把远方水力送到展场

1891年,法兰克福国际电工展览把照明、动力和供电制度的竞争搬进公共展场。城市建设电站时需要选择系统,而许多可用水力远离工厂和消费者。奥斯卡·冯·米勒推动的劳芬—法兰克福试验,要回答的是:能否把内卡河畔产生的电力,经约一百七十五公里线路送到城市,并在终点真正点灯、驱动机器?

劳芬的供电端设在水泥厂利用水力的地点,展览场是受电端。两者之间不是供游客观赏的短线,而是跨越沿线城镇、依赖杆塔和绝缘的长距离工程。本文以展览与试验所在的1891年为时间锚点;首次送电、成组点灯及连续带动展品并非同一个操作。

参考:[1] [3]

企业、工程师与沿线机构

米勒负责推动和组织系统;柏林通用电气公司(AEG)的米哈伊尔·多利沃-多布罗沃尔斯基专长于三相电机与变压器,瑞士欧瑞康机器厂的查尔斯·尤金·兰斯洛特·布朗参与发电设备和高压技术。这项演示因而依靠不同企业的装置相接,而不是把一位发明者的小型实验简单放大。

线路建设还需要邮政、电报和铁路方面协作。工程记录提到,电报管理机构提供杆柱,企业借出铜线,线路经过铁路沿线与内卡河区域。开工、借用材料、架设和试验各有进度要求;即使发电机已经造好,任何一段输电或绝缘工程没有完成,展场也得不到可用电力。

参考:[1] [3]

三相电经过升压和降压

劳芬的水轮机驱动三相交流发电机,三组电流在时间上依次错开,形成相差一百二十度的供电关系。变压器把发电端较低的电压提高,再经三根架空导线输送;到了法兰克福,另一端的变压设备把电压降至灯具和电动机所需的范围。

在输送一定功率时,提高电压可以降低所需电流,减少导线电阻造成的发热损耗。但电压越高,导线与杆塔、地面之间的绝缘也越困难。工程不能只求升压,还要在变压设备、绝缘器件、材料供应和安全措施之间取得配合。

展览期间采用约一万五千伏输电。索贝尔斯基的工程回顾记载,部分较大油绝缘子未能及时全部交付,是没有立即按原计划使用更高电压的原因之一;展览结束后,又进行了二万五千伏条件下的试验。这一区别说明公开运行参数与后续测试参数不能混在一起。

参考:[1] [2]

灯光与人工瀑布怎样检验系统

1891年8月,来自劳芬的电力开始抵达展场。此后,大约一千盏白炽灯组成的照明装置和电动机带动的人工瀑布,成为观众能够直接观察的结果。泵把水提升到高处再落下,展示的是来自远方水轮机的动力,经过发电、输电和电动机,重新变成水的机械运动。

百马力级电动机带泵运行,比只证明一只灯泡会亮提出了更多要求:需要足够的启动与持续转矩,负载变化时仍能稳定工作。赫林当年的文章以这次演示为背景,解释多相电流与旋转磁场,并说明三相系统怎样用三根导线组织供电。

技术人员在两端进行功率观测,检查从原动机到受电端各环节的损失。效率数字必须说明负载和测量边界:只量线路的输入输出,与把发电机、变压器和电动机全部计算在内,不是同一种指标。展览的价值在于能够带负载测量和比较,而不只是宣告远距离传电成功。

参考:[1] [2]

演示之后仍要建设供电网络

劳芬—法兰克福系统表明,高压变换与三相电机可以组成实际可用的远距离输电链,把偏远水力与城市用电联系起来。发电机、线路、绝缘和受电设备共同完成了证明,也推动工程界进一步考虑更长距离与更大容量的建设。

但一次展览不等于所有城市立即作出同一种选择。电站建设仍受已有设备、资金、特许经营和负荷结构影响。劳芬装置在展览后转向邻近地区的供电,说明临时演示能够留下可继续使用的设施;此后更广泛的三相电网,则依靠长期的设备改良和经营组织逐步形成。

参考:[1] [3]