История передачи электроэнергии - History of electric power transmission

Передача электроэнергии, инструменты и средства перемещения электричества далеко от места, где оно генерируется, датируются концом 19 века. Они включают движение электричества оптом (формально называется "коробка передач ") и поставка электроэнергии физическим лицам ("распространение "). Вначале эти два термина использовались как синонимы.

Ранняя передача

Берлин, 1884 год. Благодаря вдвое большей яркости газового света дуговые лампы пользовались большим спросом в магазинах и общественных местах. В цепях дугового освещения используется напряжение до тысяч вольт при подключенных дуговых лампах. серии.

До появления электричества для передачи энергии на большие расстояния использовались различные системы. Главными из них были телодинамическая (трос в движении), пневматическая (сжатый воздух) и гидравлическая (жидкость под давлением) передачи.[1] Канатные дороги были наиболее частым примером телодинамической передачи, линии которой могли простираться на несколько миль на одном участке. Пневматическая трансмиссия использовался для городских систем передачи электроэнергии в Париже, Бирмингеме, Риксдорфе, Оффенбахе, Дрездене и Буэнос-Айресе в начале двадцатого века. Города XIX века также использовали гидравлическая трансмиссия использование водопровода высокого давления для подачи питания на заводские двигатели. Лондонская система выдал 7000 л.с. (5 мегаватты ) по сети трубопроводов длиной 180 миль (290 км), по которым вода проходит под давлением 800 фунтов на квадратный дюйм. Эти системы были заменены более дешевыми и более универсальными электрическими системами, но к концу XIX века городские планировщики и финансисты были хорошо осведомлены о преимуществах, экономике и процессе создания систем передачи электроэнергии.

В первые дни использования электроэнергии передача электроэнергии было два препятствия. Во-первых, для устройств, требующих разных напряжений, требовались специализированные генераторы с собственными отдельными линиями. Уличные фонари, электродвигатели на заводах, питание трамваев и фонари в домах - вот примеры разнообразия устройств с напряжением, требующих отдельных систем. Во-вторых, генераторы должны быть относительно близко к своим нагрузкам (милю или меньше для низковольтных устройств). Было известно, что передача на большее расстояние возможна при повышении напряжения, поэтому обе проблемы могут быть решены, если преобразование напряжения от одной универсальной линии электропередачи может быть выполнено эффективно.

Специализированные системы

Трамваи создали огромный спрос на раннее электричество. Для этого трамвая Siemens 1884 года требовалось 500 В постоянного тока, что было типично.

Большая часть раннего электричества была постоянный ток, напряжение которого не может быть легко увеличено или уменьшено ни для передачи на большие расстояния, ни для совместного использования общей линии для использования с несколькими типами электрических устройств. Компании просто запускали разные линии для разных классов нагрузок, необходимых для их изобретений. Например, Чарльз Браш Нью-Йорк дуговая лампа системам требуется до 10 кВ для многих ламп в последовательной цепи, Эдисона лампы накаливания используется 110 В, трамваи построен Сименс или Sprague требуются большие двигатели в диапазоне 500 вольт,[2] в то время как промышленные двигатели на заводах использовали все еще другие напряжения.[3] Из-за этой специализации линий и из-за того, что передача была настолько неэффективной, в то время казалось, что отрасль разовьется в то, что сейчас известно как распределенная генерация система с большим количеством небольших генераторов, расположенных рядом с их нагрузками.[4]

Раннее высоковольтное внешнее освещение

Высокое напряжение интересовало первых исследователей, работавших над проблемой передачи на расстояние. Из элементарного принципа электричества они знали, что такое же количество энергии можно передать по кабелю, удвоив напряжение и уменьшив вдвое ток. Из-за Закон Джоуля, они также знали, что мощность, теряемая из-за нагрева в проводе, пропорциональна квадрату тока, протекающего по нему, независимо от напряжения, и поэтому, удвоив напряжение, тот же кабель сможет передавать такое же количество энергии в четыре раза. умноженное на расстояние.

На Парижская выставка 1878 года, электрический дуговое освещение были установлены вдоль авеню де л'Опера и площади оперы с использованием электрических Дуговые лампы Яблочкова, питаться от Зеноб Грамм динамо-машины переменного тока.[5][6][7] Свечи Яблочкова требовали высокого напряжения, и незадолго до этого экспериментаторы сообщили, что дуговые лампы могут питаться от 14-километровой (8,7 мили) цепи.[8] Через десятилетие десятки городов будут иметь системы освещения с использованием центральной электростанции, обеспечивающей электроэнергией множество потребителей по линиям электропередачи. Эти системы находились в прямой конкуренции с доминирующими газовый свет коммунальные услуги того периода.[9]

Дуговые лампы для общественного освещения в Нью-Йорке приводились в действие динамо-генераторами центральной электростанции Brush Electric Company. Начав работу в декабре 1880 года по адресу 133 West Twenty-Fifth Street, он питал цепь длиной 2 мили (3,2 км).[10]

Идея инвестирования в центральную установку и сеть для доставки произведенной энергии потребителям, которые платят регулярную плату за услуги, была знакомой бизнес-моделью для инвесторов: она была идентична прибыльному бизнесу с газовым освещением или гидравлическим и пневматическим системам передачи энергии. Единственная разница заключалась в том, что поставляемым товаром была электроэнергия, а не газ, а используемые для доставки «трубы» были более гибкими.

В Калифорнийская электрическая компания (ныне PG&E) в Сан-Франциско в 1879 году использовала два генератора постоянного тока от компании Чарльза Бруша, чтобы снабжать энергией своих дуговых ламп нескольких клиентов. Эта система в Сан-Франциско была первым случаем полезность продажа электроэнергии с центральной станции нескольким потребителям через коробка передач линий.[11] Вскоре CEC открыла второй завод с 4 дополнительными генераторами. Плата за обслуживание света от заката до полуночи составляла 10 долларов за лампу в неделю.[9][12]

Компания Grand Rapids Electric Light & Power, основанная в марте 1880 г. Уильям Т. Пауэрс и другие, в субботу, 24 июля 1880 года, начали эксплуатацию первой в мире коммерческой гидроэлектростанции с центральной станцией, получая электроэнергию от водяной турбины Wolverine Chair и Furniture Company. Он использовал электрическое динамо-устройство Brush на 16 ламп, освещающее несколько витрин в Гранд-Рапидс, штат Мичиган.[13][14] Это самый ранний предшественник Потребители энергии Джексон, Мичиган.

В декабре 1880 года Brush Electric Company установила центральную станцию ​​для снабжения дуговым освещением Бродвея протяженностью 2 мили (3,2 км). К концу 1881 года в Нью-Йорке, Бостоне, Филадельфии, Балтиморе, Монреале, Буффало, Сан-Франциско, Кливленде и других городах были системы дуговых ламп Brush, которые обеспечивали общественное освещение вплоть до 20 века.[15] К 1893 году улицы Нью-Йорка освещали 1500 дуговых ламп.[16]

Освещение постоянного тока

Ранние дуговые лампы были очень яркими, а высокое напряжение представляло опасность искрения / возгорания, что делало их слишком опасными для использования в помещении.[17] В 1878 г. изобретатель Томас Эдисон увидел рынок системы, которая могла бы принести электрическое освещение непосредственно в бизнес или дом клиента, нишу, не обслуживаемую системами дугового освещения.[18] После разработки коммерчески жизнеспособного лампа накаливания в 1879 году Эдисон разработал первое крупное электрическое освещение, принадлежащее инвестору »полезность "в нижнем Манхэттене, в конечном итоге обслуживая одну квадратную милю с помощью 6-дюймовых гигантских динамо-машин", расположенных в Станция Pearl Street.[7][9][19][20] Когда в сентябре 1882 года началось обслуживание, у 85 клиентов было 400 лампочек. Каждая динамо-машина вырабатывала 100 кВт, что было достаточно для 1200 ламп накаливания, а передача осуществлялась при 110 В по подземным трубопроводам. Строительство системы обошлось в 300 000 долларов США с прокладкой 100 000 футов (30 000 м) подземных трубопроводов, что является одной из самых дорогих частей проекта. Операционные расходы в первые два года превысили доходы, а пожар уничтожил завод в 1890 году.[21] Кроме того, у Эдисона была трехпроводная система, поэтому для питания некоторых двигателей можно было подавать 110 или 220 В.

Наличие крупномасштабной генерации

Доступность большого количества энергии из разных мест станет возможной после Чарльз Парсонс ' изготовление турбогенераторы начало 1889 г. За два десятилетия мощность турбогенератора резко выросла со 100 кВт до 25 мегаватт.[22] До появления эффективных турбогенераторов проекты гидроэлектростанций были значительным источником большого количества энергии, требующей инфраструктуры передачи.

Трансформаторы и переменный ток

Когда Джордж Вестингауз заинтересовавшись электричеством, он быстро и правильно пришел к выводу, что низкое напряжение Эдисона было слишком неэффективным, чтобы его можно было масштабировать для передачи, необходимой для больших систем. Кроме того, он понял, что для передачи на большие расстояния необходимо высокое напряжение и что недорогая технология преобразования существует только для переменного тока. Трансформаторы сыграют решающую роль в победе переменного тока над постоянным в системах передачи и распределения.[23] В 1876 г. Павел Яблочков запатентовал свой механизм использования индукционных катушек в качестве повышающего трансформатора до Парижской выставки, демонстрирующей его дуговые лампы. В 1881 г. Люсьен Голар и Джон Диксон Гиббс разработали более эффективное устройство, которое они назвали вторичным генератором, а именно ранний понижающий трансформатор, передаточное отношение которого можно было регулировать, настраивая соединения между серией проводных катушек вокруг шпинделя, из которых можно было добавить или удалить железный сердечник по мере необходимости для варьировать выходную мощность. Устройство подвергалось различной критике и иногда неправильно понималось как обеспечивающее только передаточное число 1: 1.[7][24][25]

Первая демонстрационная линия переменного тока на большие расстояния (34 км) была построена для Международной выставки 1884 г. Турин, Италия. Питался от сети 2 кВ, 130 Гц. Сименс и Гальске Генератор переменного тока и имел несколько вторичных генераторов Голара с последовательно соединенными первичными обмотками, которые питали лампы накаливания. Система доказала возможность передачи электроэнергии переменного тока на большие расстояния.[7] После этого успеха, между 1884 и 1885 годами, Венгерский инженеры Zipernowsky, Bláthy, и Дери от Компания Ganz в Будапешт создал дееспособный "Z.B.D." катушки с закрытым сердечником, а также современные система распределения электроэнергии. Все трое обнаружили, что все бывшие устройства без сердечника или устройства с открытым сердечником были неспособны регулировать напряжение и поэтому были непрактичными. В их совместном патенте описаны две версии конструкции без полюсов: "трансформатор с замкнутым сердечником »и« трансформатор оболочка-сердечник ».[26][27] Отто Блати предложил использовать закрытые сердечники, Кароли Зиперновски - использовать шунтирующие соединения, и Микса Дери проводил эксперименты.[7][28]

В трансформаторе с замкнутым сердечником железный сердечник представляет собой замкнутое кольцо, вокруг которого намотаны две катушки. В трансформаторе оболочечного типа обмотки пропускаются через сердечник. В обеих конструкциях магнитный поток, соединяющий первичную и вторичную обмотки, почти полностью проходит внутри стального сердечника, без намеренного пути через воздух. Сердечник состоит из железных нитей или листов. Эти революционные элементы дизайна, наконец, сделают технически и экономически целесообразным обеспечение электроэнергией для освещения в домах, на предприятиях и в общественных местах.[29] Зиперновски, Блати и Дери также открыли формулу трансформатора Vs / Vp = Ns / Np.[нужна цитата ] Электрические и электронные системы во всем мире основываются на принципах оригинальных Ганц трансформаторы. Изобретателям также приписывают первое использование слова «трансформатор» для описания устройства для изменения ЭДС электрического тока.[29][30]

Самая первая действующая линия переменного тока была введена в эксплуатацию в 1885 году на улице Виа дей Черки, Рим, Италия, для уличного освещения. Он питался от двух генераторов переменного тока Siemens & Halske мощностью 30 л.с. (22 кВт), 2 кВ при 120 Гц и использовал 200 последовательно соединенных понижающих трансформаторов Gaulard 2 кВ / 20 В, снабженных замкнутой магнитной цепью, по одному на каждый. напольная лампа. Через несколько месяцев за ней последовала первая британская система переменного тока, которая была принята на вооружение на Галерея Гросвенор, Лондон. Он также включает генераторы переменного тока Siemens и понижающие трансформаторы 2,4 кВ / 100 В, по одному на пользователя, с первичными обмотками, подключенными параллельно.[31]

Концепция, лежащая в основе современной трансмиссии с использованием недорогих повышающих и понижающих трансформаторов, была впервые реализована Westinghouse, Уильям Стэнли младший и Франклин Леонард Поуп в 1886 г. в Грейт-Баррингтон, Массачусетс, прибегая также к европейским технологиям.[32][33] В 1888 году Westinghouse также лицензировал Никола Тесла с Индукционный двигатель который в конечном итоге превратится в пригодный для использования (2-фазный) двигатель переменного тока. Современная 3-х фазная система разработана компанией Михаил Доливо-Добровольский и Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft и Чарльз Юджин Ланселот Браун в Европе, начиная с 1889 г.[3][31]

В Международная электротехническая выставка 1891 г., в Франкфурт, Германия, отличался передачей на большие расстояния трехфазного электрического тока большой мощности. Он проходил с 16 мая по 19 октября на заброшенном месте трех бывших Westbahnhöfe (Западных вокзалов) в Франкфурт-на-Майне. На выставке была представлена ​​первая передача на большие расстояния трехфазного электрического тока большой мощности, который генерировался в 175 км на Lauffen am Neckar. Он успешно эксплуатировал на ярмарке моторы и фонари. Когда выставка закрылась, электростанция at Lauffen продолжала работать, обеспечивая электричеством административную столицу Хайльбронна, что сделало его первым местом, оборудованным трехфазным переменным током. На мероприятии присутствовали многие технические представители корпораций (в том числе Э.У. Райс из Thomson-Houston Electric Company (которая стала General Electric)).[34] Технические советники и представители были впечатлены. В результате успешных полевых испытаний трехфазный ток для Германии стал наиболее экономичным средством передачи электроэнергии.

Простота многофазных генераторов и двигателей означала, что, помимо их эффективности, их можно было изготавливать дешево, компактно и не требовало бы особого внимания для обслуживания. Простая экономика доведет до полного исчезновения дорогие, громоздкие и сложные с механической точки зрения динамо-машины постоянного тока. Как оказалось, решающим фактором в война течений была доступность недорогих повышающих и понижающих трансформаторов, что означало, что все клиенты, независимо от их специализированных требований к напряжению, могли обслуживаться с минимальными затратами на преобразование. Эта «универсальная система» сегодня считается одной из самых влиятельных инноваций в области использования электроэнергии.[3]

Передача постоянного тока высокого напряжения

На рубеже веков не было ясности в пользу переменного тока, и системы передачи постоянного тока высокого напряжения были успешно установлены без трансформаторов. Рене Тюри, который провел шесть месяцев у Эдисона Menlo Park объекта, понимал свою проблему с передачей и был убежден, что перемещение электричества на большие расстояния возможно с использованием постоянного тока. Он был знаком с работой Марсель Депре, который начал работу над передачей высокого напряжения, вдохновившись способностью генераторов дуговых ламп поддерживать свет на больших расстояниях.[35][36] Депрез отказался от трансформаторов, разместив генераторы и нагрузки последовательно[35] так как дуговая лампа системы Чарльз Ф. Браш сделал. Тьюри развил эту идею в первую коммерческую систему передачи постоянного тока высокого напряжения. Как и в динамо-машинах Brush, ток остается постоянным, а когда увеличение нагрузки требует большего давления, увеличивается напряжение. В Система Тьюри был успешно использован в нескольких проектах передачи постоянного тока от Hydro Generators. Первой в 1885 г. была система низкого напряжения в г. Bözingen,[37] и первая система высокого напряжения была введена в эксплуатацию в 1889 г. Генуя, Италия, посредством Acquedotto de Ferrari-Galliera Компания. Эта система передавала 630 кВт при 14 кВ постоянного тока по цепи длиной 120 км.[38][39] Самая большая система Thury была Лион Мутье проект Его длина составляла 230 км, что в итоге дало 20 мегаватт при напряжении 125 кВ.[35][36][40]

Победа AC

В конечном счете, универсальности системы Тьюри препятствовали хрупкость последовательного распределения и отсутствие надежной технологии преобразования постоянного тока, которая не появится до 1940-х годов с улучшениями в ртутные дуговые клапаны. «Универсальная система» переменного тока победила силой чисел, разрастаясь системами с трансформаторами как для подключения генераторов к высоковольтным линиям электропередачи, так и для подключения передачи к местным распределительным цепям. Подходящим выбором частота сети, могут обслуживаться как осветительные, так и моторные нагрузки. Роторные преобразователи и позже ртутно-дуговые клапаны и другое выпрямительное оборудование позволяло при необходимости обслуживать нагрузку постоянного тока путем местного преобразования. Даже генерирующие станции и нагрузки, использующие разные частоты, также могут быть соединены между собой с помощью вращающихся преобразователей. Использование общих генераторных установок для каждого типа нагрузки важно эффект масштаба были достигнуты, потребовались меньшие общие капитальные вложения, коэффициент нагрузки на каждой станции было увеличено, что позволило повысить эффективность, снизить затраты на энергию для потребителя и увеличить общее использование электроэнергии.

Благодаря возможности соединения нескольких генерирующих станций на большой территории стоимость производства электроэнергии была снижена. Наиболее эффективные из имеющихся установок можно использовать для обеспечения различных нагрузок в течение дня. Повышена надежность и уменьшены капитальные вложения, поскольку резервные генерирующие мощности могут быть распределены между большим количеством клиентов и более широкой географической зоной. Удаленные и недорогие источники энергии, такие как гидроэлектростанция энергетический или шахтный уголь можно было бы использовать для снижения затрат на производство энергии.[41]

Первая передача трехфазного переменного тока с использованием высокого напряжения произошла в 1891 году во время международная выставка электроэнергии в Франкфурт. Подключена ЛЭП 15 кВ Lauffen на Неккар и Франкфурт-на-Майне, расстояние между которыми составляет 175 км (109 миль).[31][42]

Уилламетт Фолс - Ниагарский водопад

В 1882 году немецкий Электропередача Мисбах – Мюнхен использовал постоянный ток 2 кВ на расстоянии более 57 км (35 миль). В 1889 году первая в США передача электроэнергии постоянного тока на большие расстояния была осуществлена ​​в Willamette Falls Станция, в Орегон-Сити, штат Орегон.[43] В 1890 году наводнение разрушило электростанцию. Это прискорбное событие проложило путь для первой в мире передачи электроэнергии переменного тока на большие расстояния, когда компания Willamette Falls Electric установила экспериментальные генераторы переменного тока от Westinghouse в 1890 году.

В том же году компания Niagara Falls Power Company (NFPC) и ее дочерняя компания Cataract Company сформировали Международную Ниагарскую комиссию, состоящую из экспертов, для анализа предложений по использованию Ниагарский водопад для выработки электроэнергии. Комиссию возглавил Сэр Уильям Томсон (позже лорд Кельвин) и включил Eleuthère Mascart из Франции, Уильям Анвин из Англии, Coleman Sellers из США и Теодор Турреттини из Швейцарии. Это было поддержано предприниматели такие как Дж. П. Морган, Лорд Ротшильд, и Джон Джейкоб Астор IV. Среди 19 предложений они даже кратко рассмотрели сжатый воздух как передача энергии средний, но предпочтительнее электричество. Они не могли решить, какой метод в целом будет лучшим.

К 1893 г. Niagara Falls Power Company отклонила оставшиеся предложения полдюжины компаний и заключила контракт на генерацию с Westinghouse, а с General Electric - с дополнительными линиями электропередачи и контрактами на трансформаторы.[44][45] Работа началась в 1893 году над проектом генерации Ниагарского водопада: 5000 лошадиных сил (3700 кВт) должны были быть произведены и переданы как переменный ток, с частотой 25 Гц, чтобы минимизировать потери полного сопротивления при передаче (изменено на 60 Гц в 1950-х годах).

Некоторые сомневались, что система будет производить достаточно электроэнергии для энергетики в Буффало, штат Нью-Йорк. Изобретатель Никола Тесла был уверен, что это сработает, сказав, что Ниагарский водопад может дать энергию для всей восточной части Соединенных Штатов. Ни один из предыдущих демонстрационных проектов передачи многофазного переменного тока не соответствовал мощности, доступной из Ниагары.

Первые крупные гидроэлектрические генераторы в США были установлены в 1895 году на Ниагарском водопаде и обеспечивали электричеством Буффало, Нью-Йорк, по ЛЭП. Статуя Никола Тесла стоит сегодня на Козьем острове, Ниагарский водопад, Нью-Йорк, в честь его вклада.

Westinghouse также пришлось разработать систему, основанную на роторные преобразователи чтобы они могли поставлять все необходимые стандарты питания, включая однофазный и многофазный переменный и постоянный ток для уличных автомобилей и заводских двигателей. Первым заказчиком Westinghouse гидроэлектростанция генераторы на Станция Эдвард Дин Адамс в Ниагаре в 1895 г. были заводы Питтсбургская Редукционная Компания что потребовало большого количества дешевой электроэнергии для плавка алюминий.[46] 16 ноября 1896 года электричество, переданное Буффало, стало питать его трамваи. Электростанции построили Westinghouse Electric Corporation. В масштабах проекта участвовала также компания General Electric, которая построила линии электропередачи и оборудование.[47] В том же году Westinghouse и General Electric подписали соглашение о совместном использовании патентов, положив конец примерно 300 судебным процессам, в которые компании были вовлечены из-за их конкурирующих патентов на электротехнику, и предоставив им монопольный контроль над электроэнергетической отраслью США на долгие годы.[48]

Первоначально линии электропередачи поддерживались фарфоровой гильзой. изоляторы аналогично тем, которые используются для телеграфы и телефон линий. Однако у них был практический предел 40 кВ. В 1907 году изобретение дискового изолятора Гарольд В. Бак из Ниагарский водопад Power Corporation и Эдвард М. Хьюлетт из General Electric позволили построить изоляторы любой длины для более высоких напряжений.

Начало 20 века

Первая линия электропередачи 110 кВ в Европе была построена примерно в 1912 году между Лауххаммером и Ризой, Германская империя. Оригинальный столб.

Напряжение, используемое для передачи электроэнергии, увеличивалось на протяжении 20 века.[49]Первая «высоковольтная» электростанция переменного тока мощностью 4 МВт 10 кВ 85 Гц была введена в эксплуатацию в 1889 г. Себастьян Зиани де Ферранти в Дептфорд, Лондон.[31] Первая линия электропередачи в Северной Америке работала при напряжении 4000 В. Она была запущена 3 июня 1889 г., и линии между электростанцией в Willamette Falls в Орегон-Сити, штат Орегон, и Чепмен-сквер в центре города Портланд, штат Орегон протяженностью около 13 миль.[50] К 1914 году в эксплуатации находилось пятьдесят пять систем передачи, работающих при напряжении более 70 000 В, а наивысшее использовавшееся напряжение составляло 150 кВ.[51] Первая трехфазная передача переменного тока напряжением 110 кВ состоялась в 1907 г. Кротон и Великие пороги, Мичиган. Напряжения 100 кВ и более не были внедрены в технологии примерно через 5 лет, например, первая линия 110 кВ в Европе между Lauchhammer и Риза, Германия, 1912 год.

В начале 1920-х гг. Пит-Ривер – Cottonwood - Линия Vaca-Dixon была построена для передачи электроэнергии 220 кВ от гидроэлектростанций в Сьерра-Невада к Область залива Сан-Франциско, в то же время Big Creek – Лос-Анджелес линии были переведены на такое же напряжение. Обе эти системы были введены в коммерческую эксплуатацию в 1923 году. 17 апреля 1929 года была завершена первая линия 220 кВ в Германии от Brauweiler возле Кёльн, над Кельстербах недалеко от Франкфурта, Rheinau возле Мангейм, Людвигсбург –Hoheneck рядом Австрия. Эта линия включает Межсетевое соединение Север-Юг, в то время одна из крупнейших в мире энергосистем. Мачты этой линии были спроектированы для возможной модернизации до 380 кВ. Однако первая передача на 380 кВ в Германии была 5 октября 1957 года между подстанциями в г. Rommerskirchen и Людвигсбург – Гогенек.

Построена первая в мире линия электропередачи 380 кВ. Швеция, 952 км Harsprånget – Хальсберг линии в 1952 г. В 1965 г. состоялась первая передача сверхвысокого напряжения 735 кВ на Hydro-Québec линия передачи.[52] В 1982 году первая передача на 1200 кВ была в г. Советский союз.

Быстрая индустриализация в 20-м веке сделала линии электропередач и сети важной частью экономической инфраструктуры в большинстве промышленно развитых стран. Взаимосвязь местных генерирующих станций и небольших распределительных сетей в значительной степени стимулировалась требованиями Первая Мировая Война, где правительства построили крупные электростанции для обеспечения энергией заводов по производству боеприпасов; позже эти заводы были подключены для обеспечения гражданских нагрузок по дальней связи.[53]

Небольшие муниципальные электрические компании не обязательно хотели снижать стоимость каждой проданной единицы электроэнергии; до некоторой степени, особенно в период 1880–1890 годов, электрическое освещение считалось предметом роскоши, и электроэнергия не заменяла энергию пара. Такие инженеры как Сэмюэл Инсулл в США и Себастьян З. Де Ферранти в Соединенном Королевстве сыграли важную роль в преодолении технических, экономических, нормативных и политических трудностей в развитии передачи электроэнергии на большие расстояния. Благодаря внедрению сетей передачи электроэнергии в Лондоне стоимость киловатт-часа была снижена до одной трети за десятилетний период.[54]

В 1926 г. электрические сети в Соединенном Королевстве начали объединяться в Национальная сеть, первоначально работала на 132 кВ.

Силовая электроника

Основная статья: Силовая электроника

Силовая электроника это применение твердотельная электроника контролю и преобразованию электроэнергии. Силовая электроника началась с разработки ртутный дуговый выпрямитель. Изобретенный Питер Купер Хьюитт в 1902 году он использовался для преобразования переменного тока (AC) в постоянный (DC). С 1920-х годов продолжались исследования по применению тиратроны и управляемые сетью ртутные дуговые клапаны для передачи электроэнергии. Уно Ламм разработали ртутный клапан с калибровочными электродами, что сделало их пригодными для постоянный ток высокого напряжения передача энергии. В 1933 году были изобретены селеновые выпрямители.[55]

Юлиус Эдгар Лилиенфельд предложил концепцию полевой транзистор в 1926 году, но реально работающее устройство построить в то время не удалось.[56] В 1947 году биполярный точечный транзистор был изобретен Уолтер Х. Браттейн и Джон Бардин под руководством Уильям Шокли в Bell Labs. В 1948 году изобретение Шокли биполярный переходной транзистор (BJT) улучшили стабильность и производительность транзисторы, и снижение затрат. К 1950-м годам полупроводники более высокой мощности диоды стали доступны и началась замена вакуумные трубки. В 1956 г. кремниевый управляемый выпрямитель (SCR) был представлен General Electric, что значительно увеличивает диапазон приложений силовой электроники.[57]

Прорыв в силовой электронике произошел с изобретением МОП-транзистор (полевой транзистор металл-оксид-полупроводник) по Мохамед Аталла и Давон Канг в Bell Labs в 1959 году. Поколения MOSFET-транзисторов позволили разработчикам мощности достичь уровней производительности и плотности, недоступных для биполярных транзисторов.[58] В 1969 г. Hitachi представила первую вертикаль силовой MOSFET,[59] который позже будет известен как VMOS (МОП-транзистор с V-образной канавкой).[60] Силовой MOSFET с тех пор стал наиболее распространенным силовое устройство в мире, благодаря низкой мощности привода затвора, высокой скорости переключения,[61] простая расширенная возможность параллельного подключения,[61][62] широкий пропускная способность, надежность, легкий привод, простое смещение, простота применения и простота ремонта.[62]

Рекомендации

  1. ^ Эдвин Джеймс Хьюстон; Артур Эдвин Кеннелли (1896). Электродвигатель и мощность передачи. Компания W. J. Johnston. п.14. Получено 2009-01-07.
  2. ^ Джим Хартер (2005). Мировые железные дороги девятнадцатого века. JHU Press. п. 488. ISBN  978-0-8018-8089-6.
  3. ^ а б c Томас П. Хьюз (1993). Сети власти: электрификация в западном обществе, 1880–1930 гг.. Балтимор: Издательство Университета Джона Хопкинса. С. 119–122. ISBN  978-0-8018-4614-4.
  4. ^ Национальный совет по политике в области электроэнергетики. «Передача электроэнергии: грунтовка» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2008-12-01. Получено 2009-01-06. Цитировать журнал требует | журнал = (Помогите)
  5. ^ Дэвид Оукс Вудбери (1949). Мера величия: краткая биография Эдварда Уэстона. Макгроу-Хилл. п. 83. Получено 2009-01-04.
  6. ^ Джон Патрик Барретт (1894). Электричество на Колумбийской выставке. Компания Р. Р. Доннелли и сыновья. п.1. Получено 2009-01-04.
  7. ^ а б c d е Гварньери, М. (2013). «Начало передачи электроэнергии: Часть первая». Журнал IEEE Industrial Electronics Magazine. 7 (1): 57–60. Дои:10.1109 / MIE.2012.2236484.CS1 maint: ref = harv (ссылка на сайт)
  8. ^ Инженеры, Электротехнический институт (1880-03-24). «Заметки о системе электрического освещения Яблочкова». Журнал Общества инженеров-телеграфистов. IX (32): 143. Получено 2009-01-07.
  9. ^ а б c Гварньери, М. (2013). «Переключение света: от химического к электрическому» (PDF). Журнал IEEE Industrial Electronics Magazine. 9 (3): 44–47. Дои:10.1109 / MIE.2015.2454038.CS1 maint: ref = harv (ссылка на сайт)
  10. ^ Мел Горман. «Чарльз Ф. Браш и первая электрическая система уличного освещения в Америке». История Огайо. Kent State University Press. Историческое общество Огайо. 70: 142.[постоянная мертвая ссылка ]
  11. ^ Ричард Шелтон Кирби; Фрэнсис А. Дэвис (1990). Инженерия в истории. Courier Dover Publications. п. 358. ISBN  978-0-486-26412-7. Получено 2009-01-04.
  12. ^ Отрывок PG&E больше не цитируется в блоге. "PG&E: Наша история". Получено 2009-01-04. В 27 лет Джордж Роу основал первую электрическую компанию в генеалогическом древе PG&E. К сентябрю [1879] небольшое здание на Четвертой улице и Рынке было завершено, и были установлены два крошечных динамо-генератора с дуговыми лампами Brush. Вместе они могли поставить 21 светильник. Покупателей привлекло беззастенчивое предложение обслуживания с заката до полуночи (кроме воскресенья и праздников) по цене 10 долларов за лампу в неделю. Однако в голодном по свету Сан-Франциско клиенты приходили с криками. К первому числа следующего года были добавлены еще четыре генератора мощностью более 100 ламп. Электричество пришло на Запад.
  13. ^ «Энергетические хроники гидроэнергетики».
  14. ^ "История гидроэнергетики Департамент энергетики".
  15. ^ Чарльз Фрэнсис Браш. Еврейский университет Иерусалима. Архивировано из оригинал на 2009-02-24. Получено 2009-01-04.
  16. ^ Ричард Деннис (2008). Города в современности: изображения и изображения столичного пространства, 1840–1930 гг.. Издательство Кембриджского университета. п. 132. ISBN  978-0-521-46470-3. Получено 2009-01-04.
  17. ^ Первая форма электрического света История угольных дуговых ламп (1800-1980-е годы)
  18. ^ Ховард Б. Рокман, Право интеллектуальной собственности для инженеров и ученых, Джон Вили - 2004, стр. 131
  19. ^ Ахмад Фаруки, Келли Икин, Ценообразование на конкурентных рынках электроэнергии, Springer Science & Business Media - 2000, стр. 67
  20. ^ "Краткая история Con Edison:" Электричество"". Coned.com. 1 января 1998 г. Архивировано с оригинал 30 октября 2012 г.. Получено 31 декабря, 2013.
  21. ^ Станция Pearl Street. Сеть глобальной истории IEEE. Институт инженеров по электротехнике и электронике. Получено 2009-01-04.
  22. ^ Вацлав Смил (2005). Создание двадцатого века: технические инновации 1867–1914 годов и их долговременное влияние. Издательство Оксфордского университета. п.65. ISBN  978-0-19-516874-7. Получено 2009-01-03. Трансформатор Coltman 1988.
  23. ^ Колтман, Дж. У. (январь 1988 г.). «Трансформер». Scientific American. С. 86–95. OSTI  6851152.
  24. ^ Стэнли Трансформер. Лос-Аламосская национальная лаборатория; Университет Флориды. Архивировано из оригинал на 2009-01-19. Получено 2009-01-09.
  25. ^ Томас Парк Хьюз, Сети власти: электрификация в западном обществе, 1880–1930 гг., стр.89, (1993)
  26. ^ «Венгерские изобретатели и их изобретения в области сильноточной техники». energosolar.com. Архивировано из оригинал 21 января 2007 г.. Получено 26 декабря 2008.
  27. ^ Патент № US352105., Патентное бюро США, 1886-11-02, извлечено 08.07.2009.
  28. ^ Смил, Вацлав, Создание двадцатого века: технические инновации 1867–1914 годов и их долговременное влияние, Oxford University Press, 2005, стр. 71.
  29. ^ а б Блати, Отто Титуш, Венгерское патентное ведомство.
  30. ^ Надь, Арпад Золтан, «Лекция, посвященная 100-летию открытия электрона в 1897 году» (предварительный текст), Budapest 1996-10-11, дата обращения 9 июля 2009.
  31. ^ а б c d Гварньери, М. (2013). «Начало передачи электроэнергии: Часть вторая». Журнал IEEE Industrial Electronics Magazine. 7 (2): 52–59. Дои:10.1109 / MIE.2013.2256297.CS1 maint: ref = harv (ссылка на сайт)
  32. ^ http://edisontechcenter.org - Грейт-Баррингтон 1886 г. Первая практическая система подачи питания переменного тока.
  33. ^ Томас Парк Хьюз, Сети власти: электрификация в западном обществе, 1880–1930 гг., стр.103, (1993)
  34. ^ Музей Скенектади, Скенектади, Нью-Йорк.
  35. ^ а б c Джос Аррильяга (1998). Передача постоянного тока высокого напряжения. Институт инженерии и технологий (IET). п. 1. ISBN  978-0-85296-941-0. Получено 2009-01-06.
  36. ^ а б Гварньери, М. (2013). «Альтернативная эволюция передачи постоянного тока». Журнал IEEE Industrial Electronics Magazine. 7 (3): 60–63. Дои:10.1109 / MIE.2013.2272238.CS1 maint: ref = harv (ссылка на сайт)
  37. ^ "Рене Тюри" (на немецком). Electrosuisse, швейцарская организация профессионалов в области электротехники. Архивировано из оригинал на 2009-09-14. Получено 2009-01-05.
  38. ^ Информация об изоляторе ACW - Справочная информация по книге - История электрических систем и кабелей
  39. ^ Роберт Монро Блэк (1983). История электрических проводов и кабелей. Лондон: Институт инженерии и технологий (IET). С. 94–96. ISBN  978-0-86341-001-7.
  40. ^ Notice d'autorité - Тури, Рене (CH.AVG.ThuryISAAR) (PDF) (На французском). Архив де ла Виль де Женев. Декабрь 2006 г.. Получено 2009-01-07.
  41. ^ Томас П. Хьюз, Сети власти: электрификация в западном обществе 1880–1930 гг., Издательство Университета Джона Хопкинса, Балтимор, 1983 г. ISBN  0-8018-2873-2
  42. ^ Kiessling F, Nefzger P, Nolasco JF, Kaintzyk U (2003) Воздушные линии электропередачи. Springer, Берлин, Гейдельберг, Нью-Йорк, стр. 5
  43. ^ «История станции А». Фонд наследия Уилламетт Фоллс. 2008. Архивировано с оригинал 16 июля 2012 г.
  44. ^ Брэдли (2011), п. 40.
  45. ^ Скрабец (2012), п. 113.
  46. ^ Эссиг (2009), п. 274.
  47. ^ Марк Эссиг, Эдисон и электрический стул - История света и смерти, Bloomsbury Publishing, 2009, стр. 274
  48. ^ Скрабек, Квентин Р. (2007). Джордж Вестингауз: Нежный гений. Нью-Йорк: Algora Publishing, стр. 190
  49. ^ Пейдж, Артур В. (Июнь 1907 г.). «Эпоха электрических слуг: начало эпохи, когда трудовые проблемы города и деревни будут решаться дешевой электроэнергией». Мировая работа: история нашего времени. XIV: 9111–9116. Получено 2009-07-10.
  50. ^ Furfari, F.A .; Николс, Р. С. (2003). «Первая линия электропередачи в Северной Америке - Орегон-Сити, штат Орегон». Журнал отраслевых приложений IEEE. 9 (4): 7–10. Дои:10.1109 / MIA.2003.1206911. ISSN  1077-2618.
  51. ^ Данные Бюро переписи населения перепечатаны в Hughes, pp. 282–283
  52. ^ Суд, Виджай К. (весна 2006 г.). «Веха IEEE: 40 лет передающей системе 735 кВ» (pdf). Канадский обзор IEEE. стр. 6–7. Получено 2009-03-14.
  53. ^ Хьюз, стр. 293–295.
  54. ^ Хьюз стр.?
  55. ^ Томпсон, М. «Примечания 01» (PDF). Введение в силовую электронику. Thompson Consulting, Inc.
  56. ^ «1926 г. - запатентована концепция полевых полупроводниковых устройств». Музей истории компьютеров. Архивировано из оригинал 22 марта 2016 г.. Получено 25 марта, 2016.
  57. ^ Харагпур. «Силовые полупроводниковые приборы» (PDF). EE IIT. Архивировано из оригинал (PDF) 20 сентября 2008 г.. Получено 25 марта 2012.
  58. ^ "Переосмыслить плотность мощности с помощью GaN". Электронный дизайн. 21 апреля 2017 г.. Получено 23 июля 2019.
  59. ^ Окснер, Э. С. (1988). Технология и применение Fet. CRC Press. п. 18. ISBN  9780824780500.
  60. ^ "Достижения в области дискретных полупроводников идут вперед". Технология силовой электроники. Информация: 52–6. Сентябрь 2005 г. В архиве (PDF) из оригинала 22 марта 2006 г.. Получено 31 июля 2019.
  61. ^ а б "Основы силового MOSFET" (PDF). Alpha & Omega Semiconductor. Получено 29 июля 2019.
  62. ^ а б Дункан, Бен (1996). Усилители мощности аудио высокого качества. Эльзевир. стр.178–81. ISBN  9780080508047.