月刊ポピュラーサイエンス/第24巻/1884年2月/地中電線

• 姉妹プロジェクト：データ項目

アメリカンベル電話会社の電気技師

1843年にボルチモアからワシントンまで建設されたこの国の最初の電信線は、地下に敷設することを意図しており、最初の9マイルはそうして敷設されました。4本の銅線を綿で巻き、シェラックに浸して、全体を鉛の筒に引き込んだ。この管は、鉄道の脇の溝に敷設された。ところが、その区間が完成するやいなや、つなぎ目から水が入り込んで絶縁が破壊され、導通不良を起こした。そこで、電柱に張った電線に取り替え、残りの線路もこの方法で建設された。

イギリスでも、グレート・ウェスタン鉄道の沿線に、ロンドン市内から13マイルほど離れたところに、よく似た線路が建設された。この線路もアメリカの線路と全く同じように故障し、パイプは掘り起こされ、地上6インチのところにある短い支柱に立てられた。しかし、これはすぐにポール線に取って代わられた。

大陸のいろいろなところで、同じような実験が行われたが、どこでも同じような結果になった。こうして、世界中の電信技術者が最初に考えたのは電線を地中に通すことであったにもかかわらず、どこでも電線を支柱に張らなければならなくなったのである。イギリスでも大陸でも、電線の一部でも地中に引き込みたいという要望は常に強い。都市部では、電柱の線は街路を汚すので好ましくない、と考えられてきた。都市と都市の間では、侵入された場合の安全性、秘匿性、暴風雨の場合の信頼性から、地中線が望まれてきた。

1846年にグッタペルカが導入されると、地中線建設に新たな弾みがついた。何年もの実験と何百万ドルもの費用がかかり、イギリス、ドイツ、その他のヨーロッパ諸国では次々とシステムが失敗したが、今日、ドイツ帝国の主要都市を結ぶ地中電信線が成功し耐久性もあり、その他ヨーロッパ各地の多くの地中線も存在している。ヨーロッパの多くの都市では、電信線が街の中心から郊外まで地下を通っている。パリでは、電信線だけでなく、電灯線、電話線、その他さまざまな民間および自治体の線が、街の通りの下の下水に通っているのである。

しかし、これらの電線は、架空電線の10倍から20倍のコストがかかること、1マイルの地中線に対して何マイルもの電柱があること、パリは世界で唯一完全な地中システムを持つ都市で、電線を通すのに非常に便利であること、重要ではない通りの下にも歩けるほど大きな下水が広がっていることを忘れてはいけない。しかも、自動電信機、偏波リレー、電話など、繊細で即効性のある装置には、長い地下線は電柱線よりはるかに効率が悪いことが分かってきた。このように長い地中線が比較的非効率である理由は、良好な絶縁を確保することの難しさ以外に、次の2点がある。

1. 電柱から降ろされた電線が地中に埋められたときのように、導電体を大きな導電体の塊に近づけると、電流に遅延現象が現れ、それぞれの信号が鋭くはっきりする代わりに、一部が後退して、次の信号と重なったり混ざったりして、装置の動作速度が制限されます。通常のモールス電信装置では、長さ100マイルの地中線では、これはそれほど厄介なことではない。また、電話機では、10マイルの長さの地中線では、この遅延は非常に厄介な問題である。

2. 第二の難点は、誘導と呼ばれるもので、地中線では必ずそうであるように、二本以上の電線が並んで近くに走っているときに気づくものである。

このようなケーブルの1本の電線の信号が鋭く速い場合、隣接するすべての電線にファクシミリ信号を発生させますが、これも絶縁が完全に行われている場合です。電話の場合、この現象は長さ1,000フィートのケーブルで顕著であり、長さ1マイルのケーブルでは、1本の電線上の当事者は他の電線上の当事者が話していることを簡単に理解することができます。しかし、他の機器では、干渉はもっと長い回線で初めて厄介になる。電灯のような定常電流は、もちろん遅延や誘導の影響を受けない。

わが国では、都市間の電線建設は、空中の電柱に電線を張るのが適切な方法であることは、ほとんど疑いのないところである。ヨーロッパで建設されたいくつかのシステムを簡単に見てみれば、このことは納得できるだろう。1847年から1850年にかけて、ベルリンとプロイセンの他の主要都市を結ぶ2,648マイルのケーブルが地中に敷設された。グッタペルカで覆われた電線を鉛のチューブに引き込み、それを2フィートの深さの溝に埋めたのである。この方式は、架空電線の10倍以上のコストがかかった。1850年になると、初期の電線は故障し、1853年には全ての電線はポール線に置き換えられた。1852年、ロシアでもサンクトペテルブルグとモスクワの間に同様のケーブルが敷設されたが、これは数年使用された後、故障した。1846年から1852年にかけてフランスでも同様のケーブルが何マイルも敷設されたが、パリの下水道に敷設されたものを除いては、ことごとく失敗に終わった。

1854年にはデンマークでかなりの数の鉛で覆われたケーブルが敷設されたが、すぐに架空線に取って代わらざるを得なくなった。1853年、イギリスの電信会社は、ロンドンとマンチェスターの間の高速道路に、10本のグッタペルカで覆われたケーブルを木製トラフに入れ、200マイルに及ぶ距離を敷設した。この線路の建設には費用も労力も惜しまず、プロイセン方式に匹敵するものであったが、2年も経たないうちにいくつかの電線が動かなくなり、これを交換し、労働者を絶えず線路に従事させたものの、7年後には完全に放棄して架線に切り替えた。

同年、電信会社がロンドン、マンチェスター、リバプール間に同様のシステムを敷設したが、木製のトラフの代わりに鉄と土製のパイプが使われた。これらの電信線の中には、完成と同時に故障し始めたものもあったが、絶えず修理と注意を払いながら、10年近く稼動させたものもあった。

イギリスでも大陸でも、これらのシステムの大きな問題は、水が導線に入り込み、絶縁体を破壊してしまうことであった。グッタペルカを傷つけずに電線を扱うのは難しい。また、無事に敷設されたとしても、グッタペルカは石炭ガスや植物の成長、土壌の成分によって侵される。この間、他にも多くの短い線路が建設されたが、常に同じ結果であった。

1855年、フランス政府はグッタペルカ線の試みに失敗し、瀝青物質で埋めた溝に多数の裸線を敷設した。この工事は非常に慎重に行われ、今日でも同様の計画が絶えず提案されていることから、この実験は興味深いものとなっている。この方式は、完全に整備された電柱線の8倍から10倍の費用がかかったが、満足に機能せず、すぐに放棄されなければならなかった。1858年、行政は鉛管に敷設されたグッタペルカ被覆のケーブルに戻すことを決定した。1846年にパリの下水道に敷設されたこのケーブルの一部がまだ良好な状態であったからである。このケーブルは何マイルも敷設され、鉛管を直接地中に敷設したもの、再び鉄管に引き込んだもの、主要都市の下水道を通って運ばれたものなどがある。地中に直接敷設されたケーブルはすぐに故障したが、鉄パイプと下水道に敷設されたケーブルは作動し続け、これが現在のパリのシステムに発展したのである。1870年までは、上記のような試みはもちろん、他の多くの試みは完全に失敗の連続であった。しかし、それ以後、イギリスではいくつかの線路が建設されて成功を収め、ドイツでは帝国の主要都市を結ぶ地下ケーブルが敷設され、成功を収めている。現在のリバプール-マンチェスター間の完全なシステムは、次のように建設された。鉄製または石製のパイプを道路から1〜2フィート下に敷設し、200ヤードごとに水洗ボックスを地表に設置した。この中に、グッタペルカで覆われた電線が引かれている。パイプの接合部は慎重に作られ、ケーブルの摩耗を防ぐために内側は平滑にされていた。パイプは常に水で満たされており、グッタペルカの保存に最適な状態であった。現在のヨーロッパのシステムは1875年に作られたものである。ケーブルは海底ケーブルと同じようなものである。7本の銅線を2層のガッタパーチャと2層のチャタートンのコンパウンドで被覆し、全体を亜鉛メッキ鉄線の鎧で覆ったものである。このケーブルは、道路脇の溝に敷設され、都市の電信局の中だけで地表に出る。このケーブルの費用は、よくできた電柱線の20倍近くにもなる。

イギリスもドイツも電信線としては成功しているが、同じ長さの電柱線に比べるとはるかに効率が悪い。普通の器械を動かす速度にも限界があり、高速で動く機械や自動送信機を使おうとすると大変なことになるし、電話の使用も不可能である。

このような事実から、ここアメリカでは、都市から都市へと延びる長い電信線には、安価に建設でき、修理が容易で、電線が地球の影響や互いの誘導の影響を受けない電柱線が、地下線より明らかに優れていることが十分に証明されたと思う。

大都市では、この問題は多少異なっている。ここ数年、特に電話や電灯の導入以来、電線の数は急速に増加し、今後数年間はさらに大きく増加することが予想される。この電線が電柱に張り巡らされると、街路の景観を損なうばかりでなく、火災の際に消防士の作業を著しく阻害することは、ここ数年来、繰り返し見てきたとおりである。また、電線は家の屋根の上に張り巡らされているため、電線工は家の中や屋根の上を絶えず歩き回らなければならず、借家人に迷惑をかけ、建物も傷んでしまう。さらに、屋上に固定された電線は、所有者の気まぐれで取り外される可能性があり、それぞれの所有者の善意が尽きると、建物から建物へと取り外しを続けなければならない。

ほとんどすべての大都市で、なぜこれらの電線をガスや水道のパイプと一緒に道路の下に埋めないのか、という疑問が起こっている。その答えとして、ヨーロッパの都市でこの方向に行われてきたことを簡単に説明し、次にこの国で最近行われたいくつかの実験を見て、そのような計画がどこまで可能で、どこまで現実的でないかを示すことを提案する。

パリでは、すべての電線が地中の下水に運ばれている。

ロンドンでは、電信線は中央局から多くの支局へ、また市外に通じる鉄道へも地下で運ばれている。

ウィーン、プラハ、ブリュン、ミュンヘン、アウグスブルク、ニュルンベルク、その他多くの都市では、電信線は装甲ケーブルで地下に運ばれ、都市の外部に出ている。

ドイツの都市では、電信線の多くが都市の中心部から地下に運ばれ、他の都市に走るケーブルに接続されていることがわかった。

しかし、ヨーロッパの都市では、電話線、電灯線、そして電信線の大部分は、アメリカと同様、家の上や電柱の上に運ばれている。

パリで最も一般的に使われているケーブルは、グッタペルカで覆われた7本の電線を、タール麻で覆われたケーブルに敷き詰め、鉛管に引き込んだもので、この鉛管はフックで下水道の側壁に固定されている。このため、ケーブルにアクセスしやすく、必要に応じて新しいケーブルを追加しても、すでに使用されているケーブルを邪魔することはない。新しいケーブルには、グッタペルカで覆われた電線の代わりに、パラフィンに浸した綿で覆われた電線が使用されているものもある。この都市内は距離が短いので、電信線には誘導も遅延も考慮する必要がない。電灯線も同様である。パリでは、電話線は、高価ではあるが非常に簡単な装置によって、これらの害から守られている。各回路に1本の電線を使うのではなく、2本の電線を撚り合わせて、電流が一方から流れ出し、もう一方から戻ってくるようにするのである。このような装置を「メタリック・サーキット」という。外部からの妨害回路は、金属回路の2本の電線に、等しく反対の電流を誘起し、中和して消滅する傾向がある。このような配置でも、遅れは最小限である。

パリの下水道には数千キロの電線があるが、グッタペルカで覆われたケーブルのコストは、1マイルあたり約140ドル、同じ仕事をするための電柱線のコストの約5倍である。電話線は1回線に2本の電線を必要とするので、この見積もりは2倍にならざるを得ない。しかし、パラフィンを使ったケーブルは、耐久性はまだ証明されていないが、かなり安くつく。しかし、修理にかかる費用は非常に少なく、20年間一度も手をつけていないケーブルもある。パリ以外の都市では、地下の配管やケーブルを収納するチャンバーにかかる費用で、上記の数字は非常に大きくなってしまう。

このように、都市内のすべての電線を地中に設置することは、技術的に可能であることが証明された。また、多数の電線を並走させる場合でも、コストが膨大に増加することも実証されている。電話や電灯など、多くの用途では、中央の事務所から相当数の電線が一緒に出ているが、絶えず分岐して、加入者の家まで1本の電線が走っている。パイプや敷設の費用は1本より50本の方がさほど高くなく、単線ケーブルの1マイルあたりの費用は複数本のケーブルより高くなるため、電話交換所のようなシステムを完全に地下に設置する費用は、機器の費用が加入者の手の届かないところにある。ガスや水道のように電話が各家庭に必要であれば、このようなシステムも実現可能かもしれないが、現在のところ、そのようなことはないだろう。

アメリカン・ベル電話会社は最近ボストンのビジネス街で2本の短い地中線を建設したが、これは技術的な実用性の程度と、すべての電線を地中に置く場合の費用を判断するための、すばらしいデータを与えてくれるものである。パリでは、遅延と誘導の両方が、金属回路に二重線と撚り線を使用することによって回避されることを見てきた。すべての電線が金属回路であることが必要であり、金属回路が単線回路に接続されていると、妨害は除去されないからである。ある都市の加入者が隣の都市の加入者と通話するには、両都市ともメタリックサーキット方式で、両都市間をメタリックサーキットで結ばなければならない。ボストンに建設された2本の回線は、それぞれ1/4マイル程度と短いので、これほど短い回線での誘導や遅延が深刻でないことを願い、単線回路を使用するのが最善と判断された。

このシステムは、次のような構造になっている。直径3インチの錬鉄製のパイプが8本、2列に並んで、地表から4フィートほど下に敷かれている。各街角には、人が入れるくらいの大きさのレンガ造りの部屋があり、街路と同じ高さに蓋がされている。ケーブルは数種類あり、中央オフィスの地下からこのパイプを通ってビルの屋上に出て、そこから通常の架空線を使って加入者に広がっている。

この線路の上では、架空線のように簡単に会話を続けることはできず、他の会話が聞こえてくることもしばしばである。このため、技術的な理由から、これ以上地下に単線を敷設することはできない。配管とチャンバーの費用は、概算で1マイルあたり5万ドルで、これらの配管は1000本の電線を収容することを想定している。ケーブルの費用は、使用するケーブルの種類によって、各回路1マイルあたり60ドルから150ドルである。

つまり、1,000本の電線にかかる費用は、1マイルあたり150,000ドル、1回線あたり1マイルあたり150ドルということになる。配管やチャンバーの費用は、100回線でも1000回線とほぼ同じで、チャンバーの費用や掘削・充填の手間も同じだから、100回線の費用は1マイルあたり5万ドル、導体1本あたり500ドルと見積もることができるだろう。このように、導体1本あたりのコストは、導体の数が少なくなるにつれて膨大になり、交換システムのワイヤーをその分岐のすべてにおいて追跡することは、明らかに不可能である。

もっと安い電線敷設方法があるのではと思われるかもしれないが、40年間の経験からすると、ますます高価なシステムになっている。では、頭上に電線を引く現在の方法は好ましくないし、地中に引くと費用がかかりすぎて、電話や電灯などの電化製品に手が届かないとしたら、どのように電線を引けばいいのだろう。

筆者には、次のような計画を採用すれば、費用を大幅に増やすことなく、多くの不便を回避できるように思われる。各電話局、電灯局、その他の電線の中心地から、市内に相当数ある地点に架空電線を引き、そのうちのどれかが各加入者のすぐ近くにあるようにする。これらの地点から各加入者までは、普通の宅内線を短く引き伸ばす。このようにして、何百本もの単線は小さく無難なケーブルにまとめられ、巨大な木製の構造物はレンガや鉄の小さなケーブルサポートに取って代わられることになる。また、巨大な木製の構造物も、レンガや鉄の小さなケーブル支柱に置き換えることができる。このようなシステムは、現在よりも耐久性があり、修理の必要も少なく、価格もそれほど高くはないだろう。電話機以外の機器では、遅延や誘導は、それほど短いケーブルでは感じられないだろう。電話機以外の機器では、それほど短いケーブルでは遅延や誘導は感じられないだろうし、適度な長さの電話ケーブルであれば、これらの問題は深刻ではない。