Раздел 2. Гидроэнергетические ресурсы, их использование. Принципиальные схемы, параметры, режимы работы ГЭС и ГАЭС

На кінець XIX – початок XX століття в Європі та Америці з усіх областей застосування електродвигунів жодна не набула такого промислового значення, як електрична тяга, причому це були електричні локомотиви як для різних копалень і шахт, так і для електрифікованих внутрішньоміських і міжміських залізниць.

У славній когорті відомих учених та інженерів, які присвятили себе дослідженню електрики і впровадженню її в усі галузі діяльності людини, видатне місце належить нашому співвітчизнику, полтавчанину, артилерійському офіцеру та інженеру, винахіднику першого в світі електричного трамваю Ф. А. Піроцькому.

Ф.А. Піроцький ще в 1876 році запропонував «рейковий екіпаж» з електродвигуном і опублікував результати своїх досліджень на покинутій залізничній вітці завдовжки 3,5 версти поблизу Петербурзького порту в «Інженерному журналі» й розіслав його багатьом фізикам і електротехнікам. Його спостереження і ідеї підштовхнули колег до робіт в цьому напрямі, й не тільки в Росії. Представники фірми «Сіменс і Гальське» негайно відправили статтю своєму керівництву до Німеччини. І незабаром, в 1879 р., на Берлінській промисловій виставці демонструвалася перша дослідна електрична залізниця фірми «Сіменс і Гальське» (мал. 9.17), яка довела можливість передачі електроенергії рейками для руху вагончиків.

Її успіх примусив фірму для закріплення за собою права власності на цей винахід побудувати вже декілька повноцінних міських залізниць в Берліні, Оффенбасі та Відні, а також декілька гірничозаводських залізниць. На мал. 9.18 показано електричний  рудничний локомотив конструкції «Сіменс і Гальське».
Мал. 9.17. Перша електрична залізниця (Берлін, 1879)

Ось як описували газети досліди Піроцького: «...22-го цього серпня (1880 р.) в 12 годин дня на Пісках, на розі Болотної вулиці та Дегтярного провулку, вперше в Росії зрушено вагон електричною силою струму, що йде рейками, якими котяться колеса вагону. Динамоелектрична машина підвішена до вагону знизу. У присутності Управління 2-го Товариства кінно-залізних шляхів пробний рух вагону електричним способом призначено на 1 вересня в 11 годин ранку».

А Ф.А. Піроцький продовжував подальші дослідження вже разом з відомим фізиком В. Чиколєвим. 12 квітня 1880 року на першій в світі спеціальній електротехнічній виставці в Петербурзі Піроцький демонстрував свої проекти для руху потягів і зробив доповідь «Передача сили на будь-яку відстань за допомогою гальванічного струму (провідники – рейки і провід)». Розрахунки виконав відомий фізик професор Петербурзького лісового інституту Дмитро Лачинов. Через півроку в Берліні з доповіддю «Динамоелектрична машина і її застосування на залізницях» виступив Вернер Сіменс.

Піроцький успішно реалізовував свої ідеї власними силами. Усе літо 1880 року він переробляв один з вагонів кінної залізниці, підвісивши до рами електродвигун і редуктор, обертання від яких передавалося колесам. Поряд з лінією конки була побудована невелика електростанція. Електрична енергія передавалася від невеликого генератора Грамма до електродвигуна, віддаленого на відстань близько 1 км.

Випробування і одночасно демонстрація вагону, який рухався без запряжки, продовжувалися майже весь вересень, привертаючи увагу фахівців і простої публіки, викликаючи відгуки газет і протести власників конок.

Для вдосконалення конструкції трамвая у Піроцького не було коштів. Військове крівництво кілька разів все ж таки брало на себе деякі витрати на експерименти з електрикою. У 1881 році Піроцький проклав підземну лінію, якою передав електроенергію від гарматної майстерні до Технічної артилерійської школи. Успіх цього проекту підштовхнув власті Петербургу до будівництва центральної електростанції.

Мал. 9.18. Електричний рудничний локомотив конструкції фірми «Сіменс і Гальське»

Ідеї Ф.А. Піроцького були підхоплені за кордоном і в Росії достатньо потужними фірмами і заможними підприємцями. У 1881 році фірма «Сіменс і Гальське» почала виготовляти вагони, конструкція яких співпадала з проектом Піроцького.

Федір Аполлонович Піроцький (1845–1898) народився в сім'ї поміщика, штабслікаря Лохвицького повіту Полтавської губернії. У 1866 році після закінчення Михайлівського артилерійського училища в Петербурзі він був направлений підпоручиком в Київську кріпосну артилерію для проходження служби. Піроцькому в 1869 році вдалося вступити в Михайлівську артилерійську академію на стройовий факультет. Через два роки, після закінчення курсу, Піроцького призначили ревізором в Артилерійське управління. Ще в училищі він захопився вивченням електричних явищ, але займатися улюбленою справою він міг тільки у позаробочий час. На початку 1880 р. Піроцький запропонував декілька конструкцій вдосконалених металургійних і домашніх печей, а також печей для випічки хліба. У розвитку телеграфу також є певний внесок артилериста-винахідника.
Мал. 9.19. Підземна проводка для електричного трамваю в Будапешті

Мал. 9.20. Вагон фірми «Сіменс і Гальське» зі штангою у вигляді контактної петлі

Мал. 9.21. Розташування електромотора на колісній осі

У середині 80-х років ХІХ століття американці скористалися цим винаходом, замінивши перш за все незадовільну проводку струму рейками на просту і зручну повітряну проводку. Після цього кількість електричних залізниць в Америці почала зростати з кожним роком, починаючи від 22 доріг в 1887 р. до 500 в 1891 р. і майже до 900 в 1899 р. У 1897 р. з 800 підприємств, що займалися міськими пасажирськими перевезеннями, 700 припадало на частку електротранспорту. При цьому загальна довжина шляхів складала більше 13000 миль, а загальна кількість вагонів, які експлуатувалися, доходила до 47 тисяч.

Успіхи практичних американців примусили значно активніше розвивати електротранспорт і в Європі. Проте американський спосіб повітряної прокладки проводів міськими вулицями зустрів в Європі великий опір з огляду на те, що нібито протягування вулицями проводів робить їх непривабливими і створює багато інших незручностей. Тому на перших порах в Європі звернулися до підземної проводки струму.

Певною оригінальністю відрізнявся проект підземного міського електричного трамваю фірми «Сіменс і Гальське» в Будапешті (мал. 9.19). Такий спосіб спорудження було обрано вимушено, оскільки вузькі й переобтяжені наземним транспортом вулиці Будапешту не давали щонайменшої можливості будівництва наземного або повітряного трамваю.

Відкриття Будапештської підземної залізниці довжиною біля 4 км відбулося 2 травня 1896 р. По підземному двоколійному бетонному тунелю шириною 6 м і висотою 3 м пересувалося 10 моторних вагонів, які перевозили по 50 пасажирів. Інтервал руху складав 5 хвилин при середній швидкості вагонів до 40 км/год. Електричний струм уся лінія одержувала від центральної електричної станції Будапешту по підземному кабелю. Але в Європі швидко зрозуміли, що підземна проводка істотно здорожчує прокладку ліній. Тому багато фірм незабаром перейшли на значно економічнішу повітряну прокладку живлячих проводів. Такі лінії міського електричного трамваю, як гриби після дощу, почали повсюдно споруджуватися в Європі. Конструкції їх розрізнялися тільки в дрібних деталях. На мал. 9.20 показано загальний вигляд вагону міського наземного електричного трамваю фірми «Сіменс і Гальське» з штангою у вигляді контактної петлі.Мал. 9.22. Загальний вигляд підвісної дороги міського електричного трамваю в Ельберфельді

Спорудження електричної залізниці в Берліні завжди було улюбленою мрією Вернера Сіменса, який вже в 1880 р. хотів здійснити цю справу. Але заборона берлінського поліцейського управління відсунула термін реалізації проекту більш ніж на 10 років. За цей час інженери фірми «Сіменс і Гальське» у тиші кабінетів розробляли нові ще більш довершені проекти, з якими і виступили знову на початку 1891 р. Ще через два роки почалося будівництво Берлінської повітряної залізниці, що перетинає місто зі сходу на захід від Варшавського мосту до Берлінського зоологічного саду. Пасажирський потяг складався з одного моторного і двох пасажирських вагонів загальною місткістю до 150 чоловік.

Розташування електромотору на колісній осі вагону трамвая показане на мал. 9.21. Вся конструкція за допомогою ресор кріпилася безпосередньо до вагонної основи. На мал. 9.22 наведено загальний вигляд підвісної дороги міського електричного трамваю в Ельберфельді.

Введення в роботу в 1890 році Київської міської електричної станції дозволило здійснити 2 травня 1892 р. пуск першого в Росії міського трамваю. Лінія завдовжки 1,5 км проходила по Александровському узвозу від Царської (Європейської) до Нижньої (Поштової) площі. З липня 1892 р. почалася регулярна експлуатація одноколійної трамвайної лінії, якою курсували два вагони (мал. 9.23).

У 1893 р. в Києві експлуатувалися вже дві трамвайні лінії, а за 10 подальших років їх кількість зросла до двадцяти. Трамвайне сполучення з’єднувало центр з Глубочицею, Куренівкою, Сирцем, а також з передмістями – Святошино, Демієвкою, Пущею-Водицею. Всього експлуатувалося до 300 трамвайних вагонів, а загальна довжина трамвайних ліній сягала 160 км. Вартість проїзду складала 5 коп. за першу тарифну ділянку і по 3 коп. за кожну наступну. Експлуатацію такого достатньо протяжного і розгалуженого на ті часи міського трамвайного господарства Києва забезпечували декілька потужних міських електричних станцій, що мали спеціальні динамо-машини постійного струму потужністю 400 кВт і напругою 550 В для живлення електромоторів трамваю.

Мал. 9.23. Перший в Росії електричний трамвай на Александровському (нині – Володимирському) узвозі у Києві

З погляду електрики електромотори міських залізниць практично не відрізнялися від аналогічних електродвигунів. Основною відмітною особливістю перших електромоторів були вугільні пластинки, які замінили мідні колекторні щітки, що швидко виходили з ладу. Цей чудовий винахід американського електротехніка Деноело згодом став використовуватися і в динамомашинах. Вугілля має прекрасну властивість практично повністю знищувати утворення іскор між щіткою і колектором. Завдяки шліфовці воно дає гарний контакт з колектором і стирається більш рівномірно порівняно з металевими щітками.