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미국 주변의 기술, 기술, 개체의 역사
장거리 전기 전송. 발명과 생산의 역사
송전선 (TL) - 전류를 통해 전기를 전송하도록 설계된 전력 장비 시스템 인 전기 네트워크의 구성 요소 중 하나입니다. 또한 발전소 또는 변전소를 넘어 확장되는 시스템의 일부인 전선.
XNUMX세기의 마지막 XNUMX분의 XNUMX에 에너지 문제는 유럽과 미국의 많은 대규모 산업 중심지에서 매우 심각해졌습니다. 주거용 건물, 운송, 공장 및 작업장에는 점점 더 많은 연료가 필요했으며, 그 결과 연료 가격이 지속적으로 상승했습니다. 이와 관련하여 여기저기서 그들은 훨씬 저렴하고 접근하기 쉬운 강의 수력 발전으로 눈을 돌리기 시작했습니다. 동시에 전기 에너지에 대한 관심이 모든 곳에서 증가했습니다. 이러한 유형의 에너지는 매우 편리하다는 것이 오래 전부터 알려져 왔습니다. 전기는 쉽게 생성되고 다른 유형의 에너지로 쉽게 변환되며, 원거리로 쉽게 전달되고, 공급 및 분쇄됩니다. 최초의 발전소는 일반적으로 증기 기관이나 터빈에 연결된 발전기였으며 개별 개체(예: 작업장 또는 집, 극단적인 경우 80/1882)에 전기를 공급하기 위한 것이었습니다. 90년대 중반부터 중앙 도시 발전소가 건설되기 시작하여 주로 조명용 전류를 공급했습니다. (최초의 발전소는 XNUMX년 에디슨의 지시로 뉴욕에 세워졌습니다.) 전류는 강력한 증기 기관에 의해 생성되었습니다. 그러나 XNUMX년대 초반에 이르러 도시의 중심부에 위치한 중앙 스테이션의 전력이 그리 크지 못하기 때문에 이 방법으로는 에너지 문제를 해결할 수 없다는 것이 분명해졌습니다. 그들은 동일한 석탄과 기름을 사용했습니다. 즉, 연료 공급 문제를 제거하지 못했습니다. 연료와 수자원이 저렴한 곳에 발전소를 건설하는 것이 더 저렴하고 실용적이었습니다. 그러나 일반적으로 저렴한 전기를 대량으로 얻을 수있는 지역은 산업 중심지와 대도시에서 수십 및 수백 킬로미터로 제거되었습니다. 따라서 장거리 전기 전송이라는 또 다른 문제가 발생했습니다. 이 분야의 첫 번째 실험은 주로 직류를 사용했던 XIX 세기의 70년대 초반으로 거슬러 올라갑니다. 그들은 전류 발생기와 이 전류를 소비하는 모터 사이의 연결 와이어 길이가 수백 미터를 초과하자마자 케이블의 큰 에너지 손실로 인해 모터에서 상당한 전력 감소가 느껴진다는 것을 보여주었습니다. 이 현상은 전류의 열 효과를 기억하면 설명하기 쉽습니다. 케이블을 통과하면 전류가 케이블을 가열합니다. 이러한 손실이 클수록 와이어의 저항과 와이어를 통과하는 전류의 강도가 커집니다. (방출 열량 Q는 계산하기 쉽습니다. 공식은 다음과 같습니다. Q=RI2, 여기서 I는 통과 전류의 강도, R은 케이블 저항입니다. 분명히 와이어의 저항이 클수록 길이는 커지고 단면적은 작아집니다. 이 공식에서 I=P/U를 취하면 여기서 P는 라인의 전력이고 U는 현재 전압입니다. 공식은 Q=RP2/U2 형식을 취합니다. 이를 통해 열 손실이 작을수록 전압이 커짐을 알 수 있습니다.) 전력선의 손실을 줄이는 방법은 전송 와이어의 단면적을 늘리거나 전압을 높이는 두 가지뿐이었습니다. 그러나 전선의 단면적을 증가시키면 상당히 값비싼 구리가 도체로 사용되었기 때문에 비용이 크게 증가했습니다. 훨씬 더 많은 승리가 두 번째 방법을 약속했습니다. 1882년, 프랑스의 유명한 전기 엔지니어 Despres의 지도 아래 Miesbach에서 뮌헨까지 57km 길이의 최초의 직류 전력선이 건설되었습니다. 발전기의 에너지는 펌프에 동력을 공급하는 전기 모터로 전달되었습니다. 이 경우 전선의 손실은 75%에 도달했습니다. 1885년 Despres는 56km 거리에 걸쳐 Creil과 Paris 사이에 동력 전달을 수행하는 또 다른 실험을 수행했습니다. 이 경우 6볼트에 달하는 고전압이 사용되었습니다. 손실이 55%로 감소했습니다. 전압을 높이면 라인의 효율성을 크게 높일 수 있음이 분명했지만 이를 위해서는 큰 기술적 어려움과 관련된 고전압 직류 발전기를 구축해야 했습니다. 이 상대적으로 낮은 전압에도 불구하고 Despre는 발전기를 지속적으로 수리해야 했으며 권선에서 때때로 고장이 발생했습니다. 반면에 실제로(주로 조명을 위해) 약 100볼트의 매우 작은 전압이 필요했기 때문에 고전압 전류를 사용할 수 없었습니다. DC 전압을 낮추기 위해서는 복잡한 컨버터 시스템을 구축해야 했습니다. 고전압 전류가 모터를 구동하고, 모터가 발전기를 회전시켜 더 낮은 전압 전류를 제공했습니다. 동시에 손실은 더욱 증가했고 전기를 전송한다는 아이디어 자체가 경제적으로 수익성이 없었습니다. 전송과 관련하여 교류는 쉽게 변환될 수 있기 때문에, 즉 전압이 매우 넓은 범위 내에서 증가되었다가 낮아질 수 있기 때문에 더 편리해 보였습니다. 1884년 토리노 전시회에서 Golyar는 40km 거리에서 송전을 수행하여 변압기를 사용하여 라인의 전압을 2볼트로 높였습니다. 이 경험은 좋은 결과를 가져 왔지만 이미 언급했듯이 단상 AC 모터는 모든면에서 DC 모터보다 열등하고 분배가 없었기 때문에 광범위한 발전으로 이어지지 않았습니다. 따라서 단상 교류를 장거리로 전송하는 것은 수익성이 없었습니다. 다음 해에는 Tesla의 1891상 및 Dolivo-Dobrovolsky의 XNUMX상이라는 두 가지 다상 전류 시스템이 개발되었습니다. 그들 각각은 전기 공학에서 지배적 인 위치를 주장했습니다. 전기화는 어떤 방향으로 가야 할까요? 처음에는 이 질문에 대한 정확한 답을 아는 사람이 아무도 없었습니다. 모든 국가에서 각 조류 시스템의 장단점에 대한 활발한 토론이 있었습니다. 그들 모두에게는 열렬한 지지자와 맹렬한 반대자가 있었습니다. 이 문제에 대한 일부 명확성은 전기화에서 중요한 돌파구가 이루어진 다음 XNUMX년 동안에만 달성되었습니다. XNUMX년 프랑크푸르트 국제 박람회가 여기에 큰 역할을 했습니다. 80년대 말, 프랑크푸르트 암마인에 중앙 발전소 건설에 대한 문제가 제기되었습니다. 많은 독일 및 외국 기업이 도시 당국에 직류 또는 교류 사용을 포함하는 프로젝트에 대한 다양한 옵션을 제공했습니다. 프랑크푸르트 시장은 분명히 어려운 위치에 있었습니다. 그는 많은 전문가들도 할 수 없는 선택을 할 수 없었습니다. 논란의 여지가 있는 문제를 명확히 하기 위해 프랑크푸르트에서 오랫동안 계획된 국제 전기 전시회를 개최하기로 결정했습니다. 주요 목표는 다양한 시스템 및 애플리케이션에서 전기 에너지의 전송 및 분배를 시연하는 것이었습니다. 어떤 회사라도 이 전시회에서 성공을 입증할 수 있었고 가장 권위 있는 과학자들로 구성된 국제 위원회는 모든 전시회를 철저히 연구하고 전류 유형 선택에 대한 질문에 답해야 했습니다. 전시회가 시작될 때까지 다양한 회사에서 전력 전송 라인을 구축해야 했으며 일부는 직류 전송을, 다른 일부는 교류(단상 및 다상) 전송을 시연할 예정이었습니다. AEG는 라우펜(Laufen) 마을에서 프랑크푸르트까지 170km 거리에 전기를 전송하라는 요청을 받았습니다. 그 당시 그것은 엄청난 거리였으며 많은 사람들이 그 아이디어 자체가 환상적이라고 생각했습니다. 그러나 Dolivo-Dobrovolsky는 시스템과 XNUMX상 전류의 가능성에 대해 확신을 갖고 있었기 때문에 Rothenau 감독에게 실험에 동의하도록 설득했습니다. Laufen-Frankfurt 송전 프로젝트에 대한 첫 번째 보고서가 나왔을 때 전 세계의 전기 엔지니어는 두 진영으로 나뉘었습니다. 일부는 이 대담한 결정을 열광적으로 환영했고, 다른 일부는 시끄럽지만 근거 없는 광고로 취급했습니다. 가능한 에너지 손실이 계산되었습니다. 어떤 이들은 95%가 될 것이라고 믿었지만 가장 낙관적인 사람들조차도 그러한 라인의 효율성이 15%를 초과할 것이라고 믿지 않았습니다. 유명한 Despres를 포함하여 전기 공학 분야의 가장 유명한 당국은 이 사업의 경제적 타당성에 대해 의구심을 표명했습니다. 그러나 Dolivo-Dobrovolsky는 회사 경영진에게 제안된 직무를 맡을 필요가 있음을 설득했습니다. 전시 개막까지 시간이 얼마 남지 않았기 때문에 전력선 공사가 서둘러 진행됐다. 100개월 동안 Dolivo-Dobrovolsky는 전례 없는 출력의 비동기식 150hp 모터를 설계하고 제작해야 했습니다. 단상 변압기의 최대 전력이 당시 30킬로와트에 불과했음에도 불구하고 XNUMX킬로와트용 변압기 XNUMX개. 실험적 디자인에 대한 의문은 있을 수 없습니다. 단순히 이를 위한 시간이 충분하지 않았습니다. 베를린에는 적절한 전력의 XNUMX상 발전기가 없었기 때문에 건설된 엔진과 변압기조차도 공장에서 테스트할 수 없었습니다(Laufen 스테이션용 발전기는 Erlikson에 건설됨). 결과적으로 많은 과학자, 경쟁업체 대표 및 수많은 특파원들이 참석한 상태에서 전시회에서 동력 전달의 모든 요소를 직접 켜야 했습니다. 사소한 실수는 용서할 수 없습니다. 또한 전력선 건설 중 설계 및 설치 작업에 대한 모든 책임은 Dolivo-Dobrovolsky의 어깨에 떨어졌습니다. 사실, 그 책임은 훨씬 더 컸습니다. 결국 Dolivo-Dobrovolsky의 경력과 AEG의 명성뿐만 아니라 전기 공학의 발전이 어떤 길을 택할 것인지에 대한 질문이 결정되고 있었습니다. Dolivo-Dobrovolsky는 그 앞에 놓인 작업의 중요성을 완벽하게 이해하고 나중에 다음과 같이 썼습니다. 그렇지 않으면 라우펜-프랑크푸르트 실험과 이를 기반으로 나중에 개발될 많은 것들이 단상 전류를 사용하는 경로를 따라 갔을 것입니다. 짧은 시간에 라우펜에 작은 수력 발전소가 건설되었습니다. 300마력 터빈 Erlikson의 공장에서 이미 언급했듯이 설계 및 제작된 15상 전류 발생기를 회전했습니다. 발전기에서 세 개의 굵은 구리선이 배전반으로 연결되었습니다. 전류계, 전압계, 리드 퓨즈 및 열 릴레이가 여기에 설치되었습니다. 배전반에서 25개의 케이블이 XNUMX개의 XNUMX상 "각형" 유형 변압기로 연결되었습니다. 모든 변압기의 권선은 별 모양으로 연결되었습니다. XNUMX볼트의 전압에서 송전을 수행하기로 되어 있었지만 모든 계산은 XNUMX볼트에서 수행되었습니다. 이러한 고전압을 구현하기 위해 선로 양단에 두 개의 변압기를 포함하여 저압 권선은 병렬로 연결하고 고전압 권선은 직렬로 연결하도록 계획했습니다. Laufen의 변압기에서 3182선 라인이 시작되어 평균 스팬이 8m인 10m 및 60m 높이의 나무 기둥 2개에 매달렸습니다. 필요한 경우 전류를 빠르게 차단하기 위해 두 개의 원래 장치가 제공되었습니다. Laufen 수력 발전소 근처에는 두 개의 지지대가 서로 5m 거리에 설치되었습니다. 여기서 0mm 직경의 15개의 구리선으로 구성된 가용 인서트가 라인의 각 와이어 간격에 포함되었습니다. 프랑크푸르트와 기차역 근처(선의 일부는 철로를 따라 달림)에는 소위 코너 클로저가 설치되었습니다. 그들 각각은 L 자형 지지대에 코드로 매달린 금속 막대였습니다. 코드를 당기는 것으로 충분했으며 빔이 세 개의 전선 모두에 떨어져 인공 단락을 일으켜 Laufen의 퓨즈가 끊어지고 전체 라인의 전원이 차단되었습니다. 프랑크푸르트에서 전선은 출력 전압을 116볼트로 낮추는 강압 변압기 (특별 전시관에서 전시회에 있었음)로 이동했습니다. 1000개의 백열 램프, 각각 16개의 양초(55와트)가 이 변압기 중 하나에 연결되었고 다른 전시관에 위치한 대형 XNUMX상 Dolivo-Dobrovolsky 모터가 다른 하나에 연결되었습니다. Laufen에 있는 발전기의 라인 전압은 95볼트였습니다. 승압 변압기의 변압비는 154였다. 따라서 전력선의 동작 전압은 14650볼트(95×154)였다. 그 당시에는 매우 높은 전압이었습니다. 송전선이 통과한 나라의 정부는 그 건설을 보고 경악했습니다. 어떤 사람들은 두개골이 달린 판을 고정시킨 나무 기둥 앞에서도 두려움을 느꼈습니다. 특히 우려되는 사항은 전선이 파손되어 철로에 떨어질 가능성이 있다는 것이었습니다. 전시 위원회와 라인 빌더들은 정부 관리들에게 가능한 모든 위험이 예상되고 라인이 안정적으로 보호되고 있음을 확신시키기 위해 많은 설명 작업을 수행해야 했습니다. Baden의 행정부는 여전히 Baden 국경에서 이미 완료된 라인의 섹션을 연결하는 것을 허용하지 않았습니다. 마지막 장애물을 제거하고 지역 당국의 의심을 없애기 위해 Dolivo-Dobrovolsky는 위험하지만 매우 설득력 있는 실험을 수행했습니다. 선로가 처음 통전되었을 때 바덴과 헤세 국경의 전선 중 하나가 인공적으로 끊어져 밝은 섬광과 함께 철로에 떨어졌습니다. Dolivo-Dobrovolsky는 즉시 맨손으로 전선을 집어 들었습니다. 그는 자신이 설계한 보호 장치가 작동할 것이라고 확신했습니다. 증명의 이 "방법"은 매우 예시적인 것으로 판명되었으며 라인을 테스트하기 전에 마지막 장애물을 제거했습니다. 25년 1891월 12일 낮 1000시에 라우펜 수력 발전소의 전류로 작동하는 75개의 전등이 전시회에서 처음으로 깜박였습니다. 이 램프는 라우펜-프랑크푸르트 전송선에 속한 전시품의 해당 부분 입구 위의 방패와 아치를 둘러싸고 있습니다. 다음날인 12월 XNUMX일에 처음으로 XNUMX미터 폭포에 동력을 공급한 XNUMX킬로와트 엔진이 성공적으로 테스트되었습니다. 라인, 기계, 변압기, 배전반이 급하게 만들어졌음에도 불구하고(Dolivo-Dobrovolsky에 따르면 일부 세부 사항은 단 XNUMX시간 만에 고려됨), 전체 설치는 예비 테스트 없이 켜졌다. 일부는 다른 사람들의 기쁨을 위해 즉시 잘 작동하기 시작했습니다. 폭포는 전시회 방문객들에게 특별한 인상을 남겼습니다. 그러나 물리학과 전기공학에 정통한 사람들은 그 날 수천 개의 유리알이 반짝이는 거대한 폭포가 아니라 수십 개의 형형색색의 램프로 밝혀진 것을 기뻐했습니다. 그들의 기쁨은 이 아름다운 인공 폭포가 라우펜(Laufen) 마을 근처 네카어 강(Neckar River)에서 170km 떨어진 곳에 위치한 샘에서 움직인다는 이해와 관련이 있습니다. 그들은 장거리 전력 전송 문제에 대한 훌륭한 해결책을 그들 앞에서 보았습니다. 25월에 국제 위원회는 라우펜-프랑크푸르트 전송 라인을 테스트하기 시작했습니다. 전송 손실이 25%에 불과하여 매우 좋은 수치인 것으로 나타났습니다. 21월에 라인은 XNUMX볼트에서 테스트되었습니다. 동시에 효율성이 증가하고 손실이 XNUMX%로 감소했습니다. 전 세계에서 온 대다수의 전기 기술자(XNUMX만 명이 넘는 사람들이 전시회를 방문했습니다)는 라우펜-프랑크푸르트 실험의 중요성을 높이 평가했습니다. XNUMX상 전류는 매우 높은 평가를 받았고 이제부터 산업으로 가는 가장 넓은 길이 열렸습니다. Dolivo-Dobrovolsky는 즉시 세계 최고의 전기 엔지니어 중 한 명이 되었고 그의 이름은 세계적으로 유명해졌습니다.
따라서 XNUMX 세기 후반의 주요 에너지 문제, 즉 전기 생산을 중앙 집중화하고 장거리로 전송하는 문제가 해결되었습니다. 다상 전류를 멀리 떨어진 발전소에서 각 개별 작업장으로, 그리고 개별 기계로 가져오는 방법이 모든 사람에게 명확해졌습니다. 다상 전류 기술의 출현의 즉각적인 결과는 이후 몇 년 동안 모든 선진국에서 발전소의 급속한 건설과 산업의 가장 광범위한 전기화가 시작되었다는 것입니다. 사실, 초기에는 하나 또는 다른 유형의 전류를 도입하려는 경쟁 회사 간의 치열한 투쟁으로 인해 여전히 복잡했습니다. 따라서 미국에서는 Westinghouse 회사가 먼저 인수하여 Tesla의 특허를 구입하여 XNUMX상 전류를 분배하려고 했습니다. 1896상 시스템의 승리는 XNUMX년 나이아가라 폭포에 강력한 수력 발전소를 건설한 것입니다. 그러나 XNUMX상 전류는 곧 보편적으로 최고로 인정되었습니다. 실제로 XNUMX상 시스템에는 XNUMX개의 와이어가 필요하고 XNUMX상 시스템에는 XNUMX개만 필요합니다. 단순함 외에도 상당한 비용 절감을 약속했습니다. 나중에 Tesla는 Dolivo-Dobrovolsky의 예에 따라 두 개의 리턴 와이어를 함께 결합할 것을 제안했습니다. 이 경우 전류가 추가되었으며 세 번째 와이어에서는 다른 두 와이어보다 약 1,4배 더 많은 전류가 흐릅니다. 따라서이 전선의 단면적은 1 배 더 큽니다 (단면적이 증가하지 않으면 회로에 과부하가 발생했습니다). 결과적으로 4상 배선의 비용은 여전히 XNUMX상보다 많은 것으로 판명되었으며, XNUMX상 모터는 모든 면에서 XNUMX상 모터보다 열등했습니다. XNUMX세기에는 XNUMX상 시스템이 모든 곳에서 확립되었습니다. 나이아가라 발전소조차도 결국 XNUMX상 전류로 전환되었습니다. 저자: Ryzhov K.V.
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