tensiuni distincte : unul +110 volți, al doilea 0 volți și al treilea -110 volți. Becurile de 100 de volți ar putea folosi curentul cu potențial de +110 volți sau -110 volți, în timp ce firul cu 0 volți era conductor neutru, care transporta doar curentul neechilibrat între sursele pozitive și negative. Acest sistem cu trei fire (nu trifazat) necesita mai puțini conductori de cupru pentru a transporta o anumită cantitate de energie electrică, menținând totuși un nivel de tensiune relativ scăzut. În ciuda acestei mari inovații, marea problemă a căderii de tensiune care a fost creată pe distanțe lungi a rămas și a forțat uzinele de producție electrică să nu se afle la mai mult de 1-2 km distanță de utilizator. Mai mult, o tensiune foarte ridicată nu putea fi utilizată cu ușurință cu sistemul de curent continuu, deoarece nu exista un sistem eficient, cu costuri reduse, care să permită reducerea diferenței de potențial din partea utilizatorului (acest lucru a fost posibil doar cu transformatoarele rotative, ineficiente și nu foarte robust).
În schimb, în sistemul de curent alternativ, un transformator static (deci foarte eficient și robust) ar putea fi ușor utilizat pentru a converti tensiunea înaltă a sistemului de alimentare la tensiunea consumatorului. Lămpile și motoarele ar putea folosi cu ușurință un curent convenabil, de joasă tensiune. Transformatorul a făcut posibilă transmiterea curentului electric la o tensiune foarte mare, înmulțită cu un factor n ridicat la dorință față de cel al utilizatorului. Luați în considerare că căderea de tensiune pe linie este egală cu (ref. Dimensiunea liniilor electrice ):
cu:
- ∆V: cădere de tensiune ,
- R: rezistență electrică ,
- I: intensitatea curentului ,
- ρ: rezistivitate electrică ,
- L: lungimea liniei ,
- S: secțiunea conductorului .
Aceasta a însemnat că mai mulți consumatori ar putea fi deserviți de la o singură centrală electrică cu costuri mai mici și mai multă versatilitate (trenurile, becurile etc. ar putea fi alimentate în același timp) folosind stații de transformare secundare pentru fiecare utilizator.
Răspunsul lui Edison la limitările curentului continuu a fost de a crea energie cât mai aproape de consumator și de a instala conductoare mai mari pentru a susține cererea tot mai mare de energie electrică; cu toate acestea, aceste mișcări s-au dovedit costisitoare și impracticabile. De asemenea, incapabil să transforme tensiunea DC, Edison a fost nevoit să instaleze oa doua linie de alimentare pentru a furniza energie electrică cu diferite tensiuni. Aceasta a presupus utilizarea mai multor fire, mai multă întreținere, o risipă de bani și pericole crescute în orașe.
Pe de altă parte, curentul alternativ ar putea fi transmis pe distanțe mari la tensiune ridicată, folosind curenți mici, reducând astfel pierderile de energie, sporind eficiența transmisiei și, în cele din urmă, folosind un transformator pentru a furniza energie caselor și fabricilor. Când Tesla a introdus generatoare, transformatoare, motoare, fire și lumini în sistemul de curent alternativ în decembrie 1887, era clar că viitorul distribuției curentului electric era cel al curentului alternativ.
Totuși, ambii curenți (direcți și alternativi) împărtășesc o problemă legată de transportul curentului electric în firele conductorului. Această problemă este legată de rezistența generată de rețeaua de cristal. Acest fenomen se numește efect Joule și apare atunci când un conductor metalic se încălzește din cauza coliziunilor dintre ionii pozitivi ai rețelei de cristal și electronii conductori liberi să se miște în firul conductor.
Edison, pentru a descuraja utilizarea curentului alternativ, și-a evidențiat pericolul prin proiectarea scaunului electric. De fapt, exploatează curentul alternativ; un prototip a fost folosit pe un elefant, provocându-i moartea, așa cum era de așteptat. Scaunul electric a fost ulterior vândut statului New York și a fost utilizat pe scară largă în toate Statele Unite ale Americii.
În 1889, prima centrală hidroelectrică de curent alternativ, stația Willamette Falls, a fost construită în statul Oregon. Imediat după aceea, a început crearea unei a doua centrale hidroelectrice, întotdeauna cu curent alternativ, pe cascada Niagara . Această plantă produce încă o mică parte din energia utilizată pe coasta de est a Americii de Nord.
Concluzie
În concluzie, având în vedere marile avantaje ale curentului alternativ, acesta este cel care este folosit și mai mult astăzi. Foarte interesant este ceea ce s-a întâmplat în urma conversiei aproape totale a lumii în curent alternativ. De fapt, Edison, realizându-și marea greșeală, a început să investească sume exorbitante de bani în curent alternativ, cumpărând astfel aproape toate sistemele electrice din America de Nord. Monopolul producției de energie electrică de către Edison și Edison Electric l-a făcut pe omul de știință foarte renumit, mult mai mult decât rivalul său.
Pierderile în curent continuu sunt mari dacă tensiunea este scăzută, ceea ce este valabil și în curent alternativ. Confortul și eficiența AC rezidă în posibilitatea utilizării transformatoarelor, adică un dispozitiv cu randament foarte ridicat (peste 95%) pentru a crește sau a reduce tensiunea în funcție de aplicații. Pe întinderi lungi, tensiunea este mărită pentru a minimiza pierderile datorate lungimii cablurilor și, cu stații intermediare speciale, tensiunea poate fi, de asemenea, mărită pentru a compensa căderea. În rețeaua urbană, tensiunea este apoi redusă, pentru ao face mai potrivită pentru uz casnic și industrial (mai puțin periculoasă, mai ușor de izolat).
Până acum, dezavantajul DC a fost acela de a nu putea folosi transformatoare, adică de a suferi pierderi mari în transformarea de la înaltă la joasă tensiune (și invers). În fosta URSS , unde transportul pe distanțe lungi a fost întotdeauna în curent continuu, pentru a ocoli problema inductanței excesive a liniilor foarte lungi fără instalații intermediare, limitele de eficiență ale transformării curentului continuu în curent alternativ sunt depășite prin alimentarea motoarelor curent continuu. rețele) care deplasează alternatoare mari care, la rândul lor, generează curent alternativ pentru utilizări locale, cu pierderi globale puțin mai mari decât cele ale transformatoarelor (care, spre deosebire de alternatoare, nu au părți mobile și, prin urmare, nu au pierderi datorate fricțiunii mecanice).
Astăzi, tehnologia electronică de conversie a energiei a atins niveluri remarcabile de putere; prin urmare, este posibil să măriți sau să micșorați și DC fără pierderi și să transformați același DC în AC fără alternatoare, chiar și cu un avantaj în eficiență comparativ cu AC.
În AC va exista întotdeauna o limită care constă în pierderile datorate inductanței liniilor ( reactanța ), prin urmare, nu este posibil să se crească deoarece o frecvență depășește 50/60 Hz și sunt necesare centrale electrice intermediare. În sistemele de curent continuu, fiecare secțiune de legătură individuală poate avea o lungime mai mare, deoarece transportul are loc în curent continuu și inductanța liniei are un impact neglijabil asupra pierderilor care sunt doar ohmice.
Conversia la AC poate fi acum realizată cu generatoare statice care funcționează la câteva sute de kHz, ale căror transformatoare au o eficiență chiar mai mare decât cele clasice la 50 Hz.
În media
În 2017 filmul Edison - Omul care a luminat lumea spune povestea.
Notă
- ^ a b Quentin R. Skrabec, Cele 100 de evenimente cele mai semnificative din afacerile americane: o enciclopedie . Santa Barbara, California: ABC-CLIO (2012). ISBN 978-0-31339-863-6
- ^ Randall E. Stross, The Wizard of Menlo Park: How Thomas Alva Edison Invented the Modern World , Crown / Archetype - 2007
- ^ Au fost efectuate multe cercetări în această perioadă asupra pielii, în special a câinilor fără stăpân; unii dintre ei au condus la proiectarea scaunului electric . Vezi Craig Brandon, The Electric Chair: An Unnatural American History , ISBN 0786444932
- ^ Jill Jonnes, Empires of Light: Edison, Tesla, Westinghouse și cursa pentru a electriza lumea , Random House - 2004
