Rat struja

Rat struja je naziv za sukob između Tomasa Edisona i Nikole Tesle zbog Edisonovog promovisanja jednosmerne struje za prenos električne energije nad efikasnijom naizmeničnom strujom koju je zagovarao Tesla.

Tokom početnih godina distribucije električne energije, Edisonova jednosmerna struja je bila standard u SAD i Evropi i Edison nije želeo da izgubi sva svoja patentna prava. Jednosmerna struja je lepo radila sa sijalicama sa užarenim vlaknima koje su bile glavno opterećenje tokom dana. Svojim radom sa obrtnim magnetnim poljem, Tesla je razvio sistem za proizvodnju, prenos i upotrebu naizmenične struje. On se udružio sa Džordžom Vestinghausom da bi komercijalizovao ovaj sistem. Vestinghaus je prethodno kupio prava za Tesline patente polifaznog sistema i druge patente za transformator od Lisijena Galarda i Džona Diksona Gibsa.

Električni prenosni sistem

Prenos električne energije posredstvom jednosmerne struje je imao nekoliko ograničenja koji su rešeni upotrebom naizmenične struje. Velika opterećenja jednosmernom strujom su teško mogla biti prenesena na razdaljine veće od jedne milje bez velikih padova napona. Trožični prenosni sistem je obezbedio poboljšanje što se tiče padova napona i veličini provodnika, ali nije rešio problem. Edisonov odgovor na ograničenja jednosmernog sistema je bilo da se energija proizvodi blizu područja gde se troši i da se postavi više žica da bi se rešio problem potražnje za energijom, ali se rešenje pokazalo kao skupo, nepraktično i neizvodljivo.

Jednosmerna struja se ne može lako tranformisati na više ili niže napone. To znači da se odvojene električne linije moraju postaviti da bi se dostavila snaga uređajima koji su koristili različite napona, na primer za osvetljenje i električne motore. Ovo bi dovelo do velikog broja žica koje bi se trebale postaviti i održavati, nepotrebno trošeći novac i uvodeći nepotrebne rizike. Velik broj smrti tokom Velike mećave 1888. su bile pripisane prekinutim prenosnim linijama koje su unele pometnju u gradove koji su koristili jednosmerne mreže.

Visoki naizmenični naponi se mogu preneti preko velikih daljina sa malom padovima napona (time povećavši efikasnost prenosa) i onda podesno spustiti na niže napone za upotrebu u kućama i fabrikama. Kada je Tesla predstavio sistem generatora, transformatora, motora, provodnika i osvetljenja za naizmeničnu struju u novembru i decembru 1887, postalo je jasno da je naizmenična struja budućnost prenosa električne energije.

Gubici tokom prenosa

Prednost naizmenične struje za distribuciju električne energije na velike udaljenosti je laka promena napona posredstvom transformatora. Snaga je proizvod napona i struje (P=UI). Za datu snagu, nizak napon zahteva veliku struju, a visoki napon malu struju. Međutim, pošto metalni provodnici imaju izvesnu električnu otpornost, deo energije će se potrošiti na zagrevanje provodnika. Gubici snage se daju jednačinom P=I²R. Za istu datu snagu, zbog ograničenja veličine provodnika, prenos sa niskom naponom i velikom strujom će imati više gubitaka od prenosa visokim naponom i malom strujom. Ovo važi bez obzira da li se koristi jednosmerna ili naizmenična struja. Ipak, teško je transformisati jednosmernu struju na visoki napon i malu struju, dok se to kod naizmenične struje može lako i efikasno uraditi transformatorima. Ovo je bio ključ uspeha sistema naizmeničnih struja. Moderne prenosne mreže koriste naizmenične napone do 765 kV.

Edisonova propaganda

Edison je pokrenuo kampanju da bi obeshrabrio upotrebu naizmenične struje. Edison je lično rukovodio nad nekoliko pogubljenja životinja, uglavnom mačaka i pasa lutalica, da bi pokazao štampi da je sistem jednosmerne struje bezbedniji od sistema naizmenične struje. Edisonov niz pogubljenja životinja je dostigao vrhunac sa pogubljenjem slonice Topsi. Takođe je pokušao da populariše termin "Vestinhauzovan" za pogubljenje strujom.

Edison se protivio smrtnoj kazni, ali njegova želja da naruži sistem naizmenične struje je doveo do izuma električne stolice. Edison (ili neko od njegovih zaposlenih) je iskoristio naizmeničnu struju da napravi prvu električnu stolicu za državu Njujork sa ciljem promovisanja ideje da je naizmenična struja opasnija od jednosmerne. Popularan mit je da je Edison sam izmislio električnu stolicu, ali prema nekim drugim izvorima, stolicu su izmislili nekoliko njegovih radnika, posebno Harold Braun, radeći u Menlo Parku.

Kada je stolica prvi put korišćena, tehničari su loše procenili napon potreban da se ubije osuđeni zatvorenik Vilijam Kemler. Prvu udar struje 6. avgusta 1890. nije bio dovoljan da se ubije Kemler, ali ga je teško povredio. Procedura je ponovljena, a prisutan reporter ju je opisao kao "odvratan spektakl, mnogo gori od vešanja". Džordž Vestinghaus je komentarisao: "Bolje bi uradili da su koristili sekiru".

Niske frekvencije (50-60 Hz) naizmenične struje su opasnije od sličnog nivoa jednosmerne struje, pošto naizmenična oscilovanja mogu da naruše rad srca, izazivajući ventrikularnu fibrilaciju, koja brzo dovodi do smrti. Međutim, bilo koji praktični distribucioni sistem će koristiti naponski nivo koji će biti dovoljan da osigura da će opasne jačine struje proticati, bez obzira da li se koristi naizmenična ili jednosmerna struja. Pošto su predostrožnosti prema pogibiji od udara struje bile slične, na kraju su prednosti prenosa energije sistemom naizmeničnih struja prevagnule ovaj teoretski rizik i na kraju je usvojen kao standard.

Nijagarini vodopadi

Stručnjaci su predložili da se iskoriste Nijagarini vodopadi za proizvodnju električne energije, iako su kratko razmatrali kompresovan vazduh kao prenosni medijum. Protiv predloga Edisona i Dženeral Elektrika, Teslin sistem naizmeničnih struja je dobio ugovor od strane Komisije. Komisijom je predsedavao Lord Kelvin, a podržavali su je poslovni ljudi poput DŽ. P. Morgana, Lorda Rotšilda i Džona Džejkoba Astora IV. Radovi su počeli 1893, a Teslina tehnologija je iskorišćena da proizvodi energiju iz vodopada.

Od vodopada do Bafala

Neki su sumnjali da će sistem proizvoditi dovoljno energije da bi snabdevao industriju u Bafalu. Tesla je bio siguran da će raditi, kazavši da Nijagarini vodopadi imaju mogućnost da snabdevaju celi istočni deo SAD. 16. novembra 1896, počeo je prenos od Nijagarinih vodopada do industrije u Bafalo iz generatora u postrojenju Edvard Din Adams. Generatore je naprailo Vestinghausova električna korporacija koristeći Tesline patente sistema naizmeničnih struja. Pločice na generatorima nose Teslino ime. Tesla je takođe uspostavio standard od 60 Hz za Severnu Ameriku. Bilo je potrebno pet godina da se završi kompletno postrojenje.

Ishod

Teslina naizmenična struja je zamenila jednosmernu struju u mnogim primerima proizvodnje i distribucije električne energije, enormno povećavajući domet i poboljšavajući bezbednost i efikasnost distribucije energije. Edisonovi pronalasci koji su koristili jednosmernu struju su zamenjeni uređajima na naizmeničnu struju koju su predložili drugi; primarno Teslini polifazni sistemi, a takođe od i drugih, poput Čarlsa Proteusa Štajnmeca (iz Dženeral Elektrika). Teslin sistem na Nijagarinim vodopadima je označio kraj Edisonovog plana za prenos energije i bio je prekretnica u prihvaćanju naizmenične struje. Na kraju je i Edisonova kompanija Dženeral Elektrik prešla na sistem naizmeničnih struja i počela da proivodi mašine za naizmeničnu struju.

Njujorška kompanija za distribuciju električne energije, Konsolidejted Edison je nastavila da isporučuju jednosmernu struju potrošačima koji su je usvojili početkom 20. veka, uglavnom za stare liftove. Januara 2005, Konsolidejted Edison je objavila da će prekinuti da pruža uslige jednosmerne struje preostalim 1.600 potrošača (svi u Menhetnu) do kraja godine.

Prenos električne energije može biti komercijalno značajan u kontekstu visokonaponskih sistema za prenos jednosmernom strujom (HVDC), koji se koriste za prenos energije od udaljenih generatorskih stanica ili za međupovezivanje (interkonekciju) odvojenih sistema naizmenične struje. Ovi moderni HVDC sistemi koriste čvrste poluprovodničke uređaje koji su bili nedostupni za vreme Rata struja. Energija se još uvek pretvara iz i u naizmeničnu struju sa obe strane moderne HVDC veze. Prednosti sadašnjih HVDC sistema nad običnim naizmeničnim sitemima za prenos uključuju više nominalne vrednosti snage za datu liniju (važno pošto je instaliranje novih linija ili čak unapređivanje starih ekstremno skupo) i bolja kontrola protoka energije, posebno u privremenim i hitnim uslovima koji često dovode do kvarova. Da je moderna HVDC bila dostupna u Edisonovo vreme, postoje spekulacije da bi se Rat struja mogao završiti drugačije.

Sistemi jednosmerne struje se još uvek univerzalno koriste u lokalnim primenama, kao što su u vozilima za osvetljenje, paljenje i punjenje akumulatora. +12 V jednosmerne struje je najčešće standard u vozilima, iako je industrija objavila planove za prelazak na +36 V da bi se smanjile potrebe za materijalom za provodnike. Mala instalacije koje nisu povezane na mrežu koriste solarnu energiju, male hidro i turbine sa pogonom na vetar koriste jednosmernu struju od 12, 24 ili 48 volti. Standardni 120/240 V električni uređaji naizmenične struje se mogu napajati iz takvih jednosmernih sistema preko invertora, uređaja koji pretvaraju jednosmernu struju u naizmeničnu.

Većina telefonskih prenosa i instalacija za upravljanje distribuiraju jednosmernu struju interno, tako da lokalne baterije mogu da trenutno nastave da daju energiju ako dođe do kvara na spoljašnjem izvoru. -48 V je standard, iako mnogi mobilni telefoni rade na +24 V. Ova moderna praksa se prati u nekim internet serverima, posebno u onima koji se nalaze zajedno sa telefonskom opremom, iako je razvoj neprekidnog napajanja učinio lakšim da se koristi konvencionalna oprema za naizmeničnu struju u takvim kritičnim situacijama.

Neki inženjeri farmi servera takođe više vole da striktno postave sisteme za jednosmernu struju, pravdajući se da to rade da bi popravili toplotnu efikasnost i uvećali pouzdanost napajanja.

Spoljašnje veze

• Uštede za korisnike jednosmerne struje koji se prebacuju na naizmeničnu struju (saopštenje Konsolidejted Edisona)