Роль электрического освещения в становлении электроэнергетики

До 70-х годов XIX в. энергетическая техника характеризовалась преимущественно примитивной паровой машиной. Паросиловые установки создавались на каждом, даже небольшом, промышленном предприятии. При этом возникал ряд существенных трудностей: большие затраты на сооружение котельной и машинного отделения; громоздкость установок; их опасность в пожарном отношении. Привод многочисленных отдельных исполнительных механизмов нужно было осуществлять с помощью громоздких трансмиссий. Поэтому все более ощущалась необходимость в экономичных двигателях малой мощности. В результате создаются принципиально новые двигатели -внутреннего сгорания и электрические. Но последние были непригодны для промышленного привода, и поэтому основное применение электроэнергия находит для освещения.

Электрическое освещение - первое массовое энергетическое применение электрической энергии - сыграло исключительно важную роль в становлении электроэнергетики и превращении электротехники в самостоятельную отрасль техники.

Чем было вызвано такое интенсивное развитие электроосвещения?

В течение первой половины XIX в. господствующее положение занимало газовое освещение, имевшее существенное преимущество перед лампами с жидким горючим: централизация снабжения установок светильным газом; сравнительная его дешевизна; простота газовых горелок и их обслуживания.

Но по мере развития производства, роста городов, строительства крупных производственных зданий, гостиниц, магазинов и прочих помещений оно все менее удовлетворяло требованиям практики, так как было опасно в пожарном отношении, вредно для здоровья, а сила света отдельной горелки была мала.

Особенно эти недостатки стали сказываться на крупных предприятиях с большим числом рабочих, занятых на производстве 12-14 часов в сутки, вызывая резкое снижение производительности труда.

От указанных недостатков было свободно электрическое освещение. Конструирование источников электрического освещения шло в двух направлениях: использование электрической дуги (дуговые лампы) и явления накаливания проволоки током (лампы накаливания).

В ходе разработки дуговых ламп возникла задача регулирования расстояния между электродами. Поэтому вся история дуговых ламп представляет собой по существу разработку конструкций различных регуляторов.

Для питания дуговых ламп пользовались гальваническими батареями или электрогенераторами. Таким образом, электроосвещение было одним из важнейших стимулов развития электрических машин и электрохимических источников тока.

Лампы накаливания до 70-х годов XIX в. не получили сколько-нибудь заметного применения из-за своего несовершенства. Трудность заключалась в подборе дешевого и долговечного материала для нитей накаливания и методов получения вакуума. Необходимо было так усовершенствовать конструкцию самих источников света, чтобы они были простыми, надежными и доступными для широкого потребления.

Успешное решение этой проблемы тесно связано с изобретением в 1876 г. П.Н. Яблочковым "электрической свечи" - дуговой лампы без регулятора [1]. Электроды в этой лампе были расположены параллельно друг другу и разделены изолирующим слоем, в силу чего отпадала необходимость в регуляторе. Электроды выгорали подобно свече, отсюда и название -электрическая свеча, под которым она обошла весь мир. Одна электрическая свеча могла гореть около двух часов. При установке нескольких свечей в одном фонаре, оборудованном переключателем, можно было иметь более длительное бесперебойное освещение.

Изобретение электрической свечи способствовало внедрению в практику переменного тока. До этого вся эта техника базировалась на постоянном токе. При этом в дуговых лампах другой конструкции положительный электрод сгорал быстрее отрицательного, поэтому его приходилось делать большего диаметра.

Яблочков установил, что для питания свечи лучше применять переменный ток. В этом случае при электродах одинакового диаметра обеспечивается вполне устойчивая дуга. В связи с этим значительно возрос спрос на генераторы переменного тока, которые раньше практически не использовались.

Значительному развитию электротехники способствовала также и разработка Яблочковым нескольких весьма эффективных систем "дробления электрической энергии", обеспечивающих возможность включения в цепь, питаемую одним генератором, нескольких дуговых ламп.

Два из способов получили практическое применение: секционирование обмоток якоря генератора и применение индукционных катушек (первичные обмотки включались последовательно в цепь, а на вторичные включались одна, две и более свечей). Таким образом, Яблочков впервые использует индукционную катушку в качестве трансформатора с разомкнутым магнитопроводом. Схема интересна еще и тем, что в ней впервые получила свое оформление электрическая сеть с ее основными элементами: первичный двигатель - генератор - линия передачи - трансформатор - приемник.

Но значение электрической свечи этим не исчерпывалось. Изобретение дешевого приемника электрической энергии, доступного для широкого потребителя, потребовало решения еще одной важнейшей электротехнической проблемы - централизации производства и распределения электрической энергии. Яблочков первым указал на то, что электроэнергия должна распределяться подобно тому, как доставляется потребителям газ и вода.

Дальнейший прогресс электроосвещения был связан с изобретением лампы накаливания, которая оказалась более удобным источником света, имеющим лучшие экономические и световые показатели.

В 1870-75 гг. А.Н. Лодыгин разработал несколько типов ламп накаливания. В первых конструкциях в качестве тела накаливания применялся ретортный уголь, помещавшийся в стеклянный баллон. Для увеличения времени горения затем было предложено ставить несколько стерженьков.

Эдисон, ознакомившись с лампой Лодыгина, также заинтересовался проблемой электроосвещения. В 1879 г. им была предложена конструкция с угольной нитью и винтовым цоколем. Он же разработал основные виды электроустановочных материалов, необходимых для устройства и монтажа освещения лампами накаливания.

В 1893 - 94 гг. Лодыгин запатентовал лампы накаливания с нитями из тугоплавких металлов, в том числе и с вольфрамовой нитью.