水力タービン発電機の開発史Ⅲ

前回の記事では、DC ACの決議について紹介しました。「戦争」はACの勝利で終わり、ACは市場発展の勢いを得て、これまでDCが占めていた市場を奪い始めました。この「戦争」の後、DCとACはナイアガラの滝にあるアダムス水力発電所で競合することになりました。

1890年、米国はナイアガラフォールズ・アダムス水力発電所を建設した。さまざまな交流および直流方式を評価するために、国内および国際的なナイアガラ電力委員会が設立された。ウェスティングハウスとGEは競争に参加した。最終的に、交流/直流戦争での勝利後の評判の高まりと、テスラなどの優秀な科学者グループの才能、1886年のグレートバリントンでの交流送電の成功、ドイツのラルフェン発電所でのオルタネータの成功により、ウェスティングハウスは最終的に5000P交流水力発電機10基の製造契約を獲得した。1894年、ウェスティングハウスはナイアガラフォールズ・アダムス発電所の最初の5000P水力発電機を製造した。1895年、最初のユニットが稼働を開始した。 1896年の秋、発電機によって生成された二相交流電流は、スコット変圧器によって三相電流に変換され、その後、三相送電システムを通して40km離れたバッファローまで送電された。

ナイアガラの滝にあるアダムス発電所の水力発電機は、テスラの特許に基づいてウェスティングハウスの主任技師であるBGラム（1884-1924）によって設計され、彼の妹のB.ラムも設計に参加しました。このユニットは、フォーネルロン水車（二重ランナー、ドラフトチューブなし）によって駆動され、発電機は垂直二相同期発電機で、5000hp、2000V、25Hz、250r/mlです。発電機には次の特徴があります。
（１）大容量かつ大型。それまでは、水力発電機の単体容量は１０００馬力を超えることはなかった。ナイアガラの滝のアダール水力発電所の５０００馬力の水力発電機は、当時世界最大の単体容量の水力発電機であっただけでなく、小型から大型への水力発電機の発展における重要な第一歩であったと言える。
（２）電機子導体が初めて雲母で絶縁された。
（３）垂直傘型閉鎖構造など、今日の水力発電機の基本的な構造形式が採用されている。最初の８セットは磁極が外部に固定されている構造（ピボット型）であり、最後の２セットは磁極が内部で回転する現在の一般的な構造（フィールド型）に変更されている。
（４）独自の励磁方式。最初の方式では、近くの直流蒸気タービン発電機で生成された直流電力を使用して励磁します。２～３年後には、すべてのユニットで小型直流水力発電機を励磁装置として使用します。

（５）25Hzの周波数が採用された。当時、米国のインレートは16.67Hzから1000Hzまで非常に多様であった。分析と妥協の結果、25Hzが採用された。この周波数は、米国の一部地域では長らく標準周波数となっている。
（６）過去には、発電設備で発電された電力は主に照明に使用されていましたが、ナイアガラフォールズアダムス発電所で発電された電力は主に産業用電力として使用されていました。
（７）三相交流の長距離商用送電が初めて実現し、三相交流の送電と幅広い応用において模範的な役割を果たした。アダムス水力発電所の10基の5000bp水力タービン発電機ユニットは、10年間の運転を経て全面的に更新および改造された。10基すべてが1000HP、1200Vの新しいユニットに交換され、さらに5000Pの新しいユニットが設置されたため、発電所の総設備容量は105000hpに達した。

水力発電機の直流（DC）と交流（AC）の戦いは、最終的にACの勝利に終わった。それ以来、直流（DC）の活力は大きく損なわれ、交流が市場で勢いを増し、今後の水力発電機の開発の方向性を決定づけた。しかし、初期段階の注目すべき特徴は、直流水力発電機が広く使用されていたことである。当時、直流水力発電機には2種類あった。1つは低電圧発電機で、2つの発電機が直列に接続され、1つのタービンで駆動される。もう1つは高電圧発電機で、これは1つの軸を共有する二重軸二重極発電機である。詳細は次回の記事で紹介する。