送電の歴史
発電場所から遠く離れた場所に電気を移動させるツールと手段は、19世紀後半にさかのぼります。これには、バルクでの電気の移動（正式には「伝送」）と個々の顧客への電力供給（「配電」）が含まれます。最初は、2つの用語は同じ意味で使用されていました。
早期感染
電気の前に、様々なシステムは、長い距離を横切る力の伝達のために使用されていました。中でも主なものは、動力学（運動中のケーブル）、空気圧（加圧空気）、および油圧（加圧流体）トランスミッションでしたが、ケーブル車は、最も頻繁に動力学トランスミッションの例であり、そのラインは1区間で数マイルに及ぶ可能性がありました。 20世紀初頭、パリ、バーミンガム、リクスドルフ、オッフェンバッハ、ドレスデン、ブエノスアイレスの都市送電システムに空気圧伝送が使用されました。 19世紀の都市では、工場のモーターに動力を供給するために高圧給水管を使用した油圧トランスミッションも使用していました。ロンドンのシステムは、800 psiで水を運ぶパイプの180マイル（290 km）ネットワーク上で7000 hp（5メガワット）を供給しました。これらのシステムは、より安価で汎用性の高い電気システムに置き換えられましたが、19世紀の終わりまでに、都市計画者と投資家は、送電システムの確立の利点、経済性、プロセスをよく認識していました。
電力使用の初期の頃、電力の普及には2つの障害がありました。まず、異なる電圧を必要とするデバイスには、独自の個別のラインを備えた専用のジェネレーターが必要でした。街路灯、工場の電気モーター、路面電車の電源、および家庭の照明は、電圧が異なるシステムを必要とする多様なデバイスの例です。第二に、発電機は負荷に比較的近くなければなりませんでした（低電圧デバイスの場合は1マイル以下）。電圧を上げると長距離伝送が可能であることが知られていたため、単一のユニバーサル電力線から電圧を安価に変換できれば、両方の問題を解決できました。
専用システム
初期の電気の多くは直流であり、長距離伝送や複数のタイプの電気機器で使用される共通線を共有するために、電圧を簡単に増減することはできませんでした。企業は、単に、発明が必要とするさまざまなクラスの負荷に対して異なるラインを走らせました。たとえば、チャールズブラシのニューヨークアークランプシステムには、直列回路の多くのランプに最大10 kVが必要でしたが、エジソンの白熱灯は110 Vを使用し、シーメンスまたはSpragueが製造した路面電車には500ボルトの範囲の大型モーターが必要でしたが、工場の産業用モーターにはさらに他の電圧を使用しました。送電線のこの特殊化により、また送電が非常に非効率だったため、当時、業界は、負荷の近くに多数の小さな発電機を備えた分散発電システムとして知られるものに発展するように思われました。
初期の高電圧外部照明
高電圧は、長距離伝送の問題に取り組んでいる初期の研究者にとって興味深いものでした。彼らは電気の基本原理から、電圧を倍にして電流を半分にすることで同じ量の電力をケーブルで伝送できることを知っていました。ジュールの法則により、彼らはまた、ワイヤの熱から失われる電力は、電圧に関係なく、ワイヤを流れる電流の二乗に比例することを知っていたので、電圧を2倍にすることで、同じケーブルが同じケーブルを伝送することができます距離の4倍の電力量。
1878年のパリ博覧会では、ゼノベグラム交流ダイナモを搭載したYablochkovアークランプを使用して、オペラ座とオペラ座に沿ってアーク灯が設置されていました。 Yablochkovキャンドルは高電圧を必要とし、実験者が14キロメートル（8.7マイル）の回路でアークランプに電力を供給することができると報告するのは、間もなくでした。 10年以内に、数十の都市に、送電線を介して複数の顧客に電力を供給する中央発電所を使用した照明システムが設置されました。これらのシステムは、期間の支配的なガス灯のユーティリティと直接競合していました。
中央の工場とネットワークに投資して、サービスに対して定期的な料金を支払う顧客に生産されたエネルギーを提供するというアイデアは、投資家にとっておなじみのビジネスモデルでした。それは、有利なガスライトビジネス、または油圧および空圧式動力伝達システムと同じでした。唯一の違いは、配送される商品がガスではなく電気であり、配送に使用される「パイプ」がより柔軟だったことです。
1879年にサンフランシスコにあるカリフォルニア電気会社（現在のPG＆E）は、チャールズブラシの会社の2つの直流発電機を使用して、複数の顧客にアークランプ用の電力を供給しました。このサンフランシスコのシステムは、送電線を介して中央工場から複数の顧客に電力を販売するユーティリティの最初のケースでした。 CECはすぐに4つの追加の発電機を備えた2番目のプラントを開設しました。日没から深夜まで光のサービス料金は週ランプあたり$ 10歳。
1880年3月にウィリアムT.パワーズなどによって設立されたグランドラピッズエレクトリックライトアンドパワーカンパニーは、1880年7月24日土曜日、世界初の商用中央駅水力発電所の運転を開始し、ウルヴァリンチェアアンドファニチャーカンパニーの水力タービンから電力を得ました。ミシガン州グランドラピッズの複数の店頭を照らす16ライトのブラシ電動発電機を運用していました。それはジャクソン、ミシガン州の消費エネルギーの初期の前身です。
1880年12月、Brush Electric Companyは、中央駅を設置して、2マイル（3.2 km）のブロードウェイにアーク照明を供給しました。 1881年の終わりまでに、ニューヨーク、ボストン、フィラデルフィア、ボルチモア、モントリオール、バッファロー、サンフランシスコ、クリーブランドなどの都市にブラシアークランプシステムが導入され、20世紀に至るまで公共の光を作り出しました。 1893年までに、ニューヨークの街を照らす1500個のアークランプがありました。
直流照明
非常に明るいアーク灯は明るすぎ、高電圧とスパーク/火災の危険があるため、屋内で使用するには危険です。 1878年に発明者のトーマス・エジソンは、電灯照明を顧客のビジネスや家庭に直接持ち込むことができるシステムの市場を見ました。アーク照明システムでは対応できないニッチです。 1879年に商業的に実行可能な白熱電球を考案した後、エジソンは、マンハッタン南部で最初の大規模な投資家所有の電気照明「ユーティリティ」を開発し、最終的にパールストリート駅にある6つの「ジャンボダイナモ」で1平方マイルを供給しました。サービスは1882年9月に始まったときに、400個の電球で85人の顧客がありました。各発電機は100 kWを生成しました。これは1200の白熱灯で十分であり、送電は地下コンジットを介して110 Vでした。このシステムは、プロジェクトで最も高価な部品の1つである100,000フィート（30,000 m）の地下コンジットの設置で構築するのに30万ドルかかりました。さらに、エジソンには3線式システムがあり、一部のモーターに110 Vまたは220 Vを供給できるようになりました。
大規模世代の可用性
チャールズパーソンズが1889年からタービン発電機を生産した後、さまざまな場所から大量の電力を利用できるようになります。タービン発電機の出力は、20年で100 kWから25メガワットに急速に跳ね上がりました。効率的なタービン発電機の前は、水力発電プロジェクトは送電インフラストラクチャを必要とする大量の電力の重要な供給源でした。
トランスと交流
ジョージウェスティングハウスが電気に興味を持つようになったとき、彼は、エジソンの低電圧は、大規模なシステムに必要な伝送のためにスケールアップするにはあまりに効率が悪いとすぐに正しく結論しました。彼はさらに、長距離伝送には高電圧が必要であり、安価な変換技術は交流に対してのみ存在することを理解しました。変圧器は、送電および配電システムの直流に対する交流の勝利において決定的な役割を果たします。 1876年、パベル・ヤブロチコフは、パリ万国博覧会でアークランプを実証する前に、誘導コイルを使用して昇圧変圧器として機能するメカニズムの特許を取得しました。 1881年、ルシアン・ガラードとジョン・ディクソン・ギブスは、二次発電機と呼ばれるより効率的な装置、すなわち、スピンドルの周りの一連の有線ボビン間の接続を構成することにより比率を調整できる初期降圧変圧器を開発しました。コアは、パワー出力を変化させるnessisaryとして追加または削除することができました。このデバイスにはさまざまな批判があり、1：1の回転比しか提供しないと誤解されることがありました。
最初の実証的な長距離（34 km、21マイル）ACラインは、1884年にイタリアのトリノで開催された国際展示会のために建設されました。 2 kV、130 HzのSiemens＆Halskeオルタネーターを使用し、一次巻線が直列に接続され、白熱灯に給電するいくつかのGaulard二次発電機を備えていました。システムは、長距離にAC電力伝送の実現可能性を証明しました。この成功の後、1884年から1885年の間に、ハンガリーのエンジニアであるブダペストのガンツ社のZipernowsky、Blathy、およびDériは、効率的な「ZBD」クローズドコアコイルと現代の配電システムを作成しました。 3人は、以前のすべてのコアレスまたはオープンコアデバイスが電圧を調整できないため、実用的ではないことを発見しました。彼らの共同特許は、極のない設計の2つのバージョン、「クローズドコアトランス」と「シェルコアトランス」を記述しました。 OttóBláthyはクローズドコアの使用を提案し、KárolyZipernowskyはシャント接続の使用を提案し、MiksaDériは実験を実施しました。
閉鎖コア変圧器鉄心は、二つのコイルが巻回された閉じた環です。シェル型変圧器では、巻線はコアを通過します。どちらの設計でも、一次巻線と二次巻線を結ぶ磁束は、鉄心内をほぼ完全に進み、空気を通る意図的な経路はありません。コアは鉄のストランドまたはシートで構成されています。これらの革新的な設計要素により、最終的には家庭、企業、公共スペースの照明に電力を供給することが技術的および経済的に実現可能になります。 Zipernowsky、Blathy、Dériもトランス式Vs / Vp = Ns / Npを発見しました。世界中の電気および電子システムは、オリジナルのガンツ変圧器の原理に依存しています。本発明者らは、電流のＥＭＦを変更するための装置を説明するために「変圧器」という言葉を最初に使用したことも認められている。
1885年に、イタリアのローマのデイチェルキを経由して公共照明用の非常に最初の実用的なACラインが稼働しました。定格30 hp（22 kW）、120 Hzで2 kVの2つのSiemens＆Halskeオルタネーターを使用し、それぞれに1つずつ、閉磁路を備えた200個の直列接続されたGaulard 2-kV / 20-V降圧変圧器を使用しましたランプ。数か月後、最初の英国のACシステムが続き、ロンドンのグロブナーギャラリーで使用されました。また、シャント接続されたプライマリを備えた、シーメンスオルタネーターと2.4 kV / 100 V降圧変圧器（ユーザーごとに1つ）も備えていました。
安価な昇降圧変圧器を使用した現代の伝送の基礎となる概念は、1886年にマサチューセッツ州グレートバリントンでウェスティングハウス、ウィリアムスタンレー、ジュニア、フランクリンレナードポープによって最初に実装され、ヨーロッパの技術にも頼りました。 1888年、ウェスティングハウスはニコラ・テスラの誘導モーターの特許も認可し、ACに必要な使用可能なモーターを提供しました。このシステムは、1889年からミハイルドリボドブロヴォルスキーとアルゲマイネエレクトリシテッツゲゼルシャフト、およびチャールズユージーンランスロットブラウンによって現代の3フェーズシステムに開発されました。
ドイツのフランクフルトで開催された1891年の国際電気技術展では、高出力の三相電流の長距離伝送が行われました。 5月16日から10月19日まで、フランクフルト・アム・マインにあった3つの旧「西駅」（西駅）の廃施設で開催されました。展示会では、175 km離れたラウフェンアムネッカーで生成された、高出力の三相電流の最初の長距離伝送が取り上げられました。フェアでモーターとライトを正常に作動させました。展示会が終了したとき、ラウフェンの発電所は稼働を続け、行政首都であるハイルブロンに電力を供給し、三相交流電源を備えた最初の場所になりました。多くの企業の技術代表者（トムソンヒューストン電気会社のEWライス（ゼネラルエレクトリック）を含む）が出席しました。技術顧問と代表者は感銘を受けました。フィールドトライアルが成功した結果、ドイツに関する限り、三相電流は電気エネルギーを伝送する最も経済的な手段になりました。
多相発電機とモーターのシンプルさは、効率に加えて、安価でコンパクトに製造でき、メンテナンスにほとんど注意を払う必要がないことを意味しました。単純な経済学は、高価でかさばる、機械的に複雑なDCダイナモを究極の絶滅に追いやるでしょう。結局のところ、War of Currentsの決定要因は、低コストのステップアップおよびステップダウントランスを利用できることでした。つまり、特殊な電圧要件に関係なく、すべてのお客様が最小限の変換コストで対応できます。この「普遍的なシステム」は、今日、電気の使用に関して最も影響力のある革新の1つと見なされています。
高電圧直流送電
交流の場合は世紀の変わり目に明確ではなく、変圧器の利益なしに高電圧の直流送電システムが正常に設置されました。エジソンのメンロパーク施設で6か月間過ごしたRene Thuryは、伝送の問題を理解し、直流を使用して長距離の電気の移動が可能であると確信しました。彼はMarcel Deprezの仕事に精通していました。MarcelDeprezは、長距離のライトをサポートするアークランプジェネレータの機能に触発された後、高電圧伝送の初期の仕事をしました。 Deprezは、Charles F. Brushのアークランプシステムのように、発電機と負荷を直列に配置することで変圧器を回避しました。 Thuryは、このアイデアを高電圧DC伝送用の最初の商用システムに発展させました。ブラシのダイナモと同様に、電流は一定に保たれ、負荷が増加するとより多くの圧力が必要になると、電圧が増加します。 Thuryシステムは、水力発電機からのいくつかのDC送電プロジェクトで正常に使用されました。 1885年の最初のものはベージンゲンの低電圧システムで、1889年にイタリアのジェノヴァでAcquedotto de Ferrari-Galliera社によって最初の高電圧システムが稼働しました。このシステムは、120キロ長い回路上に14 kVのDCで630キロワットを送信しました。最大のThuryシステムは、長さ230 kmのLyon Moutiersプロジェクトで、最終的に125 kVで20メガワットを供給しました。
ACの勝利
最終的に、Thuryシステムの多用途性は、シリーズ配電の脆弱性、および水銀アークバルブの改善によって1940年代まで現れなかった信頼性の高いDC変換技術の欠如によって妨げられました。 AC「ユニバーサルシステム」は、発電機を高電圧送電線に結合し、送電をローカル配電回路に接続するための変圧器を備えたシステムを増殖させ、数の力で獲得しました。ユーティリティ周波数を適切に選択することにより、照明負荷とモーター負荷の両方に対応できます。ロータリーコンバーターとその後の水銀アークバルブおよびその他の整流器装置により、必要に応じてローカル変換によるDC負荷の供給が可能になりました。異なる周波数を使用しても発電所と負荷も回転変流機を使用して相互接続することができます。あらゆる種類の負荷に共通の発電プラントを使用することにより、重要な規模の経済が達成され、全体的な資本投資が削減され、各プラントの負荷係数が増加して効率が向上し、消費者へのエネルギーコストの削減と全体的な増加が可能になりました電力の使用。
広い面積を介して相互接続される複数の発電所を可能にすることにより、電力生産コストが低下しました。最も効率的な利用できる植物は日中変化する負荷を供給するために使用することができます。スタンバイ生成容量をより多くの顧客とより広い地域で共有できるため、信頼性が向上し、設備投資コストが削減されました。水力発電や坑口石炭などの遠隔で低コストのエネルギー源を活用して、エネルギー生産コストを下げることができます。
高電圧を使用した三相交流の最初の送信は、1891年にフランクフルトで開催された国際電力展示会で行われました。ネッカー川のラウフェンと175 kmの長距離のフランクフルトアムマインを接続する15 kVの送電線。
ウィラメットフォールズからナイアガラフォールズ
1882年、ドイツのミースバッハミュンヘン送電は57キロメートル（35マイル）の距離で2kV DCを使用しました。 1889年、米国で最初のDC電気の長距離送電が、オレゴン州オレゴン市のウィラメットフォールズ駅でオンになりました。 1890年、洪水により発電所が破壊されました。この不幸な出来事は、ウィラメットフォールズ電気会社が1890年にウェスティングハウスから実験用AC発電機を設置したとき、世界で最初のAC電気の長距離送電への道を開きました。
同じ年に、ナイアガラの滝発電会社（NFPC）とその子会社の白内障会社は、専門家で構成される国際ナイアガラ委員会を設立し、ナイアガラの滝を利用して発電する提案を分析しました。委員会は、ウィリアム・トムソンir（後のケルビンLord）が率い、フランスのエレウテール・マスカルト、イングランドのウィリアム・アンウィン、米国のコールマン・セラーズ、スイスのテオドール・タレッティーニが含まれていました。 JP Morgan、Lord Rothschild、John Jacob Astor IVなどの起業家が支援しました。 19の提案の中で、彼らは圧縮空気を動力伝達媒体として簡単に考えましたが、電気を優先しました。全体的にどの方法が最適かを判断できませんでした。
1893年までに、ナイアガラの滝電力会社は、半ダースの会社からの残りの提案を拒否し、発電契約をウェスティングハウスに与え、さらに送電線と変圧器の契約をゼネラルエレクトリックに与えました。 1893年にナイアガラの滝発電プロジェクトの作業が開始されました：5,000馬力（3,700 kW）が生成され、25 Hzの周波数で交流として送信され、伝送のインピーダンス損失を最小限に抑えました（1950年代に60 Hzに変更されました）。
いくつかのシステムは、バッファロー、ニューヨークの電力業界への十分な電力を発生させるだろうと疑いました。発明者のニコラ・テスラは、ナイアガラの滝が米国東部全体を動かすことができると言って、それがうまくいくと確信していました。以前の多相交流送電実証プロジェクトはどれも、ナイアガラから利用可能な電力の規模ではありませんでした。
米国で最初の大規模水力発電機は1895年にナイアガラの滝に設置され、送電線を介してニューヨーク州バッファローに電力を供給しました。ニコラテスラの像は、彼の貢献に敬意を表して、現在、ニューヨークのヤギ島ナイアガラフォールズにあります。
また、ウェスティングハウスは、路面電車や工場のモーター用の単相および多相ACおよびDCを含む、必要なすべての電力規格に変換できるシステムを開発する必要がありました。 1895年にナイアガラのエドワードディーンアダムスステーションにあるウェスティングハウスの水力発電機の最初の顧客は、アルミニウムの製錬に大量の安価な電力を必要としたピッツバーグリダクションカンパニーのプラントでした。 1896年11月16日には、バッファローに送信電力は、その通りの車に電力を供給し始めました。発電機は、テスラの名前を冠した発電機を備えたWestinghouse Electric Corporationによって建設されました。このプロジェクトの規模はまもなく、ゼネラル・エレクトリックが均等に貢献し、送電設備、プラント、発電機を構築しました。
当初、送電線は、電信や電話回線に使用されるものと同様の磁器製のピンとスリーブの絶縁体でサポートされていました。ただし、これらには40 kVの実際的な制限がありました。 1907年、ナイアガラフォールズパワーコーポレーションのハロルドW.バックとゼネラルエレクトリックのエドワードM.ヒューレットによるディスク絶縁体の発明により、高電圧用に任意の長さの実用的な絶縁体を構築することができました。
近代
送電に使用される電圧は20世紀を通じて増加しました。定格4 MW 10 kV 85 Hzの最初の「高電圧」AC発電所は、1889年にロンドンのデプトフォードでSebastian Ziani de Ferrantiによって運用されました。北米で最初の送電線は4000 Vで動作しました。1889年6月3日にオンラインになり、オレゴン州オレゴン市のウィラメットフォールズの発電所とオレゴン州ポートランドのダウンタウンのチャップマンスクエアの間の線路が約13本伸びました。マイル。 1914年までに、70,000 V以上で動作する55の送電システムが稼働し、そのとき使用された最高電圧は150 kVでした。 110 kVでの最初の三相交流送電は、1907年にミシガン州クロトンとグランドラピッズの間で行われました。 100 kV以上の電圧は、約5年後まで確立された技術ではありませんでした。たとえば、1912年にドイツのラウシャハンとリーザを結ぶヨーロッパで最初の110 kVラインがありました。
1920年代初頭、ピットリバー-コットンウッド-ヴァカ-ディクソンラインは、シエラネバダの水力発電所からサンフランシスコ湾岸地域に220 kVの電力を輸送するために建設されました。同じ電圧。 1929年4月17日に、ドイツの最初の220 kVラインが完成し、ケルンバッハ近くのブラウヴァイラーから、フランクフルト近くのケルスターバッハ、オーストリアの近くのルートヴィヒスブルク–ホーエネック近くのラインナウを経由しました。このラインは、時間、世界最大の電力システムの一つで、南北の相互接続を備えます。このラインのマストは、最終的に380 kVにアップグレードするために設計されました。しかし、ドイツでの380 kVでの最初の送電は、1957年10月5日にRommerskirchenとLudwigsburg–Hoheneckの変電所の間で行われました。
世界初の380 kV送電線が1952年に952 kmのHarsprånget– Hallsberg線でスウェーデンに建設されました。1965年に、735 kVの最初の超高電圧送電がハイドロケベック送電線で行われました。 1982年に1200キロボルトの最初の送信がソ連にありました。
20世紀の急速な工業化により、ほとんどの先進国では送電線と送電網が経済インフラの重要な部分になりました。地方の発電所と小規模な配電網の相互接続は、第一次世界大戦の要件によって大きく促進されました。そこでは、軍需工場に電力を供給するために政府によって大規模な発電所が建設されました。後にこれらのプラントは、長距離伝送を通じて市民負荷を供給するために接続されました。
地方自治体の小規模な電気事業者は、販売される電力の各ユニットのコストを削減することを必ずしも望みませんでした。ある程度、特に1880年から1890年にかけて、電気照明は豪華な製品と見なされ、電力は蒸気電力に置き換えられませんでした。米国のSamuel Insullや英国のSebastian Z. De Ferrantiなどのエンジニアは、長距離送電の開発における技術的、経済的、規制的、政治的困難を克服するのに役立ちました。送電網の導入により、ロンドン市では、キロワット時のコストが10年間で3分の1に削減されました。
1926年に、英国の電気ネットワークがナショナルグリッドで相互接続され始め、当初は132 kVで稼働していました。
