Rat struja — Tesla protiv Edisona

Sukob Nikole Tesle i Thomasa Edisona s kraja 19. stoljeća može se nazvati pravim ratom, a nije uzalud njihovo rivalstvo, u čijoj će tehnologiji prijenosa električne energije postati dominantna u svijetu, još uvijek nazivano "rat struja".

Tehnologija Teslinih izmjeničnih vodova ili Edisonovih vodova prava je epohalna kontroverza, točka na koju je stavljena točka tek krajem 2007. godine, konačnim završetkom prelaska New Yorka na izmjenične mreže, u korist Tesle.

Prvi električni generatori koji su stvarali istosmjernu struju omogućavali su jednostavno spajanje na vod, a time i na potrošače, dok su alternatori zahtijevali sinkronizaciju s priključenim elektroenergetskim sustavom.

Važno je da potrošači dizajnirani za izmjeničnu struju izvorno nisu postojali, a izumljena je učinkovita modifikacija indukcijskog motora dizajniranog izravno za napajanje izmjeničnom strujom. Nikola Tesla tek 1888., odnosno šest godina nakon što je Edison pokrenuo prvu elektranu istosmjerne struje u Londonu.

Nakon što je Edison 1880. godine patentirao svoj sustav za proizvodnju i distribuciju istosmjerne struje, koji je uključivao tri žice - nula, plus 110 volti i minus 110 volti, veliki izumitelj žarulje sada je bio uvjeren da će "električnu rasvjetu učiniti tako jeftinom da će samo bogati koristiti svijeće. »

Dakle, kao što je gore spomenuto, Edison je u siječnju 1882. lansirao prvu elektranu na istosmjernu struju u Londonu, nekoliko mjeseci kasnije na Manhattanu, a do 1887. više od sto Edisonovih DC elektrana radilo je u Sjedinjenim Državama. Tesla je u to vrijeme radio za Edisona.

Unatoč naizgled svijetloj budućnosti Edisonovih istosmjernih sustava, oni su imali vrlo značajan nedostatak. Žice su se koristile za prijenos električne energije na daljinu, a kako se duljina žice povećava, kao što znate, raste i njezin otpor i stoga su neizbježni gubici topline. Dakle, problem je zahtijevao rješenje - smanjiti otpor žica, učiniti ih debljima ili povećati napon kako bi se smanjila struja.

U to vrijeme nije bilo učinkovitih metoda povećanja napona istosmjerne struje, a napon u vodovima još nije prelazio 200 volti, pa je bilo moguće isporučiti značajnu snagu samo na udaljenosti ne većoj od 1,5 km, a ako potreba za dodatnim prijenosom električne energije, postoje skupe žice s velikim poprečnim presjekom.

Tako su 1893. godine Nikola Tesla i njegov investitor, poduzetnik George Westinghouse, dobili narudžbu da s dvjesto tisuća žarulja osvijetle sajam u Chicagu. Bila je to pobjeda.Tri godine kasnije, prva hidroelektrana na izmjeničnu struju izgrađena je na slapovima Niagare za prijenos električne energije u obližnji grad Buffalo.

Drugim riječima, do 1928. godine SAD su već prestale razvijati sustave istosmjerne struje, potpuno uvjerene u prednosti izmjenične struje. Nakon još 70 godina počelo je njihovo rasklapanje, do 1998. broj istosmjernih korisnika u New Yorku nije premašio 4600, a do 2007. više nije bilo nijednog, kada je glavni inženjer Consolidated Edison simbolično presjekao kabel i počeo "rat Currents" je bio gotov.

Prelazak na izmjeničnu struju teško je pogodio Edisona po džepu te je, osjećajući se poraženim, počeo tužiti zbog kršenja patentnih prava, no odluke sudaca nisu bile u njegovu korist. Edison nije stao, počeo je organizirati javne demonstracije na kojima je ubijao životinje izmjeničnom strujom, pokušavajući uvjeriti svakoga i svakoga u opasnosti korištenja izmjenične struje, i obrnuto – sigurnost svojih istosmjernih mreža.

Na kraju je došlo do toga da je 1887. Edisonov partner, inženjer Harold Brown, predložio pogubljenje kriminalaca smrtonosnom izmjeničnom strujom. Westinghouse i Tesla za to nisu isporučili generatore i čak su angažirali odvjetnika za svoju ženu Kemmer, koja je osuđena na smrt na električnoj stolici. Ali to nije spasilo i 1890. Kemmler je pogubljen izmjeničnom strujom, a Edison se pobrinuo da podmićeni novinar blati Westinghousea zbog toga u svojim novinama.

Unatoč Edisonovom kontinuiranom lošem PR-u, Teslin AC sustav bio je predodređen za uspjeh.Izmjenični napon može se jednostavno i učinkovito pojačati pomoću transformatora i prenijeti preko žica na udaljenosti od stotina kilometara bez velikih gubitaka. Visokonaponski vodovi ne zahtijevaju upotrebu debelih vodiča, a snižavanje napona u transformatorskim podstanicama omogućilo je opskrbu potrošača niskim naponom za napajanje izmjeničnog opterećenja.

Počinje s činjenicom da se 1885. godine Tesla povukao iz Edisona i zajedno s Westinghouseom nabavio nekoliko Golar-Gibbsovih transformatora i alternator proizvođača Siemens & Halske, a zatim uz potporu Westinghousea započeo vlastite eksperimente. Kao rezultat toga, godinu dana nakon početka eksperimenata, prva elektrana od 500 volti počela je raditi u Great Barringtonu, Massachusetts.

Tada još nije bilo motora prikladnih za učinkovito izmjenično napajanje, a već 1882. Tesla je izumio polifazni elektromotor, za koji je patent dobio 1888., iste godine kada se pojavio prvi izmjenični mjerač. Trofazni sustav predstavljen je u Frankfurtu na Majni na izložbi 1891. godine, a 1893. Westinghouse je pobijedio na natječaju za izgradnju elektrane na slapovima Niagare. Tesla je vjerovao da će energija ove hidroelektrane biti dovoljna za cijeli SAD.

Kako bi pomirili Teslu i Edisona, Niagara Power Company naručila je Edisona da izgradi dalekovod od postaje Niagara Falls do grada Buffala. Kao rezultat toga, General Electric, u vlasništvu Edisona, kupio je tvrtku Thomson-Houston, koja je proizvodila AC strojeve, i počeo ih sam proizvoditi.

Tako je Edison ponovno dobio novac, ali publicitet protiv AC-a nije prestao — objavio je i u novinama distribuirao slike AC-ovog smaknuća slonice Topsy koja gazi tri cirkuska radnika u njujorškom Luna Parku 1903. godine.

Istosmjerna i izmjenična struja—Prednosti i nedostaci

Povijesno se istosmjerna struja naširoko koristila za napajanje serijski pobuđenih elektromotora u transportu. Takvi motori su dobri po tome što razvijaju veliki zakretni moment pri malom broju okretaja u minuti, a taj se broj okretaja može lako podesiti jednostavnim mijenjanjem istosmjernog napona koji se dovodi do namota motora ili pomoću reostata.

DC motori mogu gotovo trenutno promijeniti smjer vrtnje kada se promijeni polaritet napajanja namota polja. Dakle, DC motori se još uvijek široko koriste na dizel lokomotivama, električnim lokomotivama, tramvajima, trolejbusima, na raznim dizalima i dizalicama.

Istosmjerna struja se bez problema može koristiti za napajanje žarulja sa žarnom niti, raznih industrijskih uređaja za elektrolizu, galvanizaciju, zavarivanje; također se uspješno koristi za napajanje složene medicinske opreme.

Naravno, istosmjerna struja je korisna u elektrotehnici, budući da je odgovarajuće krugove lako izračunati i jednostavno kontrolirati, nije uzalud da je do 1887. godine u SAD-u bilo više od stotinu istosmjernih elektrana, rad na kojima vodila je tvrtka Thomasa Alve Edisona. Jasno, DC je prikladan kada nije potrebna konverzija, tj. povećanje ili smanjenje napona, to je glavni nedostatak istosmjerne struje.

Unatoč Edisonovim naporima da uvede sustave prijenosa istosmjernom strujom, takvi sustavi također su imali značajan nedostatak — potrebu za upotrebom velike količine materijala i značajne gubitke u prijenosu.

Činjenica je da napon u prvim istosmjernim vodovima ne prelazi 200 volti, a električna energija se može prenositi na udaljenosti ne većoj od 1,5 km od elektrane, dok se puno energije rasipa tijekom prijenosa (sjetite se Joule-Lenzov zakon).

Ako je ipak bilo potrebno prenijeti više snage na veću udaljenost, morale su se koristiti debele teške žice, što se pokazalo vrlo skupim.

Godine 1893. Nikola Tesla je počeo predstavljati svoje izmjenične sustave koji su zbog same prirode izmjenične struje pokazivali visoku učinkovitost. Izmjenična struja može se jednostavno pretvoriti pomoću transformatora, povećavajući napon, a zatim je postalo moguće prenijeti električnu energiju na mnogo kilometara uz minimalne gubitke.

To je zato što kada se ista snaga dovodi kroz žice, struja se može smanjiti zbog povećanja napona, stoga su gubici u prijenosu manji, a potrebni poprečni presjek žice se sukladno tome smanjuje. Zbog toga su se AC mreže počele uvoditi diljem svijeta.

Asinkroni motori u strojevima i strojevima za rezanje metala, indukcijskim pećima napajaju se izmjeničnom strujom; također mogu napajati jednostavne žarulje sa žarnom niti i bilo koje drugo aktivno opterećenje. Asinkroni motori i transformatori napravili su revoluciju u elektrotehnici upravo zbog izmjenične struje.

Ako je istosmjerna struja potrebna za neku svrhu, primjerice za punjenje baterija, sada se uvijek može dobiti iz izmjenične struje uz pomoć ispravljača.