フォルサム・パワーハウス州立歴史公園

	フォルサム発電所
	米国国家歴史登録財
	米国国定歴史建造物
	カリフォルニア州歴史的建造物第 633号
	2015年7月、アメリカン川沿いのフォルサム発電所
	カリフォルニアの地図を表示アメリカ合衆国の地図を表示
位置	カリフォルニア州フォルサム
座標	北緯38度40分50秒、西経121度10分32秒 / 北緯38.68056度、西経121.17556度 / 38.68056; -121.17556
建設された	1895
建築家	HT ナイト; サクラメント電力・照明会社
NRHP参照番号	73000426
CHISL No.	633
重要な日付
NRHPに追加されました	1973年10月2日
NHL指定	1981年5月29日

フォルサム発電所州立歴史公園は、米国で最初の発電所の 1 つである 1895 年に建設された交流(AC)水力発電所を保存している史跡です。

フォルサム発電所が建設される前は、ほぼすべての発電所が、電力が必要な場所からわずか数マイル以内にある蒸気エンジンで駆動する直流(DC)発電機を使用していました。急流を利用して水力発電を行い、それを使用できる場所まで長距離送電することは、発電される電気が低電圧の直流である限り、当初は経済的に実現可能ではありませんでした。交流電源が発明されると、新しく発明された変圧器を使用して電力を高電圧に変換し、必要な場所まで長距離送電することが経済的に可能になりました。使用がはるかに簡単で安全な低電圧電力は、使用場所の近くで変圧器を使用して高電圧電力を低電圧に変換することで簡単に得られます。直流電源では、変圧器を使用して電圧を変更できません。フォルサム発電所は、アメリカン川の急流の一部を利用して、新しく発明された交流発電機に接続されたタービンに動力を与え、3相60サイクルの交流電力（現在米国で使用されているものと同じ）を発生させました。この電力は、新しく発明された変圧器によって、発生した800ボルトから11,000ボルトに昇圧され、長さ22マイル（35 km）の配電線を経由してサクラメントに送電されました。これは当時、米国で最も長い配電線のひとつでした。

導入

サクラメントでは、11,000ボルトの交流電力が、必要な場所の近くでより低い電圧に変圧されていました。フォルサム発電所は、大量の電力を発電し、それを経済的に利用可能な場所へ送電した最初の例の一つです。水力発電は、利用者からかなり離れた場所に設置されているにもかかわらず、経済的な電力源として実現可能であることが実証されていました。フォルサム発電所は、サクラメントから23マイル（37km）上流、フォルサム市のアメリカン川沿いに位置しています。

歴史

発電所は、アメリカン川の向かい側にあった元のフォルサムダムが、はるかに大きな新しいフォルサムダムの建設のために破壊された1952年まで稼働し続けました。発電所は57年間の連続運転の後に閉鎖されました。1902年に元の水力発電所を購入したパシフィック・ガス・アンド・エレクトリックは、新しいフォルサムダムと水力発電所が建設されたときに、発電所とその機器のほとんどをカリフォルニア州に寄贈しました。カリフォルニア州は、この場所をカリフォルニア州歴史的建造物第633号に指定しました。^{[ 3 ]} 35エーカー（14ヘクタール）の歴史公園は1956年に設立されました。^{[ 4 ]} 発電所は1981年に米国国定歴史建造物に指定されました。 ^{[ 2 ]}レンガと花崗岩でできた2階建ての発電所は、1895年当時とほとんど同じように見えます。その堂々とした発電機とテネシー大理石で表面が覆われた制御配電盤は、100年以上前と同じように堂々と立っています。カリフォルニア州立公園局による歴史的な写真、解説展示、そしてガイド付きツアーでは、発電所の仕組みを解説しています。当時の水車や発電機などの一部は今もそのまま残っています。^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}

交流発電機や当時新しく発明された変圧器が発明される前は、電力の発電には直流発電機しか使用できませんでしたが、電圧要件が低いため、経済的に送電できるのは数マイル程度に限られていました。低電圧での送電では電力損失が大きすぎるため、長距離送電は実用的ではありませんでした。このため、当初の発電所は（当時は）各近隣地区に直接建設された地域蒸気発電所に限られていました。パールストリート発電所は、米国初の中央発電所でした。マンハッタンのダウンタウン、パールストリート 255-257 番地の、フルトンストリートのすぐ南、50 フィート x 100 フィート (15 m x 30 m) の敷地にありました。当初は石炭を燃料とする蒸気エンジンで駆動する直流発電機 1 台で始まり、1882 年 9 月 4 日に発電を開始し、発電所から約 2 マイル (3.2 km) 以内に居住する 85 の顧客が使用する白熱灯 400 個に初期負荷を供給しました。

しかし、交流の到来とともに、変圧器を使用して発電電力をはるかに高い電圧に変換して送電するようになったため、必要に応じて発電所とユーザーを数百マイル離すことが可能になりました。高圧の発電所では、変圧器を使用して最終使用のためのより低い電圧を得ることができます。発電所の設計では、単一点障害が最小限に抑えられました。交流発電機と付属の水車は非常に大きく、鉄道で輸送することができず、ホーン岬を回る19,000マイル (31,000 km)の距離を船で輸送されました。1895年7月13日、発電所から22マイル (35 km) の送電線を経由してサクラメントに最初の電力が供給されたとき、4台の交流発電機のうち2台のみが稼働しており、サクラメントは米国で最初に長距離水力発電を送電した場所の1つとなりました。^{[ 7 ]}フォルサム発電所は、1897年にナイアガラフォールズ・アダムス発電所が交流送電を開始し、地元での使用とニューヨーク州バッファローへの送電を開始したよりも古い歴史を持つ。 ^{[ 8 ]} 1891年にドイツのフランクフルト・アム・マインで開催された国際電気博覧会では、水力発電による長距離交流送電の事例が紹介された。ウェスティングハウス・エレクトリック社とゼネラル・エレクトリック社は、より優れた設備を開発し、米国に導入しようと競い合っていた。

給水

当初のフォルサム水力発電所の水は、1890年代にアメリカン川に建設された、長さ650フィート(200メートル)、上部の幅24フィート(7.3メートル)、下部の幅87フィート(27メートル)、高さ89フィート(27メートル)の分水ダムから得られていました。ダムは大量の水を全長2.5マイル(4.0キロメートル)の分水路、すなわちイースト運河に導水していました。この運河は幅50フィート(15メートル)、深さ8フィート(2.4メートル)で、毎分約85,000立方フィート(2,400立方メートル)の水を流していました^。運河は川と平行していましたが、川面から約85フィート(26メートル)上まで徐々に緩やかな勾配になっていました。ダムと運河は、当初は落水の力を利用して製材所を動かすことを考えていたホレイショ・ゲイツ・リバモアの指揮の下、1893年に完成した。リバモアはダムと運河の建設を手伝うため、近くのフォルサム州立刑務所から契約囚人を部分的に雇用した。運河の取水池とアメリカン川の形状により、フォルサム発電所の水頭は約85フィート(26メートル)(使用可能水頭は約70フィート(21メートル))となり、その後アメリカン川に放出された。当初はこの水頭のうち約35フィート(11メートル)のみが使用された。運河からの水は取水池に流れ込み、ここで水中のゴミが水から分離され、直径8フィート(2.4メートル)の大きな水圧鉄管4本と小さな水圧鉄管2本に供給された。すべての水圧鉄管には水門があり、メンテナンスの際には閉じてタービンの水を止めることができた。交流発電機は、当時までに設計・建造された最大級の発電機のひとつで、4本の水圧管から流れ出る水によって 4基の大型タービンを駆動し、電力を供給されていました。

タービン

当時最大級のものであった4基の大型水車は、ペンシルベニア州ヨークのS・モーガン・スミス工場で製造されました。2基の小型水圧管と、2基の直流発電機用の水車が設置されていました。

アメリカン川からの急流が 4 基の大型水力タービンを通過して4 基の交流発電機に電力を供給し、さらに 2 基のタービンが小型の直流発電機に電力を供給しました。

知事

4 基の大型タービンは交流発電機に直接接続されており、遠心調速機で水流を調整して速度を制御し、安定した 60 サイクルの電流を生成するために必要な 300 軸回転を実現しました。

オルタネーター

4台の交流発電機は、これまでに製造された中で最も強力な回転電機子型三相発電機の一つです。エリヒュー・トムソンによって新たに発明されたこれらの発電機は、それぞれ約30トン（57,887ポンド）、高さ8.5フィート（2.6メートル）の重量がありました。これらのオリジナルの交流発電機は、初期の設計では多くの直流発電機部品を使用していました。750キロワット（1,005馬力）の交流発電機は、ニューヨーク州スケネクタディに新たに設立されたゼネラル・エレクトリック社の工場で製造されました。

オルタネーターには回転アーマチュアがあり、その周囲には216個の放射状の4インチスロットが設けられています。各スロットには、同位相の絶縁された3.5フィート（約9.5メートル）の長方形誘導バーが2本ずつ配置されています。誘導バーは内側の円周と外側の円周にそれぞれ216本ずつ配置されています。誘導バーは、同じ方向にオフセットするように2回曲げられています。バーの中央には、ローターの前面から背面まで伸びる3フィート（約9.5メートル）の直線部があります。内側の円周の誘導バーは、ローターの前面と背面にある小さな導電性ジャンパーブロックによって外側の円周に接続されています。ローターの3相は6つの分岐回路に接続されています。6つの分岐回路はそれぞれ、ローターの周囲を右巻きの扁平螺旋状に3周ずつ進んでいます。

交流発電機の24個の固定子（非回転）界磁コイル磁石には、小型の直流発電機が電力を供給していました。また、必要に応じて即座に代替できるよう、別の直流発電機がスタンバイモードにありました。1台の直流発電機が故障またはメンテナンスが必要になった場合、もう1台の発電機を使用できました。4台の交流発電機はすべて相互に接続されており、長期的な需要増加時には、発電機を相互に接続することで同期動作により周波数制御が改善されることが判明しました。

スイッチパネル

同期モーターで制御される電気時計を顧客が使用できるように、発電所配電盤に周波数「インジケーター」が追加されました。

フォルサムパワーハウス周波数インジケーター

並列オルタネーターと電力グリッドを可能にするために、スイッチパネルにシンクロスコープが追加されました。

フォルサムシンクロスコープ

送電線

フォルサム水力発電所で発電された交流電力 (約 4,020馬力または 3 MW ) は、ウィリアムスタンレージュニアが発明した (1895 年当時) 12 台の新型空冷式変圧器によって発電所で11,000ボルトに変換され、2 組の 40 フィート (12 m) の杉の柱に取り付けられた横梁に取り付けられたセラミック絶縁体で支えられた 12 本の裸銅線 #1 AVG でサクラメントに送電されました。複数の電線を使用することで、4 本の独立した三相線を使用できました。これにより、システム全体を停止することなく、修理、保守、および新規設置を行うことができました。柱は約 105 フィート (32 m) 離して植えられ、電力線が張られました。電話線は電力線の下に敷設されました。サクラメントに到着すると、高圧電力は使用場所の近くに出荷され、使用時に低い電圧に変換されました。これは、今日の電力の出荷および使用と同じです。 1895年までに、アメリカ合衆国では約900の電気路面電車と約11,000マイル（18,000 km）の線路が建設され、電気路面電車は当時、電気エネルギーの主な使用者の一つとなっていました。電気路面電車で使用されていた直流電動機は、直流発電機からわずか数マイルの範囲内でしか使用できませんでした。このような制限にもかかわらず、直流電力は非常に有用となりました。^[⁹^]交流電源から鉄道を電化するために、電動発電機の一種である回転変換器が交流電流（AC）を直流電流（DC）に変換するために使用されました。工場もまた、大量の電力を消費していました。

交流電圧を長距離送電のために高圧に昇圧し、使用場所の近くで低圧に降圧することは、新たな電源を得るための非常に魅力的な方法でした。変圧器設計の改良により、フォルサム発電所の当初の空冷式変圧器は、1900年に効率の高い油冷式変圧器に交換されました。

交流誘導電動機は、 1888年にガリレオ・フェラーリとニコラ・テスラによってそれぞれ独立して発明され、1895年には蒸気に代わる電力が動力源として利用されるようになりました。誘導電動機により、交流電流を変換することなく直接利用できるようになりました。交流電動機を最初に大量に使用した企業は、主に蒸気発電所の代替として様々な工場でした。交流電力と、変圧器による低電圧から高電圧への、そして再び低電圧への容易な変換によって、今日私たちが日常的に様々な用途で利用している広範囲にわたる電力網が実現しました。

1895年9月9日、カリフォルニア州成立45周年を記念して、発電所から供給された新しい電力を記念した「グランド・エレクトリック・カーニバル」が開催され、サクラメントの州都が数千個の電球で飾られた。^{[ 10 ]}

下位のパワーハウス

1897年、元の施設の下に第2発電所が建設され、750キロワットの交流発電機を追加設置し、サクラメントの増大する住宅および公共交通機関の電力需要に対応しました。この発電機は、タービンを回転させる約20フィート (6.1メートル) のロープベルト滑車システムによってタービンから分離されていました。電気の新たな用途と利用者が増加するにつれ、1900年代初めまでにサクラメントと隣接都市の電力需要は拡張されたフォルサム発電所の容量を上回るようになりました。北カリフォルニアに電力を供給するため、より大規模な水力発電所とダムがユバ川、フェザー川、トゥオルミ川沿いに建設されました。サンフランシスコに本社を置くカリフォルニア・ガス・アンド・エレクトリック社は、1902年までにフォルサム発電所を買収しました。この会社が1906年にパシフィック・ガス・アンド・エレクトリック社に再編されたとき、発電所と貯水池を改修しました。

参照

参考文献

^ 「国家歴史登録財情報システム」アメリカ合衆国国家歴史登録財国立公園局2008年4月15日
^ ^a ^b「フォルサム発電所」。国定歴史建造物概要一覧。国立公園局。2007年11月14日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2008年6月18日閲覧。
^ 「フォルサム発電所」カリフォルニア州立公園歴史保存局。2012年10月11日閲覧。
^ 「カリフォルニア州立公園システム統計報告書：2009/10年度」（PDF）カリフォルニア州立公園、p. 20。2011年12月19日閲覧。
^フォルサム発電所の絵図ツアー[1] 2014年4月11日アクセス
^フォルサム発電所の絵ツアー続き[2] 2014年4月11日アクセス
^エジソン・テック・センターのフォルサム発電所の説明[3] 2014年5月21日アクセス
^ジョージ・ウェスティングハウスとニコラ・テスラが設計したナイアガラ発電所[4] 2014年4月11日アクセス
^電気技術者：理論電気の週刊レビュー...1895、第20巻[5] 2014年3月22日アクセス
^ 「Building the Powerhouse」カリフォルニア州立公園。2011年9月30日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2011年12月19日閲覧。

外部リンク

フォルサム発電所SHP
フォルサム発電所の友の会 2014年5月27日アーカイブウェイバックマシン
アメリカの歴史的工学記録（HAER）第CA-66号、「フォルサム発電所、アメリカン川に隣接、フォルサム、サクラメント郡、カリフォルニア州」、写真74枚、カラースライド26枚、写真キャプションページ7ページ

[nris-1] 「国家歴史登録財情報システム」アメリカ合衆国国家歴史登録財国立公園局2008年4月15日

[nhlsum-2] 「フォルサム発電所」。国定歴史建造物概要一覧。国立公園局。2007年11月14日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2008年6月18日閲覧。

[CHL-3] 「フォルサム発電所」カリフォルニア州立公園歴史保存局。2012年10月11日閲覧。

[4] 「カリフォルニア州立公園システム統計報告書：2009/10年度」（PDF）カリフォルニア州立公園、p. 20。2011年12月19日閲覧。

[5] フォルサム発電所の絵図ツアー[1] 2014年4月11日アクセス

[6] フォルサム発電所の絵ツアー続き[2] 2014年4月11日アクセス

[7] エジソン・テック・センターのフォルサム発電所の説明[3] 2014年5月21日アクセス

[8] ジョージ・ウェスティングハウスとニコラ・テスラが設計したナイアガラ発電所[4] 2014年4月11日アクセス

[9] 電気技術者：理論電気の週刊レビュー...1895、第20巻[5] 2014年3月22日アクセス

[10] 「Building the Powerhouse」カリフォルニア州立公園。2011年9月30日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2011年12月19日閲覧。

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[

[ 10 ]