Elektriciteitstechniek

Elektriciteit werd een onderwerp van wetenschappelijke belangstelling aan het eind van de 17e eeuw. In de volgende twee eeuwen werden een aantal belangrijke ontdekkingen gedaan, waaronder de gloeilamp en de voltaïsche paal. Waarschijnlijk de grootste ontdekking op het gebied van de energietechniek kwam van Michael Faraday, die in 1831 ontdekte dat een verandering in de magnetische flux een elektromotorische kracht induceert in een lus van een draad – een principe dat bekend staat als elektromagnetische inductie en dat helpt verklaren hoe generatoren en transformatoren werken.

In 1881 bouwden twee elektriciens ’s werelds eerste elektriciteitscentrale in Godalming in Engeland. De centrale maakte gebruik van twee waterraderen om een wisselstroom op te wekken die werd gebruikt om zeven Siemens booglampen van 250 volt en vierendertig gloeilampen van 40 volt te voorzien. De toevoer was echter onderbroken en in 1882 ontwikkelden Thomas Edison en zijn bedrijf, The Edison Electric Light Company, de eerste door stoom aangedreven elektrische krachtcentrale in Pearl Street in New York City. Het Pearl Street Station bestond uit verschillende generatoren en voorzag aanvankelijk ongeveer 3.000 lampen voor 59 klanten van stroom. De centrale gebruikte gelijkstroom en werkte op één enkele spanning. Aangezien de gelijkstroom niet gemakkelijk kon worden omgezet in de hogere spanningen die nodig waren om het vermogensverlies tijdens de transmissie tot een minimum te beperken, was de mogelijke afstand tussen de generatoren en de belasting beperkt tot ongeveer een halve mijl (800 m).

Datzelfde jaar demonstreerden Lucien Gaulard en John Dixon Gibbs in Londen de eerste transformator die geschikt was voor gebruik in een echt elektriciteitssysteem. De praktische waarde van de transformator van Gaulard en Gibbs werd in 1884 gedemonstreerd in Turijn, waar de transformator werd gebruikt om veertig kilometer (25 mijl) spoorlijn te verlichten met behulp van één enkele wisselstroomgenerator. Ondanks het succes van het systeem maakte het duo enkele fundamentele fouten. De grootste was misschien wel het in serie schakelen van de primaire transformatoren, zodat het aan- of uitschakelen van één lamp gevolgen had voor andere lampen verderop in de lijn. Na de demonstratie importeerde George Westinghouse, een Amerikaanse ondernemer, een aantal transformatoren samen met een Siemens generator en liet zijn ingenieurs ermee experimenteren in de hoop ze te verbeteren voor gebruik in een commercieel energiesysteem.

Een van Westinghouse’s ingenieurs, William Stanley, onderkende het probleem van het in serie schakelen van transformatoren in plaats van parallel en realiseerde zich ook dat door de ijzeren kern van een transformator een volledig gesloten lus te maken, de spanningsregeling van de secundaire wikkeling zou verbeteren. Met deze kennis bouwde hij in 1886 in Great Barrington, Massachusetts, het eerste op transformatoren gebaseerde wisselstroomsysteem ter wereld. In 1885 demonstreerde de Italiaanse natuurkundige en elektrotechnicus Galileo Ferraris een inductiemotor en in 1887 en 1888 vroeg de Servisch-Amerikaanse ingenieur Nikola Tesla een reeks octrooien aan op het gebied van stroomsystemen, waaronder een octrooi voor een praktische tweefasige inductiemotor die Westinghouse in licentie gaf voor zijn wisselstroomsysteem.

Tegen 1890 was de energie-industrie tot grote bloei gekomen en hadden energiebedrijven duizenden stroomsystemen (zowel gelijk- als wisselstroom) aangelegd in de Verenigde Staten en Europa – deze netwerken waren in feite gewijd aan het leveren van elektrische verlichting. In deze periode ontstond in de VS een felle rivaliteit die bekend staat als de “oorlog van de stromen” tussen Edison en Westinghouse over de vraag welke vorm van transmissie (gelijk- of wisselstroom) superieur was. In 1891 installeerde Westinghouse de eerste grote krachtcentrale die ontworpen was om een elektrische motor aan te drijven en niet alleen voor elektrische verlichting te zorgen. De installatie dreef een synchrone motor van 100 pk (75 kW) aan in Telluride, Colorado, waarbij de motor werd gestart door een Tesla-inductiemotor. Aan de andere kant van de Atlantische Oceaan bouwde Oskar von Miller een 20 kV 176 km lange driefasige transmissielijn van Lauffen am Neckar naar Frankfurt am Main voor de Elektrotechnische Tentoonstelling in Frankfurt. In 1895, na een langdurig besluitvormingsproces, begon de Adams No. 1 krachtcentrale bij Niagara Falls met de transmissie van driefasige wisselstroom naar Buffalo op 11 kV. Na de voltooiing van het Niagara Falls-project werd in nieuwe elektriciteitssystemen steeds vaker gekozen voor wisselstroom in plaats van gelijkstroom voor de elektrische transmissie.