Elektrik güç iletiminin tarihi - History of electric power transmission
Elektrik enerjisi iletimi , elektriği üretildiği yerden uzağa taşıma araçları ve araçları, 19. yüzyılın sonlarına kadar uzanmaktadır. Bunlar, elektriğin toplu olarak hareketini (resmi olarak " iletim " olarak adlandırılır ) ve elektriğin bireysel müşterilere (" dağıtım ") teslimini içerir . Başlangıçta, iki terim birbirinin yerine kullanılmıştır.
Erken iletim
Elektrikten önce, gücün uzak mesafelere iletilmesi için çeşitli sistemler kullanılıyordu. Bunların başında telodinamik (hareket halindeki kablo), pnömatik (basınçlı hava) ve hidrolik (basınçlı sıvı) iletim vardı. Teleferikler , hatları tek bir bölüm için birkaç mil uzayabilen telodinamik iletimin en sık görülen örneğiydi. Pnömatik şanzıman , yirminci yüzyılın başında Paris, Birmingham, Rixdorf, Offenbach, Dresden ve Buenos Aires'teki şehir güç aktarım sistemlerinde kullanıldı. 19. yüzyılda şehirler, fabrika motorlarına güç sağlamak için yüksek basınçlı su şebekesi kullanan hidrolik şanzımanı da kullandılar . Londra'nın sistemi , inç kare başına 800 pound (5.5 MPa) su taşıyan 180 millik (290 km) bir boru ağı üzerinden 7.000 beygir gücü (5.2 MW) sağladı. Bu sistemlerin yerini daha ucuz ve daha çok yönlü elektrik sistemleri aldı, ancak 19. yüzyılın sonunda, şehir plancıları ve finansörler, güç aktarım sistemleri kurmanın faydaları, ekonomisi ve sürecinin çok iyi farkındaydı.
Elektrik enerjisi kullanımının ilk günlerinde, elektrik enerjisinin yaygın bir şekilde iletilmesinin iki engeli vardı. İlk olarak, farklı voltaj gerektiren cihazlar, kendi ayrı hatlarına sahip özel jeneratörler gerektiriyordu. Sokak lambaları, fabrikalardaki elektrik motorları, tramvaylar için güç ve evlerdeki ışıklar, ayrı sistemler gerektiren voltajlı cihazların çeşitliliğine örnektir. İkincisi, jeneratörlerin nispeten yüklerine yakın olması gerekiyordu (düşük voltajlı cihazlar için bir mil veya daha az). Daha uzun mesafeli iletimin, voltaj yükseldikçe mümkün olduğu biliniyordu, bu nedenle, voltajları tek bir evrensel güç hattından dönüştürmek verimli bir şekilde yapılabilirse her iki sorun da çözülebilirdi.
Özel sistemler
Çok erken elektriğin oldu doğru akım kolayca arttırılabilir veya uzun mesafe aktarımı için veya elektrik cihazların çok tip ile kullanılmak üzere ortak bir çizgi paylaşımı için ya gerilimi azaldı olamazdı. Şirketler, icatlarının gerektirdiği farklı yük sınıfları için farklı hatlar yürüttüler. Örneğin, Charles Brush'ın New York ark lambası sistemleri, bir seri devredeki birçok lamba için 10 kV'a kadar gerekliydi, Edison'un akkor lambaları 110 V kullandı, Siemens veya Sprague tarafından yapılan tramvaylar 500 volt aralığında büyük motorlar gerektiriyordu, oysa endüstriyel motorlar fabrikalarda hala başka voltajlar kullanıldı. Hatların bu uzmanlaşması ve iletimin çok verimsiz olması nedeniyle, o zamanlar endüstrinin , yüklerinin yakınında çok sayıda küçük jeneratör bulunan dağıtılmış bir üretim sistemi olarak bilinen şeye dönüşeceği görülüyordu .
Erken yüksek voltajlı dış aydınlatma
Yüksek voltaj, mesafe üzerinden iletim sorunu üzerinde çalışan ilk araştırmacıların ilgisini çekti. Temel elektrik ilkesinden, voltajı iki katına çıkararak ve akımı yarıya indirerek aynı miktarda gücün bir kabloya aktarılabileceğini biliyorlardı. Joule Yasası nedeniyle , bir teldeki ısıdan kaybolan gücün, voltajdan bağımsız olarak, üzerinde hareket eden akımın karesiyle orantılı olduğunu ve böylece voltajı iki katına çıkararak, aynı kablonun aynı kabloyu iletebileceğini de biliyorlardı. mesafenin dört katı güç.
At 1878 Paris Exposition , elektrikli ark aydınlatma elektrik kullanılarak, Avenue de l'Opera ve Place de l'Opera boyunca monte edilmiş lambalar ark Yablochkov tarafından desteklenmektedir, Zénobe Gramme akım dinamolar alternatif. Yablochkov mumları yüksek voltaj gerektiriyordu ve deneycilerin ark lambalarının 14 kilometrelik (8,7 mil) bir devrede çalıştırılabileceğini bildirmesinden çok önce değildi. On yıl içinde şehirlerin puanları, elektrik iletim hatları aracılığıyla birden fazla müşteriye elektrik sağlayan merkezi bir elektrik santrali kullanan aydınlatma sistemlerine sahip olacaktı. Bu sistemler, dönemin baskın gaz ışığı hizmetleriyle doğrudan rekabet halindeydi .
Hizmet için sürekli bir ücret ödeyen müşterilere üretilen enerjiyi teslim etmek için bir merkezi tesise ve bir şebekeye yatırım yapma fikri, yatırımcılar için tanıdık bir iş modeliydi: kazançlı gaz lambası işiyle veya hidrolik ve pnömatik güç aktarım sistemleriyle aynıydı. Tek fark, teslim edilen malın gaz değil elektrik olmasıydı ve teslimat için kullanılan "borular" daha esnekti.
Kaliforniya Elektrik Şirketi 1879 yılında San Francisco (şimdi PG & E) onların ark lambaları için güç ile birden müşterilerine tedarik Charles Brush'un şirketten iki doğru akım jeneratörleri kullanılır. Bu San Francisco sistemi, iletim hatları aracılığıyla merkezi bir tesisten birden fazla müşteriye elektrik satan bir kamu hizmetinin ilk örneğiydi. CEC kısa süre sonra 4 ek jeneratörlü ikinci bir fabrika açtı. Gün batımından gece yarısına kadar ışık için servis ücretleri lamba başına haftada 10 dolardı.
Mart 1880'de William T. Powers ve diğerleri tarafından kurulan Grand Rapids Electric Light & Power Company, 24 Temmuz 1880 Cumartesi günü, Wolverine Chair ve Furniture Company'nin su türbininden güç alarak dünyanın ilk ticari merkezi istasyon hidroelektrik santralinin işletimine başladı. . Grand Rapids, Michigan'daki birkaç vitrini aydınlatan 16 ışıklı bir Brush elektrikli dinamoyu çalıştırdı. Jackson, Michigan Tüketici Enerjisinin en eski öncülüdür .
Aralık 1880'de Brush Electric Company, 2 mil (3,2 km) uzunluğundaki Broadway'i ark aydınlatmasıyla beslemek için bir merkezi istasyon kurdu. 1881'in sonunda, New York, Boston, Philadelphia, Baltimore, Montreal, Buffalo, San Francisco, Cleveland ve diğer şehirlerde, 20. yüzyıla kadar kamusal ışık üreten Brush ark lambası sistemleri vardı. 1893'te New York sokaklarını aydınlatan 1500 ark lambası vardı.
Doğru akım aydınlatması
Erken ark ışıkları son derece parlaktı ve yüksek voltajlar kıvılcım/yangın tehlikesi sunarak onları iç mekanlarda kullanmak için çok tehlikeli hale getiriyordu. 1878'de mucit Thomas Edison , elektrik aydınlatmasını doğrudan müşterinin işyerine veya evine getirebilecek bir sistem için bir pazar gördü; bu, ark aydınlatma sistemlerinin hizmet etmediği bir niş. 1879'da ticari olarak uygun bir akkor ampulü tasarladıktan sonra , Edison , aşağı Manhattan'da ilk büyük ölçekli yatırımcıya ait elektrik aydınlatma " hizmetini " geliştirmeye devam etti ve sonunda Pearl Street Station'da bulunan 6 "jumbo dinamo" ile bir mil kareye hizmet etti . Eylül 1882'de hizmet başladığında, 400 ampullü 85 müşteri vardı. Her dinamo 100 kW üretti - 1200 akkor lamba için yeterli ve iletim yeraltı kanalları aracılığıyla 110 V'taydı. Sistemin inşası, projenin en pahalı kısımlarından biri olan 100.000 fit (30.000 m) yeraltı borularının kurulumuyla 300.000 $ 'a mal oldu. İlk iki yılda işletme giderleri geliri aştı ve 1890'da yangın fabrikayı yok etti. Ayrıca, Edison'un üç kablolu bir sistemi vardı, böylece bazı motorlara güç sağlamak için 110 V veya 220 V sağlanabiliyordu.
Büyük ölçekli üretimin mevcudiyeti
Sonra farklı yerlerden güç büyük miktarda Durumu mümkün olabileceğini de Charles Parsons ait 'üretim türbini jeneratörü 1889. Turbojeneratör çıkışını başlayan hızlı yirmi yıl içinde 25 megavata 100 kW atladı. Verimli turbo jeneratörlerden önce, hidroelektrik projeleri, iletim altyapısı gerektiren büyük miktarda enerjinin önemli bir kaynağıydı.
Transformatörler ve alternatif akım
Ne zaman George Westinghouse elektrik ilgi oldu, o hızla ve doğru bir şekilde Edison'un düşük voltaj büyük sistemler için gerekli iletim için ölçeklenebilir çok verimsiz olduğu sonucuna varıldı. Ayrıca, uzun mesafeli iletimin yüksek voltaj gerektirdiğini ve ucuz dönüştürme teknolojisinin yalnızca alternatif akım için var olduğunu anladı. Transformatörler, iletim ve dağıtım sistemleri için alternatif akımın doğru akım üzerindeki zaferinde belirleyici rol oynayacaktır. 1876'da Pavel Yablochkov , ark lambalarını sergileyen Paris Fuarı'ndan önce bir yükseltici transformatör olarak hizmet etmek için endüksiyon bobinleri kullanma mekanizmasının patentini aldı. 1881'de Lucien Gaulard ve John Dixon Gibbs , ikincil jeneratör olarak adlandırdıkları daha verimli bir cihaz geliştirdiler, yani bir iğ etrafındaki bir dizi kablolu bobin arasındaki bağlantıları yapılandırarak oranı ayarlanabilen erken bir kademeli transformatör geliştirdiler. güç çıkışını değiştirmek için gerektiğinde çekirdek eklenebilir veya çıkarılabilir. Cihaz çeşitli eleştirilere maruz kaldı ve bazen sadece 1:1 dönüş oranı sağladığı için yanlış anlaşıldı.
İlk gösterici uzun mesafe (34 km, 21 mil) AC hattı, 1884 Uluslararası Torino Sergisi , İtalya için inşa edildi . 2 kV, 130-Hz Siemens & Halske alternatörü ile güçlendirildi ve birincil sargıları akkor lambaları besleyen seri bağlı birkaç Gaulard ikincil jeneratörü içeriyordu. Sistem, AC elektrik gücü iletiminin uzun mesafelerde uygulanabilirliğini kanıtladı. Bu başarının ardından, 1884 ve 1885 arasında, Macar mühendis Zipernowsky , Bláthy ve Déri gelen Ganz firması içinde Budapeşte verimli "zbd" kapalı çekirdekli bobinler, yanı sıra modern oluşturulan elektrik dağıtım sistemi . Üçü, eski tüm çekirdeksiz veya açık çekirdekli cihazların voltajı düzenleyemediğini ve bu nedenle pratik olmadığını keşfetti. Ortak patentleri, tasarımın kutupsuz iki versiyonunu tanımladı: " kapalı çekirdekli transformatör " ve "kabuk çekirdekli transformatör". Ottó Bláthy kapalı çekirdeklerin kullanımını önerdi, Károly Zipernowsky şönt bağlantılarının kullanımını önerdi ve Miksa Déri deneyleri gerçekleştirdi.
Kapalı çekirdekli transformatörde demir çekirdek, etrafına iki bobinin sarıldığı kapalı bir halkadır. Kabuk tipi transformatörde sargılar çekirdekten geçirilir. Her iki tasarımda da, birincil ve ikincil sargıları birbirine bağlayan manyetik akı, havada kasıtlı bir yol olmaksızın neredeyse tamamen demir çekirdeğin içinde hareket eder. Çekirdek, demir tellerden veya levhalardan oluşur. Bu devrim niteliğindeki tasarım öğeleri, sonunda evlerde, işyerlerinde ve kamusal alanlarda aydınlatma için elektrik gücü sağlamayı teknik ve ekonomik olarak mümkün kılacaktır. Zipernowsky, Bláthy ve Déri ayrıca Vs/Vp = Ns/Np dönüştürücü formülünü keşfetti. Dünyanın her yerindeki elektrik ve elektronik sistemler, orijinal Ganz transformatörlerinin ilkelerine dayanmaktadır . Mucitler ayrıca bir elektrik akımının EMF'sini değiştirmek için bir cihazı tarif etmek için "transformatör" kelimesinin ilk kullanımıyla da tanınırlar .
İlk faal AC hattı 1885 yılında Via dei Cerchi, Roma, İtalya'da kamu aydınlatması için hizmete açıldı . 30 hp (22 kW), 120 Hz'de 2 kV olan iki Siemens & Halske alternatörü tarafından destekleniyordu ve her biri için bir tane olmak üzere kapalı bir manyetik devre ile donatılmış 200 seri bağlı Gaulard 2-kV/20-V düşürme transformatörü kullanıyordu. Lamba. Birkaç ay sonra , Londra'daki Grosvenor Gallery'de hizmete giren ilk İngiliz AC sistemi izledi . Ayrıca, şönt bağlantılı primerlere sahip, kullanıcı başına bir adet olmak üzere Siemens alternatörleri ve 2.4-kV/100-V düşürücü transformatörleri de içeriyordu.
Ucuz yükseltici ve düşürücü transformatörler kullanan modern iletimin temeli olan konsept, ilk olarak Westinghouse, William Stanley, Jr. ve Franklin Leonard Pope tarafından 1886'da Great Barrington, Massachusetts'te Avrupa teknolojisine de başvurularak uygulandı . 1888 yılında Westinghouse da lisanslı Tesla sitesindeki endüksiyon motoru sonunda bir kullanılabilir (2 faz) AC motor geliştirecektir. Modern 3 fazlı sistem, 1889'dan başlayarak Avrupa'da Mikhail Dolivo-Dobrovolsky ve Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft ve Charles Eugene Lancelot Brown tarafından geliştirildi.
1891 Uluslararası Elektroteknik Sergi içinde, Frankfurt , Almanya , yüksek güçlü, üç fazlı elektrik akımının uzun mesafeli iletim özellikli. 16 Mayıs ve 19 Ekim tarihleri arasında Frankfurt am Main'deki üç eski “Westbahnhöfe”nin (Batı Tren İstasyonları) kullanılmayan yerinde yapıldı . Sergi, 175 km uzaklıktaki Lauffen am Neckar'da üretilen yüksek güçlü, üç fazlı elektrik akımının ilk uzun mesafeli iletimini içeriyordu . Fuarda motorları ve lambaları başarıyla çalıştırdı. Sergi kapandığında, Lauffen'deki elektrik santrali çalışmaya devam etti ve idari başkent Heilbronn'a elektrik sağlayarak onu üç fazlı AC gücüyle donatılan ilk yer haline getirdi. Birçok kurumsal teknik temsilci (EW Rice of Thomson-Houston Electric Company (General Electric oldu) dahil) katıldı. Teknik danışmanlar ve temsilciler etkilendi. Başarılı saha denemesi sonucunda, Almanya için üç fazlı akım, elektrik enerjisi iletmenin en ekonomik yolu haline geldi.
Çok fazlı jeneratörlerin ve motorların basitliği, verimliliklerinin yanı sıra ucuza, kompakt bir şekilde üretilebilmeleri ve bakımı için çok az dikkat gerektirmeleri anlamına geliyordu. Basit ekonomi, pahalı, hantal ve mekanik olarak karmaşık DC dinamolarını nihai yok oluşlarına götürecektir. Anlaşıldığı üzere , akımlar savaşında belirleyici faktör , düşük maliyetli yükseltme ve düşürme transformatörlerinin mevcudiyetiydi; bu, özel voltaj gereksinimlerinden bağımsız olarak tüm müşterilere minimum dönüştürme maliyetiyle hizmet verilebilmesi anlamına geliyordu. Bu "evrensel sistem" bugün elektrik kullanımı için en etkili yeniliklerden biri olarak kabul edilmektedir.
Yüksek voltajlı doğru akım iletimi
Yüzyılın başında alternatif akım durumu net değildi ve yüksek voltajlı doğru akım iletim sistemleri, transformatörlerin faydası olmadan başarıyla kuruldu. Edison'un Menlo Park tesisinde altı ay geçirmiş olan Rene Thury , iletimle ilgili sorununu anlamış ve doğru akım kullanarak elektriği uzak mesafelere taşımanın mümkün olduğuna ikna olmuştu. Ark lambası jeneratörlerinin uzun mesafelerdeki ışıkları destekleme yeteneğinden ilham aldıktan sonra yüksek voltaj iletimi üzerinde erken çalışmalar yapan Marcel Deprez'in çalışmalarına aşinaydı . Deprez , Charles F. Brush'ın ark lambası sistemleri gibi jeneratörleri ve yükleri seri olarak yerleştirerek transformatörlerden kaçındı . Thury, bu fikri yüksek voltajlı DC iletimi için ilk ticari sistem haline getirdi. Brush'ın dinamoları gibi, akım sabit tutulur ve artan yük daha fazla basınç gerektirdiğinde voltaj artar. Thury Sistemi başarıyla Hidro jeneratörler birkaç DC iletim projeleri üzerinde kullanıldı. İlki 1885 yılında Bözingen'de alçak gerilim sistemi , ilk yüksek gerilim sistemi ise 1889 yılında İtalya'nın Cenova kentinde Acquedotto de Ferrari-Galliera firması tarafından hizmete açıldı . Bu sistem, 120 km uzunluğundaki bir devre üzerinden 14 kV DC'de 630 kW iletir. En büyük Thury Sistemi, 230 km uzunluğunda ve sonunda 125 kV'da 20 megavat sağlayan Lyon Moutiers projesiydi .
AC için zafer
Sonuç olarak, Thury sisteminin çok yönlülüğü, seri dağıtımın kırılganlığı ve cıva ark valflerindeki gelişmelerle 1940'lara kadar ortaya çıkmayacak olan güvenilir bir DC dönüştürme teknolojisinin olmaması nedeniyle engellendi . AC "evrensel sistemi" sayıların gücüyle kazandı, hem jeneratörleri yüksek voltajlı iletim hatlarına bağlamak hem de iletimi yerel dağıtım devrelerine bağlamak için transformatörlü sistemleri çoğalttı. Uygun bir şebeke frekansı seçimi ile hem aydınlatma hem de motor yüklerine hizmet verilebilir. Döner dönüştürücüler ve daha sonra cıva ark valfleri ve diğer doğrultucu ekipman, DC yükünün gerektiğinde yerel dönüşümle sunulmasına izin verdi. Farklı frekanslar kullanan üretim istasyonları ve yükler bile döner dönüştürücüler kullanılarak birbirine bağlanabilir. Her tür yük için ortak üretim tesisleri kullanılarak, önemli ölçek ekonomileri sağlandı, daha düşük toplam sermaye yatırımı gerekliydi, her bir tesisteki yük faktörü artırılarak daha yüksek verimlilik sağlandı, tüketici için daha düşük enerji maliyeti sağlandı ve genel olarak artırıldı. elektrik gücü kullanımı.
Geniş bir alanda birden fazla üretim tesisinin birbirine bağlanmasına izin verilerek elektrik üretim maliyeti düşürülmüştür. Gün içinde değişen yükleri beslemek için mevcut en verimli tesisler kullanılabilir. Yedek üretim kapasitesi çok daha fazla müşteri ve daha geniş bir coğrafi alan arasında paylaşılabildiğinden, güvenilirlik artırıldı ve sermaye yatırım maliyeti düşürüldü. Hidroelektrik güç veya maden ağzı kömürü gibi uzak ve düşük maliyetli enerji kaynakları, enerji üretim maliyetini düşürmek için kullanılabilir.
Yüksek gerilim kullanarak üç fazlı alternatif akımın ilk iletim sırasında 1891 yılında gerçekleşti uluslararası elektrik sergide yer Frankfurt . Bağlı bir 15 kV iletim hattı Lauffen üzerinde Neckar ve Frankfurt am Main, birbirinden 175 km (109 mil).
Willamette Şelalesi'nden Niagara Şelalesi'ne
1882'de Alman Miesbach-Münih Güç İletimi 57 km'de (35 mil) 2kV DC kullandı. 1889'da, Amerika Birleşik Devletleri'nde DC elektriğin ilk uzun mesafeli iletimi Oregon City, Oregon'daki Willamette Falls İstasyonunda açıldı . 1890'da bir sel, elektrik santralini yok etti. Bu talihsiz olay, Willamette Falls Electric şirketi 1890'da Westinghouse'dan deneysel AC jeneratörleri kurduğunda, dünyada AC elektriğin ilk uzun mesafeli iletiminin yolunu açtı.
Aynı yıl, Niagara Şelaleleri Enerji Şirketi (NFPC) ve yan kuruluşu Cataract Şirketi, Niagara Şelalelerini elektrik üretmek için kullanma önerilerini analiz etmek üzere uzmanlardan oluşan Uluslararası Niagara Komisyonu'nu kurdu . Komisyon, Sir William Thomson (daha sonra Lord Kelvin) tarafından yönetildi ve Fransa'dan Eleuthère Mascart , İngiltere'den William Unwin , ABD'den Coleman Sellers ve İsviçre'den Théodore Turrettini'yi içeriyordu. JP Morgan , Lord Rothschild ve John Jacob Astor IV gibi girişimciler tarafından desteklendi . 19 öneri arasında, kısaca basınçlı havayı bir güç aktarım ortamı olarak kabul ettiler , ancak elektriği tercih ettiler. Hangi yöntemin genel olarak en iyi olacağına karar veremediler.
1893'te Niagara Şelalesi Enerji Şirketi yarım düzine şirketin kalan tekliflerini reddetmiş ve üretim sözleşmesini Westinghouse'a vermiş, daha fazla iletim hattı ve trafo sözleşmeleri General Electric'e verilmişti. 1893'te Niagara Şelalesi üretim projesi üzerinde çalışmaya başlandı: İletimdeki empedans kayıplarını en aza indirmek için alternatif akım olarak 5.000 beygir gücü (3.700 kW) üretilecek ve iletilecekti (1950'lerde 60 Hz'e değiştirildi).
Bazıları sistemin Buffalo, New York'taki sanayiye güç sağlamak için yeterli elektrik üreteceğinden şüphe duyuyordu. Mucit Nikola Tesla, Niagara Şelalesi'nin tüm doğu Amerika'ya güç sağlayabileceğini söyleyerek işe yarayacağından emindi. Önceki çok fazlı alternatif akım iletimi gösterim projelerinin hiçbiri Niagara'dan sağlanan güç ölçeğinde değildi.
ABD'deki ilk büyük ölçekli hidroelektrik jeneratörleri 1895'te Niagara Şelalesi'ne kuruldu ve enerji nakil hatları aracılığıyla Buffalo, New York'a elektrik sağladı . Nikola Tesla'nın bir heykeli , katkılarından dolayı bugün New York, Niagara Şelalesi'ndeki Goat Island'da duruyor.
Westinghouse ayrıca, sokak arabaları ve fabrika motorları için tek fazlı ve çok fazlı AC ve DC dahil olmak üzere gerekli tüm güç standartlarını sağlamalarına izin vermek için döner dönüştürücülere dayalı bir sistem geliştirmek zorunda kaldı . Güç için Westinghouse ilk müşteri hidroelektrik jeneratörleri de Edward Dean Adams Station 1895 yılında Niagara arasında bitkiler vardı Pittsburgh Azaltma Şirketi ucuz elektriğin büyük miktarlarda ihtiyaç eritme alüminyum. 16 Kasım 1896'da Buffalo'ya iletilen elektrik gücü, sokak arabalarına güç vermeye başladı. Üretim tesisleri Westinghouse Electric Corporation tarafından inşa edildi . Projenin ölçeğinde General Electric de katkıda bulundu ve iletim hatları ve ekipmanları inşa etti. Aynı yıl, Westinghouse ve General Electric, şirketlerin rakip elektrik patentleri konusunda dahil oldukları yaklaşık 300 davayı sona erdiren ve önümüzdeki yıllarda ABD elektrik enerjisi endüstrisi üzerinde tekelci kontrol sağlayan bir patent paylaşım anlaşması imzaladılar.
Başlangıçta iletim hatları, telgraf ve telefon hatları için kullanılanlara benzer porselen pim ve kovanlı yalıtkanlarla desteklendi . Ancak bunların pratik limiti 40 kV idi. 1907 yılında göre disk izolatörün buluş Harold W. Buck ve Niagara Falls Power Corporation ve Edward M. Hewlett arasında General Electric herhangi bir uzunlukta pratik izolatörleri daha yüksek voltajlar için inşa edilmesi için izin.
20. yüzyılın başları
Elektrik enerjisi iletimi için kullanılan voltajlar 20. yüzyıl boyunca arttı. 4-MW 10-kV 85-Hz dereceli ilk "yüksek voltajlı" AC güç istasyonu, 1889'da Sebastian Ziani de Ferranti tarafından Deptford , Londra'da hizmete açıldı . Kuzey Amerika'da ilk elektrikli enerji nakil hattı Hiç de üreten istasyonu arasındaki hatları ile, 3 Haziran 1889 tarihinde çevrimiçi gitti 4000 V'de işletilen Willamette Falls in Oregon City, Oregon ve Chapman Meydanı'nda şehir içinde Oregon, Portland 13 hakkında germe mil. 1914'e gelindiğinde, 70.000 V'den fazla çalışan elli beş iletim sistemi hizmete girdi ve o zamanlar kullanılan en yüksek voltaj 150 kV idi. 110 kV'da ilk üç fazlı alternatif akım güç aktarımı 1907'de Croton ve Grand Rapids , Michigan arasında gerçekleşti . 100 kV ve üzeri gerilimler, yaklaşık 5 yıl sonrasına kadar, örneğin 1912'de Almanya'nın Lauchhammer ile Riesa , Almanya arasındaki Avrupa'daki ilk 110 kV hattıyla, yerleşik bir teknoloji değildi .
1920'lerin başında Pit Nehri - Cottonwood - Vaca-Dixon hattı hidroelektrik tesislerinden 220 kV taşıma gücü için inşa edildi Sierra Nevada için San Francisco Bay Area aynı zamanda, Big Creek - Los Angeles hatları yükseltilmiş aynı voltaj. Bu sistemlerin her ikisi de 1923'te ticari hizmete girdi. 17 Nisan 1929'da Almanya'daki ilk 220 kV hattı, Köln yakınlarındaki Brauweiler'den , Frankfurt yakınlarındaki Kelsterbach , Mannheim yakınlarındaki Rheinau , Avusturya yakınlarındaki Ludwigsburg – Hoheneck üzerinden tamamlandı . Bu hat, o zamanlar dünyanın en büyük güç sistemlerinden biri olan Kuzey-Güney ara bağlantısını içermektedir . Bu hattın direkleri, nihai olarak 380 kV'a yükseltilmek üzere tasarlandı. Ancak Almanya'da 380 kV'da ilk iletim, 5 Ekim 1957'de Rommerskirchen ve Ludwigsburg-Hoheneck'teki trafo merkezleri arasında yapıldı .
Dünyanın ilk 380 kV güç hattı İsveç'te , 952 km'lik Harsprånget – Hallsberg hattı 1952'de inşa edildi . 1965'te, 735 kV'da ilk ekstra yüksek voltajlı iletim Hydro-Québec iletim hattında gerçekleşti. 1982'de 1200 kV'da ilk iletim Sovyetler Birliği'ndeydi .
20. yüzyıldaki hızlı sanayileşme, elektrik iletim hatlarını ve şebekelerini çoğu sanayileşmiş ülkede ekonomik altyapının kritik bir parçası haline getirdi. Yerel üretim tesislerinin ve küçük dağıtım ağlarının birbirine bağlanması, büyük elektrik üretim tesislerinin hükümetler tarafından mühimmat fabrikalarına güç sağlamak için inşa edildiği I. Dünya Savaşı'nın gereklilikleri tarafından büyük ölçüde teşvik edildi ; daha sonra bu tesisler uzun mesafeli iletim yoluyla sivil yük sağlamak için bağlandı.
Küçük belediye elektrik kuruluşları, satılan her bir elektrik biriminin maliyetini düşürmeyi zorunlu olarak arzu etmediler; bir dereceye kadar, özellikle 1880-1890 döneminde, elektrikli aydınlatma lüks bir ürün olarak kabul edildi ve elektrik gücü, buhar gücünün yerini almadı. Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Samuel Insull ve Birleşik Krallık'taki Sebastian Z. De Ferranti gibi mühendisler , uzun mesafeli elektrik enerjisi iletiminin geliştirilmesinde teknik, ekonomik, düzenleyici ve politik zorlukların üstesinden gelmede etkili oldular. Elektrik enerjisi iletim şebekelerinin devreye girmesiyle, Londra şehrinde bir kilovat saatin maliyeti on yıllık bir süre içinde üçte birine düşürüldü.
1926'da Birleşik Krallık'taki elektrik şebekeleri , başlangıçta 132 kV'da çalışan Ulusal Şebeke ile birbirine bağlanmaya başladı .
Güç elektroniği
Güç elektroniği , katı hal elektroniğinin elektrik gücünün kontrolü ve dönüştürülmesine uygulanmasıdır. Güç elektroniği, cıva ark doğrultucunun geliştirilmesiyle başladı . 1902 yılında Peter Cooper Hewitt tarafından icat edildi , alternatif akımı (AC) doğru akıma (DC) dönüştürmek için kullanıldı. 1920'lerden itibaren, tiratronların ve şebeke kontrollü cıva ark valflerinin güç aktarımına uygulanması üzerine araştırmalar devam etti . Uno Lamm , yüksek voltajlı doğru akım güç iletimi için uygun hale getiren derecelendirme elektrotlu bir cıva valfi geliştirdi . 1933 yılında selenyum doğrultucular icat edildi.
Julius Edgar Lilienfeld , 1926'da alan etkili transistör kavramını önerdi , ancak o zaman gerçekten çalışan bir cihaz inşa etmek mümkün değildi. 1947 yılında, iki kutuplu nokta temaslı transistör tarafından icat edilmiştir Walter H. Brattain ve John Bardeen yönetimindeki William Shockley at Bell Labs . 1948 yılında bir Shockley en buluş, çift kutuplu bağlantı transistor (BJT) stabilitesini ve performansı iyileştirilmiş transistörlerin ve maliyeti. 1950'lerde, daha yüksek güçlü yarı iletken diyotlar mevcut hale geldi ve vakum tüplerinin yerini almaya başladı . 1956'da, General Electric tarafından silikon kontrollü doğrultucu (SCR) tanıtıldı ve güç elektroniği uygulamalarının kapsamını büyük ölçüde artırdı.
Güç elektroniği bir atılım buluşa gelen MOSFET ile (metal oksit yarı iletken alan etkili transistor) Mohamed atalla ve Dawon Kahng de Bell Labs mümkün değildir performans ve yoğunluk seviyelerinin elde edilmesi için güç tasarımcıları etkin MOSFET transistörünü 1959 Generasyonlarda bipolar transistörler ile. 1969'da Hitachi , daha sonra VMOS (V-oluk MOSFET) olarak bilinecek olan ilk dikey güçlü MOSFET'i tanıttı . Güç MOSFET, düşük kapı sürücü gücü, hızlı anahtarlama hızı, kolay gelişmiş paralelleme yeteneği, geniş bant genişliği , sağlamlık, kolay sürücü, basit önyargı, uygulama kolaylığı ve kullanım kolaylığı nedeniyle o zamandan beri dünyanın en yaygın güç cihazı haline geldi . onarım.