صراع التيارات

 ...صـراع التيـارات...

تقريباً جميع المنازل والأعمال تعتمد على التيار المتردد كمصدر للطاقة. لكن هذا لم يحدث بين ليلة وضحاها. في أواخر ثمانينات القرن التاسع عشر تسببت العديد من الاختراعات في الولايات المتحدة في حدوث صراع على كافة المستويات بين مؤيدي التيار المتردد ومؤيدي التيار المستمر.

في عام 1886 قامت شركة (Ganz Works) الواقعة في بودابست بتزويد مدينة روما بالكامل بالتيار المتردد. على الجانب الآخر قام توماس أديسون بإنشاء 121 محطة كهرباء لتوليد التيار المستمر في الولايات المتحدة في عام 1887. وكانت هناك نقطة تحول في الصراع بين التيارين عندما قام جورج وستنجهاوس – رجل صناعة شهير من بطرسبرغ- بشراء براءات اختراع نيكولا تسلا الخاصة بالمحركات العاملة بالتيار المتردد، ثم خطوط نقله في العام التالي.

التيار المتردد في مقابل التيار المستمر

                                                

                                                                        توماس أديسون

في أواخر القرن التاسع عشر لم يكن من السهل تحويل التيار المستمر إلى جهد عالي. كنتيجة لذلك قام أديسون بتقديم نظام مكون من محطات كهرباء محلية صغيرة يمكنها إمداد الطاقة للأحياء بشكل فردي أو لأجزاء من المدن. كانت الطاقة تُوزع بواسطة ثلاثة أسلاك تمتد من محطة الكهرباء لكل منها جهد (+110 فولت، 0 فولت، -110 فولت). يتم توصيل المحركات والمصابيح بين أي من +110 فولت أو -110 فولت مع 0 فولت (محايد). كان جهد 110 فولت يسمح بفقدان بعض الجهد بين محطة التوليد والحمل (منزل، مكتب.. إلخ).

بالرغم من الأخذ في الحسبان الهبوط في الجهد خلال الأسلاك إلا أنه كانت هناك حاجة لأن تكون محطات التوليد تقع في نطاق ميل واحد من المستخدم. هذا التقييد جعل توصيل الكهرباء إلى المناطق الريفية صعباً للغاية، إن لم يكن مستحيل.

                

                    جورج ويستنجهاوس                                نيكولا تسلا

بحصوله على براءات اختراع تسلا قام جورج وستنجهاوس بالعمل على تحسين نظام توزيع التيار المتردد. مثلت المحولات (transformers) وسيلة غير مكلفة لرفع جهد التيار المتردد إلى عدة آلاف فولت ثم خفضه مرة أخرى إلى المستويات المناسبة للاستخدام. باستخدام جهود عالية يمكن نقل نفس الكمية من الطاقة مع تيار أقل بكثير، مما يعني فقد كمية أقل من الطاقة نتيجة لمقاومة الأسلاك. ونتيجة لذلك يمكن بناء محطات الطاقة على بعد أميال كثيرة من أماكن الاستخدام وكذلك توفير الطاقة لعدد أكبر من الناس والمباني.

حملة أديسون لتشويه التيار المتردد...

خلال السنوات القليلة التالية قام توماس أديسون بإطلاق حملة لتثبيط استخدام التيار المتردد في الولايات المتحدة. تضمنت تلك الحملة التأثير على المجالس التشريعية ونشر معلومات خاطئة مضللة عن التيار المتردد.
كذلك قام أديسون بتوجيه مجموعة من معاونيه للقيام بقتل الحيوانات صعقاً بالتيار المتردد أمام العامة كمحاولة لإثبات أن التيار المتردد أكثر خطورة من التيار المستمر. وكمحاولة أخرى لإثبات خطورة التيار المتردد قام معاونا أديسون: هارولد بي براون وآرثر كينيلي بتصميم أول كرسي كهربائي للإعدام بواسطة التيار المتردد لصالح ولاية نيويورك.
صعود التيار المتردد..
في عام 1891 تم عقد المعرض الدولي للتقنيات الكهربية في فرانكفورت- ألمانيا وتم عرض أول محاولة نقل لمسافة طويلة للتيار المتردد ثلاثي الأطوار، حيث تم من خلاله تشغيل الإضاءة والمحركات الخاصة بالمعرض. تواجد في ذلك المعرض عدد من ممثلي ما أصبحت بعد ذلك شركة “جنرال إلكتريك” وأعجبوا بذلك العرض. وفي السنة التالية تكونت شركة جنرال الكتريك وبدأت في الاستثمار في تكنولوجيا التيار المتردد

  

في عام 1893 فاز وستنجهاوس بعقد لبناء سد كهرومائي لاستغلال طاقة شلالات نياجرا ثم توصيل التيار المتردد إلى منطقة بوفالو الصناعية- نيويورك. تم اكتمال ذلك المشروع في 16 نوفمبر 1896، وبدأ التيار المتردد في إمداد الطاقة اللازمة للصناعات القائمة في بوفالو. كان هذا الحدث علامة فارقة أدت لانحدار استخدام التيار المستمر في الولايات المتحدة.
بينما تعتمد أوروبا على تيار متردد قياسي بجهد 220-240 فولت وبتردد 50 هرتز، إلا أن التيار القياسي المستخدم في أمريكا الشمالية جهده 120 فولت وتردده 60 هرتز.

تيار الجهد العالي المستمر 

(High-Voltage Direct Current) (HVDC)

قام المهندس السويسري “رينيه ثاري” باستخدام سلسلة من المولدات لإنشاء نظام تيار مستمر عالي الجهد في تسعينات القرن التاسع عشر، وهو ما يمكن استخدامه لنقل التيار المستمر لمسافات طويلة. لكن بسبب التكلفة العالية لإنشاء وصيانة نظام “ثاري” لم يتم تبني استخدام تيار الجهد العالي المستمر لحوالي قرن.
مع اختراع إلكترونيات أشباه الموصلات (semiconductor electronics) في ثمانينات القرن الماضي أصبح التحويل بين التيار المتردد والتيار المستمر متاحاً بشكل اقتصادي. وأمكن تصنيع معدات متخصصة لتوليد تيار مستمر عالي الجهد (يمكن أن يصل إلى 800 كيلو فولت). وقد بدأت فعلياً أجزاء من أوروبا في استخدام خطوط تيار الجهد العالي المستمر للربط الكهربائي بين العديد من الدول.
تتعرض خطوط تيار الجهد العالي المستمر لفقد في الطاقة أقل من خطوط التيار المتردد المناظرة عند الاستخدام لمسافات كبيرة للغاية. بالإضافة لذلك تسمح أنظمة تيار الجهد العالي المستمر بتوصيل أنظمة تيار متردد مختلفة (50 هرتز و 60 هرتز على سبيل المثال) معاً.
برغم مميزات أنظمة تيار الجهد العالي المستمر إلا أنها أكثر كلفة وأقل اعتمادية من أنظمة التيار المتردد الشائعة.
في النهاية ربما تحققت أمنيات كل من إديسون، تسلا، وويستنجهاوس. لقد أصبح كل من التيار المستمر والتيار المتردد موجودين معاً، كل لخدمة أغراض معينة.

المضي قدماً......

يجب أن يكون لديك الآن فهماً جيداً للفروق بين التيار المستمر والتيار المتردد. التيار المتردد أسهل في التحويل بين مستويات الجهد المختلفة، مما يجعل نقل الطاقة عن طريق خطوط الجهد العالي أمراً سهلاً.
على الجانب الآخر نجد التيار المستمر مُستخدماً في معظم الإلكترونيات. يجب أن تعرف أن التيارين (المتردد والمستمر) لا يمكن استخدام أحدهما مكان الآخر، وستحتاج لتحويل التيار المتردد إلى مستمر إذا أردت توصيل معظم الإلكترونيات إلى مأخذ التيار بالحائط.