Еще в начале 19-го века, изобретение динамо-машины открыло людям захватывающий новый мир будущего. Одно из направлений развития общества было изобретение освещения, которое могло превратить ночь в день.
Однако революционные лампы накаливания Эдисона еще не изобрели, но сэр Хэмфри Дэви, которого можно считать истинным основателем электроосвещения, продемонстрировал в самом начале века способ получения света путем приведения двух металлических электродов очень близко друг к другу производя устойчивый искру.
Новый Орлеан электрически освещаемый в ночное время, 1883 год.
Известные, как дуговые лампы, они стали первыми практическими электрическими фонарями.
В дуговой лампе газ между электродами ионизируется под воздействием высокой температуры и электрического поля, в результате чего переходит в состояние плазмы. Плазма хорошо проводит ток. За счёт рекомбинации электронов излучается свет.
Сопротивление разрядного канала зависит от температуры: чем она выше, тем больше проводимость. В результате чего дифференциальное сопротивление лампы в рабочем режиме нередко отрицательное, поэтому дуговые лампы требуют для питания источника, имеющего большое внутреннее сопротивление, а значит не подходят для подключения в обычные электрические сети. Для согласования сопротивления лампы и питающей сети используется балласт. Чаще всего, при питании лампы переменным током, он представляет собой дроссель, обладающий согласованным с параметрами лампы реактивным сопротивлением.
Для того, чтобы дуга зажглась, должен произойти электрический пробой газа. Для этого требуется предварительный подогрев и большая напряжённость электрического поля. Для этой цели применяются различные схемы: может кратковременно замыкаться цепь в обход лампы (в результате чего импульс образуется за счёт самоиндукции дросселя при размыкании), или подаваться высокое напряжение от отдельного импульсного зажигающего устройства, могут использоваться дополнительные поджигающие электроды или рабочие электроды могут механически сближаться.
Цвет излучаемого света, как и электрические характеристики лампы меняются со временем и изменением температуры. Температура дуги в лампе может достигать нескольких тысяч градусов Цельсия, кварцевой колбы — до 500 градусов, а керамической колбы – до 1000 градусов.
Для того, чтобы дуга зажглась, должен произойти электрический пробой газа. Для этого требуется предварительный подогрев и большая напряжённость электрического поля. Для этой цели применяются различные схемы: может кратковременно замыкаться цепь в обход лампы (в результате чего импульс образуется за счёт самоиндукции дросселя при размыкании), или подаваться высокое напряжение от отдельного импульсного зажигающего устройства, могут использоваться дополнительные поджигающие электроды или рабочие электроды могут механически сближаться.
Цвет излучаемого света, как и электрические характеристики лампы меняются со временем и изменением температуры. Температура дуги в лампе может достигать нескольких тысяч градусов Цельсия, кварцевой колбы — до 500 градусов, а керамической колбы – до 1000 градусов.
Лунная башня перед мэрией, Детройт, штат Мичиган, около 1900 г.
Хотя изобретение дуговой лампы было большим шагом вперед прогресса, вскоре стало очевидно, что их использование будет ограничено. Свет, излучаемый дуговыми лампами был слишком интенсивным, чтобы его можно было терпеть с близкого расстояния, что делало их непригодными для использования внутри помещений. Даже при установке на открытом воздухе на высоте типичных уличных фонарей, этим лампам требуется экранирование, чтобы уменьшить блики. В городе Сан-Хосе, Калифорния, пытались решить эту проблему в 1881 году, установив дуговые лампы на башне на высоте 83 метра. В общей сложности на башне по периметру было установлено 6 дуговых ламп.
Вдохновленный опытом Сан-Хосе, многие американские и европейские города начали строить осветительные вышки. Они стали известны как Башни лунного света (Moonlight Towers), потому что, были похожи на сияющую луну в небе. Одна башня освещает сразу в нескольких направлениях и было достаточно света, чтобы посмотреть время на карманных часах за пол километра от башни.
Одним из главных недостатков Башен лунного света была необходимость обслуживать их в течение всей ночи. Ранние дуговые лампы работали всего час или два, потому что углеродные стержни требовали частой замены (более поздние модели могли гореть всю ночь). Из-за затрат и трудоемкой работы, дуговые лампы не полностью вытеснили применяемые до этого масляные лампы и газовые уличные фонари. В большинстве американских городов, освещение Башен лунного света только дополняли газовые и масляные лампы. Детройт был единственным крупным городом в США, освещенный полностью и исключительно системой Башен лунного света.
В Детройт в общей сложности было возведено 122 башен высотой от 30 до 60 метров, освещавших 22 квадратных километра. Это был самый лучший освещенный город в мире. Освещение в Детройте считалось будущим уличного освещения, и стало примером для остальной части США. К 1884 году там было уже более 90000 дуговых ламп, и это число возросло до 235000 в 1890 году.
Дуговые лампы использовались вплоть до 1920-х годов. К тому времени Эдисон существенно улучшил лампы накаливания, которые использовали нити. Эти лампы были более долговечные и позволяли их использовать внутри зданий и небольших помещений. В конце концов, лампы накаливания и галогенные лампы позже заменили полностью дуговые лампы.
В течение первых двух десятилетий 20-го века большинство осветительных Башен лунного света были разрушены. Некоторые рухнули во время штормов и торнадо. Только те, которые остаются на сегодняшний день находятся в Остине, штат Техас, и они до сих пор работают, хотя и не с помощью дуговых ламп. Город изначально приобрел 31 Башню лунного света у Детройта, 17 из них до сих пор сохранились.
А вот что было в России:
Электрификация дореволюционной России началась с обычного петербургского моста, и нездоровой конкуренции. В 70-х годах 19 века монополией на освещение городских улиц владели частные компании. Они устанавливали и обслуживали масляные и газовые фонари, и всячески противились нововведениям, лишавшим их стабильного дохода. Литейный мост, построенный в 1879 году не подпадал под газово-масляную монополию, поэтому у «Товарищества электрического освещения и изготовления электрических машин и аппаратов П. Н. Яблочков-изобретатель и Ко» появилась возможность установить туда электрическое освещение – «Свечи Яблочкова».
Изобретенные в 1876 году Павлом Яблочковым, эти электрические дуговые лампы были прорывом для того времени, хотя на современный взгляд они покажутся чересчур примитивными и дорогими. При подключении свечи к источнику тока, предохранительная проволока на конце сгорала, поджигая дугу. Дуга начинала гореть, постепенно съедая электроды и разделительный гипсовый слой. Первые свечи питались переменным током от генератора Грамма.
При отключении от источника, свеча гасла и её нельзя было запустить снова, так как никакого контакта между электродами не было. Необходимо было заменить свечу новой. Однако позже этот недостаток был устранён — Яблочков стал подмешивать к изолирующей массе, которая разделяла электроды, порошки различных металлов. При отключении тока и при погасании свечи, на торце изолирующей массы образовывалась полоска металла. При повторной подаче электричества, свеча вновь зажигалась.
Яблочков основал акционерное общество и разместил на Обводном канале электротехнический завод, продукция которого стала понемногу завоевывать популярность в стране. 30 января 1880 года основан электротехнический отдел Русского технического общества, в обязанности которого входило курирование дальнейшей электрификации России. В этом же году начались работы по освещению улиц Петербурга и Москвы. Первая партия ламп была небольшой — около 200 штук на обе столицы. Основными потребителями электроэнергии в то время были осветительные приборы. Они использовали постоянный ток, поэтому источник энергии надо было располагать в непосредственной близости к ним. К примеру, в Киевских железнодорожных мастерских у каждого фонаря располагалась электромагнитная машина Грамма.
В 1883 году произошло еще одно знаковое событие для электрификации России — грандиозная иллюминация Кремля, в честь коронации Александра III, прошедшей в Петербурге. В этом же году освещается Невский проспект, а спустя некоторое время и Зимний Дворец, что стало своеобразной победой товарищества «Электротехник». В 1880 году его члены обратились в городскую думу с предложением осветить главную улицу Петербурга. На все согласования ушло более двух лет, однако когда договор был все-таки заключен, оказалось, что у товарищества не хватает денег.
Положение спас Карл Сименс. Располагая крупным капиталом он заручился поддержкой русских технических кругов, скупил все фонари «Электротехника» и организовал освещение Невского проспекта. После нескольких тестовых запусков, с 30 декабря освещение установилось окончательно. Проспект осветили 32 дуговыми лампами, силой света около 1200 свечей. Для их питания построили две электростанции — одна из них находилась на деревянной барже, пришвартованной к набережной Мойки у Полицейского моста. На барже находились 3 локомобиля и 12 динамомашин постоянного тока. В сумме они выдавали 35 киловатт — для того времени очень серьезная мощность. Вторую электростанцию установили у Казанской площади. Одновременно с этим начала действовать «Контора освещения Невского проспекта электричеством», которая занималась не только освещением прилегающих улиц, но и нескольких домов столичной аристократии.
Заменить газовое освещение на электрическое решили и в Зимнем дворце. Техник дворцового управления, инженер Василий Петрович Пашков предложил в виде эксперимента использовать электричество для освещения рождественских и новогодних праздников 1885 года. Опыт удался, и проект строительства «фабрики электричества» был Высочайше утвержден. Император добавил несколько примечаний — все оборудование должно быть отечественным, и зимние балы 1886 года должны быть освещены электричеством полностью.
Чтобы здание не вибрировало от работы паровых машин, из разместили в отдельном павильоне из стекла и металла во втором дворе Эрмитажа, который с тех пор стали называть «Электрическим». Электричество вырабатывала система из 6 котлов, 4 паровых машин, 2 локомобилей и 36 динамомашин. Общая мощность достигала 445 лошадиных сил — примерно как у одной современной спортивной машины. Освещение работало в трех режимах. Полный или праздничный включался пять раз в году, загорались все 4888 ламп накаливания и 10 свечей Яблочкова. В рабочем режиме зажигались 230 ламп, в ночном — 304 лампы. Станция потребляла 520 тонн угля в год.
В 1890 году появилась электростанция и в Царском селе. Ее создали на базе осветительной установки постоянного тока. В 1887 году при устройстве водопровода возникла мысль об использовании паровых машин не только для привода насосов, но и для привода динамомашин.
На улицах Царского села установили 120 фонарей. Осветили шоссе от Царского Села в Ям-Ижору (на расстояние 4 верст), Александровский и Запасной дворцы, казармы лейб-гвардии гусарского полка и другие здания. Водопровод обслуживался двумя водонапорными башнями, соответственно было две электрических станции. На станциях первоначально было установлено 9 динамомашин. В ходе эксплуатации Царскосельская установка все время развивалась — 1888 году протяженность воздушной сети, подключенной к ней составляла целых 60 верст.
Дуговые лампы нашли свое применение в новых приложениях, таких как кинопроекция и прожекторы.
Публикация:
