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1886 九州に新たな光が灯る

不連続シリーズ 九州地方電気事業史を読んで
第1回
1886 九州に新たな光が灯る


 それまではの蝋燭やランプとは違う、新たな光「電灯」が九州で初めて灯った。そして、小さな電気事業が幕を開けるまでの物語。



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不連続シリーズ 九州地方電気事業史を読んで


 九州に、「電気」という新しい文明が訪れ、根付き、そして発展していく物語。

総目次

第1回
1886 九州に新たな光が灯る
それまではの蝋燭やランプとは違う、新たな光
「電灯」
が、九州で初めて灯った。
そして、小さな電気事業が幕を開けるまでの物語。



すみませんが、以下凍結中です

以下、過去の予定

第2回 自家発電の広がり
第?回 統合と電力融通
番外編 技術的解説




 この記事は、九州電力発刊の「九州地方電気事業史」の中から、興味深い部分を一旦簡単なメモに書き取った後、完全に別の文章に書き換えたものです。文章のコピーはしていません。
 全てを取り上げるのは不可能なので、興味のある部分だけ拾い読みして取り上げることになりそうです。どこまで続くかもわかりませんし、後のほうでは文章が短く雑になる可能性もありますが、そこは大目にみてください。
 誤字、脱字、内容の誤り等ありましたらごめんなさいm(_ _)m その場合はお手数ですがコメント欄にお願いします。



たぬ猫様のブログ「送電鉄塔の見える場所」に、熊本を中心とした送電線の歴史について、すばらしい調査結果がまとめられています。九州の送電線に興味がある方はぜひご覧ください。私のこの記事など比べ物になりません。

直流送電線

「距離0kmの直流送電 南福光連係所」(公開時期未定)の前置きとして、直流送電について解説します。
(難しいので公開が遅れそうです。公開したとしても、詳しい話ができないかも。)

ご存知の方は適宜読み飛ばしてください。

基礎:交流送電とは・高電圧送電の利点とは
通常、送電は交流で行われます。交流とは、下の図のように、電圧の大きさと極性がきれいな波を描くように周期的に変化する電気です。交流には、この波が1秒間に何回繰り返すかを表す「周波数」というものがあります。日本の電力の周波数は50Hzと60Hzの2種類で、この波の山と山の間隔(周期)は、50Hzなら1/50秒、60Hzなら1/60秒です。
それに対し、電圧が波にならないものが、電池などから得られる直流です。

60Hz周期付き2

交流を用いると、変圧器を使って電圧の変換が容易にできます。これを使えば、高い電圧で送電することができます。
高い電圧で送電すると何がいいか…少ない損失でたくさんの電力を遠くに送ることができるのです。
導体には、電流の流れを妨げる電気抵抗(略して抵抗)があります。送電線もそうです。ですから、送電線に電流を流すと、抵抗で妨げられ、送電線の終点で取り出せる電圧が小さくなり、電力も失われてしまいます。電圧や電力の損失は、電流が大きい方が大きくなります。(電圧の損失は電流に比例、電力の損失は電流の2乗に比例)
損失を小さくするには、電流を小さくすればいいですが、電圧もそのままでは、電力(=電圧×電流)、エネルギーも小さくなってしまいます。そこで、電流を小さくする分、電圧を大きくしてやって、大きな電力を送ることができるようにしているのです。

送電線で送られてきた大きな電圧の電気はそのままでは扱いづらいので、いくつかの変電所を通って徐々に電圧を下げていきます。このとき、変圧器で電圧を下げますが、電圧を下げても、取り出せる電力はほぼ同じ大きさになるという性質があります。最終的に電柱に取り付けられた「柱上変圧器」で100V/200Vの扱いやすい電圧になって家庭へ運ばれます。

本題:直流送電
対して、直流送電では、電圧は波にはならず、一定です。電圧を変えるのも特別な装置が必要になります。これは、特に長距離の送電線や、海底ケーブルによる送電線に向きます。

交流送電では、電圧は最大値と0とマイナスの最大値を行き来します。「マイナス」が付くのは、極性がひっくり返るためです。送電線やその他の設備は、この電圧の最大値に耐えられるものにする必要があります。(絶えられる電圧を耐電圧といいます)
また、送られている電力も最大値と0を行き来していて、基本的には電圧が最大値のときに送られている電力が最大値になります。一方、電圧が0のところは電力も0になります。

60Hz電力

図を見てのとおり、ピンクの線で表される電力も波になっています。
と、いうことは、電力が送られていない瞬間が周期的に存在するということです。また、電力も大きくなったり小さくなったりしているので、小さな電力しか送っていない瞬間もあります。

じゃあ、電圧をずっと最大値にしておけば、電力もずっと最大にできて、平均して比べるとしてたくさんの電力が送れるんじゃない?というのが直流送電です。

DC電力

高い電圧に耐えられる設備を作るのには予算がかかります。
絶えられる電圧が同じ設備でも、直流送電は常に最大の電圧で最大の電力が送れるので、設備やそれにかかる予算を有効に使えるわけです。
ただし、電圧変換や、直流から交流、またはその逆の変換をして、通常の送電線に接続するための設備に金がかかります。ですから、設備に比べて電線(ケーブル)に金のかかる場合にしか用いません。たとえば海底ケーブルによる送電や、距離の長い送電線に用います。

また、送電線の距離が長くなると、交流電流を妨げようとする「インダクタンス」というものが働きます。また、特に長い送電線の場合、電磁波としてエネルギーが漏れ出してしまいます。これを避けるためにも、距離の長い送電線には直流送電が向くわけです。

送電線のスイッチとアーク放電

古いものなのでご存知の方も多いかもしれませんが、Youtubeで見つけた衝撃的な映像を解説付きでご紹介します。



恐ろしい((((;゜Д゜)))

500kVの回路の途中に設けられたスイッチ(開閉器)を切ったところ、このような放電が発生したようです。
このような放電をアーク放電と言います。同じような動画はいくつかあります。
345kv Electrical Switch

送電線には巨大な電流が流れています。このレベルの電流になると、電流を止めるのもひと苦労です。単に回路を切り離すだけでは、切断された瞬間に発生した小さな放電が電極を加熱して気化・イオン化させ、空中に電流の流れ道ができて放電が続き、その熱でさらにイオン化が止まらなくなります。結果、上の動画のようにアーク放電が継続して、電流は遮断出来ません。アーク放電は高温であるため、電極を溶かしてしまいます。しかも、アーク放電が他の相の電線やアーク放電に接触すれば、ショートしたことになります。

ゆえに、高圧大電流を遮断するスイッチには特別な構造が必要です。特に、アーク放電を消す「消弧」という機能が必要になります。大電流になるほどアークに対する対策を十分にしておく必要があります。

そんなわけで、送電など大電力で用いられるスイッチには、遮断できる電流の大きさによって区別があります。
遮断器
事故が発生して通常より大きな電流が流れていても、遮断できる。いわば変電所のブレーカー。遮断時に発生するアーク放電は、以下の方法で消す。
  • ●空気遮断器・ガス遮断器 … 圧縮空気やガスでアークを吹き飛ばす。

  • ●真空遮断器 … 真空にしておく。通常と同じように電極が蒸発して放電が生じるようとするが、蒸発した金属がすぐに散らばってしまうので消弧できる。

  • ●油入遮断器 … 絶縁用油に浸しておく。アーク放電の熱で油が分解されて水素が発生するが、水素は熱伝導率が高いので冷却されて消弧される。

  • ●気中遮断器 … アーク電流自身が作る磁界でアーク電流を消弧室に導く。消弧室に入ったアークは壁に当たって切断や冷却されて消弧される。


負荷開閉器
平常時に負荷に流れている電流なら遮断できる。絶縁性の高いガスでアークが発生しにくくしたり、気中遮断器と似た方法で消弧する。

断路器
電流が0かごく小さくないと遮断できない。消弧能力はない。接点がむき出しになっており、状態が一目で分かる。開閉器や遮断器と直列に入れ、開閉器や遮断器で遮断したあと、念のため断路器でも遮断するという用途や、停電状態での点検のための回路の切り離しなどに使う。回路を切り替えるためにも使う。


上の動画では、消弧能力のない開閉器で電流を遮断しようとしたため、巨大なアークが発生したわけです。別の遮断器か何かで電流を遮断したため、アークが消えたようです。何かの実験の動画だと思います。

補足
直流電流を使う鉄道では、磁気によってアーク放電を吹き飛ばす方法もあります。電流の流れている場所が磁気から力を受けること(ローレンツ力)を利用するのです。



11/1/23 アーク放電の説明を修正 コロナ放電とごっちゃにしてましたorz ごく僅かな人数ですが、見に来た方、すみません。

九州電力サイトの使えそうな資料


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