Rat struja: Edison protiv Vestinghausa
Istorija elektrotehnike
Deo 24 · Njujork i Nijagara, 1882–1896.
Perl strit, 1882.
Četvrtog septembra 1882. Tomas Alva Edison (1847–1931) pustio je u rad centralu u Perl stritu na donjem Menhetnu. Šest parnih mašina, dinamo-mašine, i podzemni vodovi do oko četiri stotine sijalica u okolnim zgradama.
To nije bio izum sijalice — bio je izum sistema. Edison je smislio sve odjednom: generator, mrežu, osigurače, brojilo za naplatu, i sijalicu čiji je otpor izabran tako da mreža bude ekonomična. Bio je izvanredan inženjer i još bolji organizator.
Sistem je radio na jednosmernoj struji, na oko 110 V. I tu je bio problem koji Edison nikada nije rešio.
Zašto jednosmerna nije mogla dalje
Setimo se Džulovog računa iz petnaestog dela: gubitak u vodu opada sa kvadratom napona. Ali napon se, kako smo videli u dvadeset drugom delu, može menjati samo transformatorom — a transformator radi isključivo na promenljivoj struji.
Jednosmerna struja se, dakle, morala proizvoditi na naponu na kome se i troši. A 110 V je bilo određeno sijalicom.
Izračunajmo šta to znači. Neka treba napajati potrošače ukupne snage 50 kW na rastojanju od 2 km, bakarnim vodom preseka 100 mm2.
- R = ρ · l/S = 1,7 · 10−8 · 4000 / 10−4 ≈ 0,68 Ω — otpor voda; dužina 4000 m jer struja mora i natrag
- I = P/U = 50 000 / 110 ≈ 455 A — potrebna struja pri 110 V
- ΔU = I R = 455 · 0,68 ≈ 309 V — pad napona na vodu
- a napon izvora je svega 110 V — sistem uopšte ne može da radi
Ponovimo isti račun za 11 000 V. Struja je sto puta manja, 4,55 A, pad napona 3,1 V — dakle zanemarljiv. Zatim se transformatorom spusti na 110 V kod potrošača.
Zato je Edisonov domet u praksi bio oko kilometar i po. Da bi se osvetlio grad, trebala je centrala u svakom kvartu, a bakar za vodove je bio ogroman trošak.
ZAPAMTI OVO
Ceo rat struja svodi se na jednu rečenicu: naizmenična struja se može transformisati, jednosmerna ne. Sve ostalo — reklame, sudovi, ubijanje životinja — bilo je borba oko zaključka koji je fizika već bila donela.
Vestinghaus
Džordž Vestinghaus (1846–1914) bio je pitsburški industrijalac koji se obogatio na vazdušnoj kočnici za vozove — izumu koji je železnicu učinio bezbednom. Imao je preko četiri stotine patenata i, za razliku od Edisona, nije imao emotivnu vezanost za jedno tehničko rešenje.
Godine 1885. otkupio je američka prava na transformatore Golara i Gibsa, a njegov inženjer Vilijam Stenli ih je bitno poboljšao. U martu 1886. Stenli je u mestu Grejt Barington u Masačusetsu pustio u rad prvu naizmeničnu mrežu: generator, prenos na višem naponu, transformatori kod potrošača, i osvetljene radnje duž glavne ulice.
Za tri godine Vestinghaus je imao instalirano više nego Edison. Ekonomija je bila neuporediva.
Kampanja
Edison je imao patente, fabrike i ime vezano za jednosmernu struju. Umesto da promeni pravac, krenuo je da diskredituje suparnika.
Godine 1888. njegova kompanija je objavila brošuru u crvenim koricama, sa spiskom nesreća izazvanih naizmeničnom strujom i upozorenjima o opasnosti. Argument nije bio potpuno izmišljen — visoki napon jeste opasniji, a tadašnje vazdušne linije u Njujorku bile su haos od nadzemnih žica bez ikakvog reda.
Zatim je u to ušao Harold Braun, elektroinženjer koji je javno tvrdio da je naizmenična struja smrtonosnija. Edisonova laboratorija u Vest Orindžu mu je stavila prostor i opremu na raspolaganje.
Braun je 1888. pred publikom i novinarima izvodio oglede na psima i drugim životinjama, pokazujući da naizmenična struja ubija pri nižem naponu nego jednosmerna. Oglede treba nazvati onim što su bili: okrutni, i naučno bezvredni, jer je poređenje bilo namerno namešteno.
Sledeći korak je bio zakonski. Država Njujork je tražila humaniji način izvršenja smrtne kazne od vešanja, i Braun je obezbedio da se izabere električna stolica — na naizmeničnoj struji. Vestinghausovi generatori su za tu svrhu nabavljeni zaobilaznim putem, preko posrednika, jer ih on ne bi prodao.
Prvo izvršenje, nad Vilijamom Kemlerom, obavljeno je 6. avgusta 1890. u zatvoru Obern. Prošlo je loše i moralo se ponoviti. Vestinghaus je izjavio da bi sekirom bilo bolje.
Edisonova strana je pokušala da u jezik uvede glagol izveden od Vestinghausovog imena, kao naziv za pogubljenje strujom. Nije se primio.
Šta struja zaista radi telu
Pošto je to bilo sredstvo spora, vredi reći kako stvari stoje.
Opasna je struja, ne napon — napon je samo ono što je protera kroz telo, a koliko će je proterati zavisi od otpornosti tela, koja jako varira sa vlažnošću kože. Struje reda desetina miliampera kroz grudni koš mogu izazvati fibrilaciju srca.
Naizmenična struja mrežne učestanosti jeste nešto opasnija od jednosmerne pri istoj vrednosti, jer učestanosti oko 50 Hz naročito lako remete rad srca, i jer izaziva grč mišića koji sprečava čoveka da pusti provodnik. To je ono zrno istine u Braunovoj tvrdnji.
Ali zaključak koji je izvlačio bio je neispravan. Bezbednost sistema ne zavisi od vrste struje nego od izolacije, uzemljenja i zaštitnih uređaja. Današnja mreža radi na naizmeničnoj struji i neuporedivo je bezbednija od svega što je postojalo 1888.
Čikago, 1893.
Spor je rešen poslom, ne raspravom.
Za osvetljenje Svetske izložbe u Čikagu 1893. Vestinghaus je dao ponudu znatno nižu od one koju je dala Edisonova strana i dobio posao. Pošto nije smeo da koristi Edisonovu patentiranu sijalicu, njegovi ljudi su napravili sopstvenu, dvodelnu konstrukciju — i morali da ih izrade na stotine hiljada u vrlo kratkom roku.
Izložbu je videlo preko dvadeset miliona ljudi. Osvetljeni paviljoni su bili najuverljiviji dokaz koji je iko mogao da izvede.
Iste godine je Vestinghaus dobio i posao oko koga se sve i vodilo.
Nijagara
Nijagarini vodopadi su bili najveći poznati izvor snage u Americi, ali daleko od gradova. Buffalo je bio oko 40 km udaljen — nedostižno za jednosmernu struju.
Međunarodna komisija, kojom je predsedavao lord Kelvin iz sedamnaestog dela, godinama je razmatrala ponude — uključujući i prenos komprimovanim vazduhom i užadima. Kelvin je isprva bio za jednosmernu struju i kasnije priznao da je pogrešio.
Posao je 1893. dobio Vestinghaus, po Teslinom sistemu. Prvi generator je proradio u avgustu 1895, a prenos do Bufala je uspostavljen u novembru 1896.
Sistem je bio dvofazni, sa učestanošću od 25 Hz — izbor koji je pravljen kao kompromis za motore i za tadašnje transformatore. Kasnije će se svet ustaliti na 50 i 60 Hz.
Time je pitanje bilo zaključeno. Elektrana više nije morala da bude tamo gde su potrošači, nego tamo gde je energija.
Kako su prošli akteri
Edison je izgubio kontrolu nad sopstvenom kompanijom pre kraja rata. Finansijeri predvođeni Morganom spojili su 1892. Edison General Electric sa konkurentskom Tomson-Hjuston i osnovali General Electric — bez Edisonovog imena u nazivu. On se okrenuo drugim poslovima, među njima i filmu. Kasnije je priznao da je oko jednosmerne struje pogrešio.
Vestinghaus je poduhvat platio skupo. U panici 1907. izgubio je kontrolu nad svojom kompanijom. Umro je 1914.
Tesla je od Nijagare imao slavu, ali ne i bogatstvo — ugovor o tantijemama je izmenjen 1897, u okolnostima o kojima izvori različito govore. Nastavio je da radi na visokim učestanostima i bežičnom prenosu, i tu je imao i briljantnih uvida i grubih zabluda.
Šta je ovo promenilo
Prvo: odvojena je proizvodnja od potrošnje. Do tada je elektrana morala biti pored potrošača; posle Nijagare je mogla biti gde je voda, ugalj ili vetar. To je preduslov za sve što danas zovemo elektroenergetskim sistemom.
Drugo: nastala je mreža kao pojam. Kad se energija prenosi na velike razdaljine, elektrane se mogu međusobno povezati, pa se kvar jedne nadoknađuje drugom. Iz toga je izrastao sistem koji danas povezuje cele kontinente.
Treće, i vredi ga zapamtiti kao pouku: tehnički spor su na kraju rešili proračun i cena, a ne kampanja. Edison je imao neuporedivo veći ugled, novac i pristup štampi — i izgubio je, jer je fizika bila protiv njega.
Ostalo je, međutim, jedno nerešeno pitanje. Teslin sistem sa Nijagare je bio dvofazni, a to znači četiri provodnika. Za prenos na velike daljine to je bilo skupo — bakar je najveći trošak dalekovoda.
Pokazaće se da se sa tri faze isti posao obavlja sa svega tri provodnika, uz još nekoliko prednosti koje se dobijaju uzgred. To rešenje je razvijeno u Evropi, i njime se ova priča zaokružuje.
Comments
Post a Comment