Oorlog van de stromen

De oorlog van de stromen (Engels:War of the currents) is een term voor de strijd tussen de fabrikanten van de twee verschillende elektriciteitssystemen wisselspanning en gelijkspanning.

Eind jaren 80 van de 19e eeuw raakte George Westinghouse in een felle concurrentiestrijd verwikkeld met Thomas Edison. Deze vete zou de geschiedenis ingaan als de "war of the currents", de oorlog van de stromen.

Inleiding

In 1878 vond Edison zijn verbeterde versie uit van de gloeilamp, maar hij kwam er al snel achter dat er een elektrisch distributiesysteem nodig was om zijn gloeilampen van stroom te voorzien. Op 4 september 1882 schakelde Edison 's werelds eerste elektriciteitsvoorziening van 100 kW in, waarmee hij 59 klanten rond zijn Pearl Street Station in Lower Manhattan van 110 volt gelijkspanning voorzag.

Westinghouse' interesse in gasdistributie- en telefoonsystemen leidde ertoe dat hij tevens geïnteresseerd raakte in de elektrische energiedistributie. Hij onderzocht Edisons ontwerp, maar zag dat dit te inefficiënt was om op grote schaal toegepast te kunnen worden. De reden was dat Edisons elektriciteitsnetwerk was gebaseerd op lage gelijkspanning, wat leidt tot hoge stromen en dus veel energieverlies in de leidingen. In Europa waren technici reeds bezig met de ontwikkeling van wisselstroomnetwerken, waarmee het mogelijk was om spanningen omhoog te transformeren voor transport en waar nodig weer omlaag te transformeren voor gebruik. Westinghouse zag hierin de voordelen boven het Edison gelijkstroomsysteem en besloot het wisselstroomsysteem verder te ontwikkelen.

Eerste wisselspanningssystemen in de VS

In 1886 installeerden Westinghouse en Stanley het eerste Amerikaanse wisselstroom-energienetwerk in Great Barrington. Een door waterkracht aangedreven generator, die 500 volt wisselspanning produceerde, voorzag dit netwerk van energie. De spanning werd omhoog gebracht naar 3000 volt voor transport en lokaal weer omlaag gebracht naar 100 volt voor de voeding van elektrische verlichting.

Tijdens de wereldtentoonstelling van 1893 in Chicago waren elektriciteit en kunstlicht nieuwe en fascinerende uitvindingen. De tentoonstelling, die uiteindelijk 27 miljoen bezoekers zou trekken, werd geopend met de onthulling van een gigantische gloeilamp van 2,5 meter hoog. Deze bevond zich boven in het paviljoen van Edison, dat zijn eigen gelijkstroomgenerator had. Het was meteen ook de enige lamp van Edison op de hele tentoonstelling. De 180.000 lampen van normale grootte die de rest van het enorme terrein verlichtten, waren ontwikkeld en geleverd door grootindustrieel Westinghouse. Deze lampen waren aangesloten op wisselstroomgeneratoren van uitvinder Nikola Tesla.

Binnen een jaar werden er meer dan 30 wisselstroom-verlichtingssystemen door Westinghouse' bedrijf geïnstalleerd, maar een grootschalige uitbreiding werd tegengehouden door het ontbreken van effectieve meetsystemen en een wisselstroommotor.

• In 1888 ontwikkelde Westinghouse met zijn technicus Oliver Shallenberger een betrouwbare kWh-meter.
• De wisselstroommotor was een ander probleem, maar dit werd opgelost door Nikola Tesla. Tesla was eerder werkzaam geweest bij de Edison General Electric Company, maar daar kon hij niet overweg met Edison. Tesla kwam na allerlei omzwervingen en teleurstellingen in contact met een ingenieur van de Western Union Telegraph Company, die de genialiteit van zijn ideeën inzag en ervoor zorgde dat hij een laboratorium en een beginkapitaal kreeg. Tesla ontwikkelde in iets meer dan een jaar - van april 1887 tot mei 1888 - verschillende motoren voor wisselstroom, waaronder zijn beroemde (meerfasige) inductiemotor. Een andere naam is de driefasige asynchrone motor. Plus drie verschillende systemen - eenfasig, tweefasig en driefasig - om elektriciteit door middel van wisselstroom te distribueren. Zijn (meerfasige) inductiemotor berustte op het principe van het magnetisch draaiveld, in dit geval opgewekt door twee of meer wisselstromen die uit fase zijn. Met deze uitvinding werd in één klap een elektromotor verkregen die niet alleen efficiënt, simpel en goedkoop te bouwen was, maar die ook nauwelijks kapot kon: de rotor met de lagers waarop hij draait zijn de enige bewegende delen en dus ook de enige die kunnen slijten. Alle andere elektromotoren van die tijd moesten gebruikmaken van inefficiënte glijcontacten (koolborstels) en commutatoren (stroomomkeerders), allemaal onderdelen die gemakkelijk kapot konden gaan en die versleten. Voorts was dit type motor gemakkelijk voor hogere vermogens en hogere spanningen te bouwen en had een constante snelheid. Veel hedendaagse elektromotoren zijn van dit type. Kleine motoren, zoals in elektronische apparatuur, elektrisch gereedschap en speelgoed, worden echter nog regelmatig uitgevoerd met glijcontacten en commutatoren.

Elektrocutiegevaar

Westinghouse' promotie van energiesystemen met wisselstroom leidde tot een verbitterde confrontatie met Edison en zijn gelijkstroomsystemen. Edison claimde dat hoge wisselspanning zeer gevaarlijk was en probeerde in verschillende staten de spanning te limiteren tot 800V, maar faalde. Westinghouse antwoordde dat de risico’s beheersbaar waren en dat ze niet opwogen tegen de voordelen van zijn systeem.

Elektrische stoel

De fameuze elektrische stoel - Old Sparky van Sing-Sing-gevangenis

Zie elektrische stoel voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

De strijd bereikte een absurd hoogtepunt in 1887 toen een groep afgevaardigden van de staat New York aan Edison vroeg of elektriciteit gebruikt kon worden als executiemethode. Hoewel Edison hier eerst niets van wilde weten, gaf hij toch toe. Met één kanttekening: “Dan moet je wel de stroom van mijn concurrent gebruiken, want die is veel dodelijker”. Edison hoopte hiermee Westinghouse uit te schakelen door wisselstroom te associëren met de dood.

Een door Edison ingehuurde ingenieur, Harold P. Brown, voerde vervolgens publieke demonstraties uit. Zwerfhonden, katten, paarden en zelfs een circusolifant werden opgeofferd om aan te tonen hoe dodelijk wisselstroom was. De staat New York raakte overtuigd en besloot de executiemethode te gebruiken.

Hoewel Westinghouse weigerde eraan mee te werken, wist Brown toch via een list een wisselstroomdynamo bij Westinghouse te bestellen. Op 6 augustus 1890 werd de moordenaar William Kemmler de eerste persoon die veroordeeld werd tot de elektrische stoel. De beste advocaat werd door Westinghouse ingehuurd om hem te verdedigen en deze noemde elektrocutie een “wrede en onmenselijke straf”, iets dat verboden is onder het achtste amendement van de grondwet van de Verenigde Staten.

De executie was een drama, omdat Kemmler pas in tweede instantie stierf. Westinghouse' antwoord hierop was: “Ze hadden beter een bijl kunnen gebruiken”. Desondanks werd de elektrische stoel in veel Amerikaanse staten ingevoerd.

Overwinning

Ondanks alle pogingen van Edison om wisselstroom in diskrediet te brengen mislukte dit uiteindelijk doordat steeds duidelijker werd dat de voordelen groter waren dan de gevaren ervan. De strijd tussen gelijkstroom en wisselstroom eindigt met de victorie voor wisselstroom in de vorm van een elektriciteitstransport over de toen opzienbarende afstand van 40 kilometer. De eerste effectieve elektrische centrale op wisselspanning zoals de wereld ze nu kent, was op de Niagarawatervallen in de Verenigde Staten in gebruik genomen op 16 november 1896. Men sprak toen van witte steenkool. Met deze wisselspanning van 25 Hz werd Buffalo bevoorraad. Later schakelde men over op 60 Hz als standaard voor de VS. De stroom werd opgewekt door Tesla's alternatoren aangedreven door de Niagarawatervallen. De stroom werd vervolgens getransporteerd naar de industriestad Buffalo, waar de toekomst van het elektriciteitsnetwerk werd bezegeld toen daar, één minuut na middernacht op 16 november 1897, de straatverlichting aanging.

Na het gebleken succes van de waterkrachtcentrales bij de Niagarawatervallen besloot zelfs General Electric – ontstaan uit Edisons bedrijf – om wisselstroommachines te gaan bouwen.

De hoofdrolspelers in de "Oorlog van de stromen"

• 
  Thomas Edison, Amerikaans uitvinder en zakenman, was bekend als "The Wizard of Menlo Park" en ontwikkelde een gelijkspanningsnet op 110V.
• 
  George Westinghouse, Amerikaans ondernemer en ingenieur, ondersteunde financieel de ontwikkeling van een praktisch werkend wisselspanningsnet.
• 
  Nikola Tesla, Servisch uitvinder, fysicus en elektromechanisch ingenieur, was bekend als "The Wizard of The West" en was bepalend in de ontwikkeling van het moderne wisselspanningsnet.