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テクノロジーの歴史、テクノロジー、私たちの周りのオブジェクト
長距離にわたる電気の伝送。 発明と生産の歴史
ディレクトリ / テクノロジーの歴史、テクノロジー、私たちの周りのオブジェクト 送電線 (PTL) は、電気ネットワークのコンポーネントの XNUMX つであり、電流を通じて電力を伝送するように設計されたエネルギー機器のシステムです。 また、発電所や変電所を超えて延びるシステムの一部としての電線も指します。
XNUMX 世紀の最後の XNUMX 分の XNUMX に、エネルギー問題はヨーロッパとアメリカの多くの大工業センターで非常に深刻になりました。 住宅、輸送、工場、ワークショップはますます多くの燃料を必要とし、遠くから運ぶ必要があり、その結果、燃料の価格は常に上昇していました。 この点で、彼らはあちこちで川の水力発電に目を向け始めました。これははるかに安価でアクセスしやすいものです。 同時に、電気エネルギーへの関心が至る所で高まっていました。 このタイプのエネルギーは非常に便利であることが長い間注目されてきました。電気は簡単に生成され、他のタイプのエネルギーに簡単に変換され、遠くまで簡単に伝送され、供給され、粉砕されます。 最初の発電所は、通常、蒸気エンジンまたはタービンに接続された発電機であり、個々のオブジェクト (たとえば、ワークショップや家、極端な場合は 80 分の 1882) に電力を供給することを目的としていました。 90 年代半ばから、主に照明用の電流を供給する中央都市の発電所が建設され始めました。 (このような最初の発電所は、XNUMX 年にエジソンの指導の下、ニューヨークで建設されました。) 電流は、強力な蒸気エンジンによって生成されました。 しかし、XNUMX 年代の初めまでに、この方法ではエネルギー問題を解決できないことが明らかになりました。これは、市の中心部にある中央局の電力がそれほど大きくない可能性があるためです。 彼らは同じ石炭と石油を使用しました。つまり、燃料供給の問題を解決しませんでした。 燃料と水資源が安価な場所に発電所を建設する方が、安価で実用的でした。 しかし、原則として、安価な電力を大量に得ることができる地域は、産業の中心地や大都市から数十から数百キロも離れていました。 したがって、別の問題が発生しました-長距離にわたる送電。 この分野での最初の実験は、主に直流を使用していた 70 世紀の XNUMX 年代の初めにさかのぼります。 彼らは、電流発生器とこの電流を消費するモーターとの間の接続ワイヤの長さが数百メートルを超えるとすぐに、ケーブルでの大きなエネルギー損失のためにモーターで電力の大幅な低下が感じられることを示しました。 この現象は、電流の熱効果を覚えていれば簡単に説明できます。 ケーブルを通過すると、電流がケーブルを加熱します。 これらの損失は大きく、ワイヤの抵抗が大きくなり、ワイヤを通過する電流の強度が大きくなります。 （放熱量Qは簡単に計算できます。 式は次のようになります。Q=RI2、ここで、I は通過電流の強さ、R はケーブル抵抗です。 明らかに、ワイヤの抵抗は大きくなり、長さが長くなり、断面積が小さくなります。 この式で I=P/U を使用すると、P はラインの電力、U は現在の電圧であり、式は Q=RP2/U2 の形式になります。 このことから、熱損失が小さいほど、電圧が大きくなることがわかります。) 電力線の損失を減らすには、送電線の断面積を増やすか、電圧を上げるかの XNUMX つの方法しかありませんでした。 しかし、非常に高価な銅が導体として使用されたため、ワイヤの断面積が大きくなるとコストが大幅に増加しました。 XNUMX番目の方法では、はるかに多くの勝利が約束されました。 1882 年、有名なフランスの電気技師デプレの指導の下、ミースバッハからミュンヘンまで、長さ 57 km の最初の直流送電線が建設されました。 発電機からのエネルギーは、ポンプを駆動する電気モーターに転送されました。 この場合、ワイヤーの損失は75％に達しました。 1885 年、Depres は別の実験を行い、Creil と Paris の間で 56 km の送電を行いました。 この場合、6千ボルトに達する高電圧が使用されました。 損失は 55% に減少しました。 電圧を上げることでラインの効率を大幅に向上させることができることは明らかでしたが、そのためには高圧直流発電機を構築する必要があり、これには大きな技術的困難が伴いました。 この比較的低い電圧でも、デプレは発電機を絶えず修理しなければならず、その巻線で時々故障が発生しました。 一方、実際には（そして主に照明の必要性のために）約100ボルトの非常に小さな電圧が必要だったため、高電圧電流は使用できませんでした。 DC 電圧を下げるには、複雑なコンバーター システムを構築する必要がありました。高電圧電流がモーターを駆動し、モーターが発電機を回転させ、低電圧電流を供給しました。 同時に、損失はさらに増加し、送電のアイデア自体が経済的に不採算になりました。 送電に関しては、交流がより便利に思えましたが、それは、簡単に変換できる、つまり電圧を非常に広い範囲で上げたり下げたりできるという理由だけでした。 1884 年、トリノの展示会で、ゴリヤールは 40 km の距離にわたって送電を行い、変圧器の助けを借りて送電線の電圧を 2 ボルトに上げました。 この経験は良い結果をもたらしましたが、すでに述べたように、単相ACモーターはあらゆる点でDCモーターより劣り、配電がなかったため、電化の広範な発展にはつながりませんでした。 したがって、単相交流を長距離にわたって送電することは採算が取れませんでした。 次の年に、多相電流の 1891 つのシステムが開発されました - テスラの XNUMX 相と Dolivo-Dobrovolsky の XNUMX 相です。 それらのそれぞれは、電気工学における支配的な地位を主張しました。 電化はどちらに進むべきか？ 最初は、誰もこの質問に対する正確な答えを知りませんでした。 すべての国で、それぞれの海流システムの長所と短所について活発な議論が行われました。 それらのすべてには、熱心な支持者と激しい反対者がいました。 この問題についてある程度の明確化が達成されたのは、その後の XNUMX 年間で、電化に大きな進展があったときだけでした。 XNUMX 年のフランクフルト国際博覧会は、これに大きな役割を果たしました。 80年代の終わりに、フランクフルト・アム・マインに中央発電所を建設するという疑問が生じました。 多くのドイツおよび外国の企業は、直流または交流のいずれかの使用を含むプロジェクトのために市当局にさまざまなオプションを提供しました。 フランクフルト市長は明らかに困難な立場にありました。彼は多くの専門家でさえそれができない場所を選ぶことができませんでした。 物議を醸す問題を明確にするために、フランクフルトで長期にわたって計画されていた国際電気展示会を開催することが決定されました。 その主な目的は、さまざまなシステムやアプリケーションにおける電気エネルギーの伝送と分配のデモンストレーションになることでした。 どの企業もこの展示会で成功を収めることができ、最も権威のある科学者の国際委員会は、すべての展示品を徹底的に調査し、電流の種類を選択するという質問に答えなければなりませんでした。 展示会の開始までに、さまざまな企業が送電線を構築する必要があり、直流の送電を実演する企業もあれば、交流（単相と多相の両方）の送電を実演する企業もありました。 AEG 社は、ラウフェンの町からフランクフルトまでの 170 km の送電を依頼されました。 当時、それは巨大な距離であり、多くの人がそのアイデア自体が素晴らしいと考えていました. しかし、ドリヴォ=ドブロヴォルスキーはシステムと三相電流の可能性に自信を持っていたので、ロテナウ監督に実験に同意するよう説得しました。 Laufen-Frankfurt 送電プロジェクトに関する最初のレポートが登場したとき、世界中の電気技術者は 95 つの陣営に分かれていました。 この大胆な決定を熱狂的に歓迎する人もいれば、騒々しいが根拠のない広告として扱う人もいました。 考えられるエネルギー損失が計算されました。 15% になると信じている人もいましたが、最大の楽観主義者でさえ、そのようなラインの効率が XNUMX% を超えるとは信じていませんでした。 有名なデプレを含む電気工学の分野で最も有名な権威は、この事業の経済的実現可能性について疑問を表明しました。 しかし、Dolivo-Dobrovolsky は、提供された仕事を引き受ける必要があることを会社の経営陣に納得させることができました。 開場まで残りわずかとなり、大急ぎで送電線の工事が行われました。 Dolivo-Dobrovolsky は 100 か月間、前例のない出力の非同期 150 馬力モーターを設計および製造しなければなりませんでした。 単相変圧器の最大電力は当時わずか30キロワットであったにもかかわらず、XNUMXキロワット用のXNUMXつの変圧器。 実験計画に疑問の余地はありませんでした。単純に、これには十分な時間がありませんでした。 ベルリンには適切な電力の三相発電機がなかったため、製造されたエンジンと変圧器でさえ工場でテストできませんでした（ラウフェン駅の発電機はエリクソンで製造されました）。 その結果、多くの科学者、競合企業の代表者、無数の特派員が出席する展示会で、動力伝達のすべての要素を直接オンにする必要がありました。 わずかな間違いは許されません。 さらに、電力線の建設中の設計および設置作業に対するすべての責任は、Dolivo-Dobrovolsky の肩にかかっていました。 実際には、責任はさらに大きくなりました.Dolivo-DobrovolskyのキャリアとAEGの名声だけでなく、電気工学の発展がどの道をたどるかについても問題が解決されていました. Dolivo-Dobrovolsky は、彼の前にある仕事の重要性を完全に理解しており、後に次のように書いています。そうでなければ、Laufen-Frankfurt の実験と、後にそれに基づいて開発されることになった多くの実験は、単相電流を使用する道を進んでいたでしょう。 ラウフェンに小さな水力発電所が短期間で建設されました。 300馬力のタービンすでに述べたように、エリクソンの工場で設計および製造された三相電流発電機を回転させました。 発電機から15本の太い銅線が配電盤につながっていました。 電流計、電圧計、リードヒューズ、サーマルリレーがここに設置されました。 配電盤から 25 本のケーブルが XNUMX つの三相「角型」タイプの変圧器に接続されました。 すべての変圧器の巻線は星形に接続されていました。 XNUMXボルトの電圧で送電を行うことになっていましたが、すべての計算はXNUMXボルトで行われました。 このような高電圧を実現するために、線路の両端に XNUMX つの変圧器を配置して、低電圧の巻線を並列に接続し、高電圧の巻線を直列に接続することが計画されていました。 ラウフェンの変圧器から、平均スパン 3182 m、高さ 8 m と 10 m の 60 本の木製の柱に吊り下げられた 2 線式送電線が始まりました。 必要に応じてすぐに電流をオフにするために、5つのオリジナルのデバイスが提供されました。 ラウフェン水力発電所の近くに、0 つのサポートが 15 m の間隔で設置されました。 ここでは、直径 XNUMX mm の XNUMX 本の銅線からなる可溶インサートが、ラインの各ワイヤのギャップに含まれていました。 フランクフルトと鉄道駅の近く (路線の一部が線路に沿って走っていた) には、いわゆるコーナークロージャーが設置された。 それらのそれぞれは、L 字型のサポートにコードで吊り下げられた金属棒でした。 コードを引っ張るだけで十分で、ビームが 116 本のワイヤーすべてに落ちて人為的な短絡が発生し、ラウフェンのヒューズが切れて、ライン全体の電源が切れました。 フランクフルトでは、ワイヤーは降圧変圧器に送られ（特別なパビリオンで展示されていました）、出力電圧が1000ボルトに低下しました。 16 個の白熱灯、それぞれ 55 個のろうそく (XNUMX ワット) がこれらの変圧器の XNUMX つに接続され、別のパビリオンにある大型の XNUMX 相 Dolivo-Dobrovolsky モーターがもう XNUMX つの変圧器に接続されました。 ラウフェンの発電機の線間電圧は95ボルトでした。 昇圧変圧器の変換比は154でした。したがって、電力線の動作電圧は14650ボルト（95×154）でした。 その時それは非常に高い電圧でした。 送電線が通過した土地の政府は、その建設に警戒していました。 頭蓋骨のついた錠剤が固定された木の棒の前でも恐怖感を覚える人もいました。 特に懸念されたのは、電線の断線と線路への落下の可能性でした。 展示委員会とラインビルダーは、起こりうるすべての危険が予見され、ラインが確実に保護されていることを政府関係者に納得させるために、多くの説明作業を行わなければなりませんでした。 バーデン政権は、バーデン国境ですでに完成した路線のセクションを接続することをまだ許可していませんでした。 最後の障害を取り除き、地方自治体の疑念を払拭するために、Dolivo-Dobrovolskyは危険ですが非常に説得力のある実験を行いました。 線路が最初に通電されたとき、バーデンとヘッセの境界にあるワイヤーのXNUMXつが人為的に切断され、明るい閃光で線路に落ちました。 Dolivo-Dobrovolskyがすぐに現れ、素手でワイヤーを拾いました。彼は、自分が設計した保護が機能することを確信していました。 この証明の「方法」は非常に例示的であることが判明し、ラインをテストする前に最後の障害を取り除きました。 25 年 1891 月 12 日の正午、ラウフェン水力発電所の電流を動力とする 1000 個の電気ランプが展示会で初めて点滅しました。 これらのランプは、ラウフェン - フランクフルト送電線に属していた展示のその部分への入り口の上のシールドとアーチを囲みました。 翌日、75 キロワットのエンジンのテストに成功し、12 月 XNUMX 日に初めて XNUMX メートルの滝に動力を供給しました。 回線、機械、変圧器、配電盤が急いで作成されたという事実にもかかわらず (Dolivo-Dobrovolsky によると、一部の詳細はわずか XNUMX 時間で考え出されました)、設備全体が予備テストなしでオンになり、驚いたことにすぐにうまくいき始めた人もいれば、他の人を喜ばせる人もいます。 この滝は、展示会の訪問者に特別な印象を与えました。 しかし、物理学と電気工学に詳しい人々は、その日を喜んだのは、何十もの色とりどりのランプに照らされた何千ものガラスの水しぶきで輝く巨大な滝ではありませんでした。 彼らの喜びは、この美しい人工の滝が、170 km 離れたラウフェンの町の近くのネッカー川にある泉によって動力を供給されているという理解と結びついていました。 彼らは、長距離送電の問題に対する素晴らしい解決策を目の当たりにしました。 25 月、国際委員会はラウフェン - フランクフルト送電線のテストを開始しました。 伝送損失はわずか 25% であることがわかりました。これは非常に優れた数値でした。 21 月には、ラインが XNUMX ボルトでテストされました。 同時に、その効率は向上し、損失は XNUMX% に減少しました。 世界中の電気技師の大多数 (展示会には XNUMX 万人以上が訪れた) が、ラウフェン - フランクフルト実験の重要性を高く評価しました。 三相電流は非常に高い評価を受け、以後、産業への最も広い道が開かれました。 Dolivo-Dobrovolsky はすぐに世界をリードする電気技師の XNUMX 人になり、彼の名前は世界的に有名になりました。
このようにして、XNUMX世紀後半の主なエネルギー問題、つまり発電の集中化と長距離送電の問題が解決されました。 多相電流を遠くの発電所から個々のワークショップに、そして個々の機械に送る方法が誰にでも明らかになりました。 多相電流技術の出現の直接的な結果は、その後の数年間で、すべての先進国で発電所の急速な建設と産業の最も広範な電化が始まったことです。 確かに、初期の頃は、競合する企業間のさまざまなタイプの電流を導入しようとする激しい闘争によって、まだ複雑でした。 したがって、アメリカでは、ウェスティングハウス社が最初に買収し、テスラの特許を買収して、二相電流を分配しようとしました。 二相システムの勝利は、1896 年にナイアガラの滝に強力な水力発電所を建設したことです。 しかし、すぐに三相電流が最も優れていると広く認められるようになりました。 実際、XNUMX 相システムでは XNUMX 本のワイヤが必要でしたが、XNUMX 相システムでは XNUMX 本しか必要ありませんでした。 シンプルさの向上に加えて、大幅なコスト削減が約束されました。 その後、テスラは、ドリボ-ドブロヴォルスキーの例に従って、1,4 つのリターン ワイヤを一緒に結合することを提案しました。 この場合、電流が追加され、1 番目のワイヤでは、他の 4 つのワイヤの約 XNUMX 倍の電流が流れました。 したがって、このワイヤの断面積はXNUMX倍大きくなりました（この断面積の増加がなければ、回路に過負荷が発生しました）。 その結果、二相配線のコストは依然として三相よりも高くなることが判明しましたが、二相モーターはあらゆる点で三相モーターよりも劣っていました。 XNUMX 世紀には、どこでも三相システムが確立されました。 ナイアガラ発電所でさえ、最終的に三相電流に変換されました。 著者：Ryzhov K.V.
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