Việc sử dụng điện thương mại bắt đầu vào cuối những năm 1870 khi đèn hồ quang được sử dụng để chiếu sáng hải đăng và chiếu sáng đường phố.
Hệ thống điện hoàn chỉnh đầu tiên – 1882
Hệ thống điện hoàn chỉnh đầu tiên (bao gồm máy phát điện, cáp, cầu chì, đồng hồ đo và phụ tải) được xây dựng bởi Thomas Alva Edison cho Nhà ga Pearl Street ở Thành phố New York, bắt đầu hoạt động vào tháng 9 năm 1882.
Đây là một hệ thống điện một chiều bao gồm một máy phát điện một chiều chạy bằng động cơ hơi nước cung cấp điện cho 85 khách hàng trong khu vực bán kính khoảng 1,5 km. Tải, bao gồm hoàn toàn đèn sợi đốt, được cung cấp ở 110 V thông qua một hệ thống cáp ngầm.
Trong vòng vài năm, các hệ thống tương tự đã hoạt động ở hầu hết các thành phố lớn trên thế giới. Với sự phát triển động cơ của Frank Sprague vào năm 1884, tải động cơ đã được thêm vào các hệ thống như vậy. Đây là sự khởi đầu của những gì sẽ phát triển thành một trong những ngành công nghiệp lớn nhất trên thế giới.
Giới thiệu Hệ thống AC – 1886
Mặc dù hệ thống điện một chiều được sử dụng rộng rãi ban đầu, chúng gần như bị thay thế hoàn toàn bởi hệ thống xoay chiều. Đến năm 1886, những hạn chế của hệ thống điện một chiều ngày càng trở nên rõ ràng. Chúng có thể cung cấp năng lượng chỉ cách máy phát điện một khoảng cách ngắn.
Để giữ cho tổn thất điện năng truyền tải và điện áp giảm xuống mức có thể chấp nhận được, mức điện áp phải rất cao để truyền tải điện đường dài. Sự phát triển của máy biến áp và truyền tải xoay chiều của L. Gaulard và JD Gibbs ở Paris, Pháp, đã dẫn đến hệ thống điện xoay chiều.
Năm 1886, William Stanley, một cộng sự của Westinghouse, đã phát triển và thử nghiệm một máy biến áp và hệ thống phân phối xoay chiều thực tế thương mại cho 150 bóng đèn tại Great Barrington, Massachusetts. Với sự phát triển của hệ thống nhiều pha của Nikola Tesla, hệ thống xoay chiều càng trở nên thú vị hơn.
Đến năm 1888, Tesla đã nắm giữ một số bằng sáng chế về động cơ xoay chiều, máy phát điện, máy biến áp và hệ thống truyền động. Westinghouse đã mua bằng sáng chế cho những phát minh ban đầu này, và chúng đã hình thành nền tảng của hệ thống xoay chiều ngày nay.
AC vs DC [Tesla vs Edison]
Vào những năm 1890, đã có nhiều tranh cãi về việc liệu ngành điện có nên được tiêu chuẩn hóa về điện một chiều hay xoay chiều. Đã có những tranh luận sôi nổi giữa Edison, người ủng hộ DCvà Westinghouse, người ủng hộ AC.
Vào đầu thế kỷ này, hệ thống xoay chiều đã chiến thắng hệ thống điện một chiều vì những lý do sau:
- Các mức điện áp có thể được thay đổi dễ dàng trong các hệ thống xoay chiều, do đó mang lại sự linh hoạt cho việc sử dụng các điện áp khác nhau để tạo, truyền tải và tiêu thụ.
- Máy phát điện xoay chiều đơn giản hơn nhiều so với máy phát điện một chiều.
- Động cơ xoay chiều đơn giản và rẻ hơn nhiều so với động cơ điện một chiều.
Tần số – 50Hz so với 60Hz
Thời kỳ đầu truyền tải điện xoay chiều, tần số chưa được chuẩn hóa. Nhiều tần số khác nhau đã được sử dụng: 25, 50, 60, 125 và 133 Hz.
Điều này đặt ra một vấn đề cho kết nối. Cuối cùng, 60 Hz đã được chấp nhận làm tiêu chuẩn ở Bắc Mỹ, mặc dù nhiều quốc gia khác sử dụng 50 Hz. Tại sao tần số điện là 50/60Hz?
Nhu cầu ngày càng tăng trong việc truyền tải lượng điện năng lớn hơn trong khoảng cách xa hơn đã tạo ra động cơ khuyến khích sử dụng các mức điện áp cao hơn dần dần.
Hệ thống điện AC sơ khai
Các hệ thống xoay chiều đầu tiên sử dụng 12, 44 và 60 kV (RMS line-to-line).
- Con số này đã tăng lên 165 kV vào năm 1922, 220 kV vào năm 1923, 287 kV vào năm 1935, 330 kV vào năm 1953 và 500 kV vào năm 1965.
- Hydro Quebec đóng điện 735 kV đầu tiên vào năm 1966, và 765 kV được giới thiệu tại Hoa Kỳ vào năm 1969.
- Để tránh sự gia tăng của số lượng điện áp không giới hạn, ngành công nghiệp đã tiêu chuẩn hóa các mức điện áp.
- Các tiêu chuẩn là 115, 138, 161 và 230 kV đối với cấp điện áp cao (HV), và 345, 500 và 765 kV đối với cấp điện áp siêu cao (EHV).
Hệ thống truyền tải HVDC – những năm 1950
Với sự phát triển của van hồ quang thủy ngân vào đầu những năm 1950, hệ thống truyền tải điện một chiều (HVDC) điện áp cao trở nên kinh tế trong các tình huống đặc biệt.
- Hệ thống truyền tải HVDC rất hấp dẫn để truyền tải điện công suất lớn trên một khoảng cách xa.
- Truyền HVDC cũng cung cấp một liên kết đồng bộ giữa các hệ thống khác nhau trong khi kết nối xoay chiều HVAC sẽ không thực tế vì các cân nhắc về độ ổn định giữa các hệ thống khác nhau là khác nhau. Xem chi tiết: So sánh HVDC và HVAC.
Dự án truyền tải HVDC đầu tiên là vào năm 1954 khi kết nối đất liền Thụy Điển và đảo Gotland bằng cáp ngầm HVDC dài 96 km.
Với sự ra đời của bộ chuyển đổi van thyristor, việc truyền tải HVDC càng trở nên hấp dẫn hơn. Ứng dụng đầu tiên của hệ thống HVDC sử dụng van thyristor là tại Eel River vào năm 1972 – một sơ đồ liên kết cung cấp mối liên kết không đồng bộ giữa các hệ thống điện của Quebec và New Brunswick.
Với chi phí và kích thước của thiết bị chuyển đổi ngày càng giảm và độ tin cậy của nó tăng lên, đã có sự gia tăng ổn định trong việc sử dụng truyền dẫn HVDC. Chi tiết các đường dây HVDC dài nhất thế giới.
