ニューヨーク市の足元には何がある？

この文章は、上記の動画のトランスクリプトです。 ニューヨーク市は、アメリカの他のどの都市とも異なります。国内で圧倒的に最も人口密度の高い地域であり、建物、ビジネス、住宅、人々で文字通り埋め尽くされています。しかし、通りを歩いたり、上空を飛んだりして目に見えるものすべてに対して、その都市を可能にしているインフラストラクチャのまったく別の世界が地表の下に存在します。もし、舗装と土壌を剥がして、私の好きな作家の一人であるデビッド・マコーレーが都市の「巨大な根系」と呼んだものを見ることができたらどうなるでしょうか。ビッグアップルの地下を巡る旅に出かけましょう。私はグレイディ、そしてこれはPractical Engineeringです。 この旅を始めるために、マンハッタンのどこか一般的な交差点を考えてみましょう。車、バス、自転車、建物、歩道、信号機、消火栓、ホットドッグスタンド、マンホールなどがあります。しかし、それを開いてみると、地表の下にはまったく別の世界が広がっています。まず水道管から始めましょう。 考えてみれば、水道管は電線のように頭上を走らせることもできます。結局のところ、溝を掘るのは大変な作業です。そして地下の配管を修理するのは、道路にとってかなりの混乱を招きます。もちろん、ニューヨークだけが地下に配管を走らせているわけではありません。多くの単純な理由から、世界のほとんどの地域で標準的な慣行となっています。水は重いため、配管の長さに沿って連続的な支持が必要ですが、これは構造的な利便性です。水は凍結もするため、配管を凍結線より地下に埋設することで、寒い冬に凍結するのを防ぎます。また、車の衝突や気まぐれなパレードの風船のような、自然および人為的な多くの危険からも保護されます。これは、水道本管の破損が大きな問題になりうるため重要です。 道路から水が噴き出す巨大な尾のような水柱を見ると、なぜ水道本管をそれほど高い圧力で流す必要があるのか不思議に思うかもしれません。もちろん、圧力は都市のあらゆる個々の場所に水を供給するのに役立ちます。しかし、おそらくそれ以上に重要なのは、外向きに押し出す圧力によって汚染物質が侵入するのを防ぐことです。水道本管に亀裂、穴、または破損があった場合、それは一方通行であってほしいものです。配管壁の一方から他方へ何かが移動する場合、それは内から外へ起こることが非常に重要です。 電気と同様に、水道管は通常、ある種の格子状のパターンで配管されます。これにより冗長性が追加され、水が目的地に到達するための複数の経路が提供されるため、1本の配管をサービスから外しても住民への水の流れが中断されません。また、配管内の水が常に流れていることを保証します。木の枝のような給水システムを構築すると、水が遅くなったり停滞したりして飲用に安全でなくなる行き止まりがたくさんできてしまいます。 ニューヨーク市の水道システムは、有名な重力供給式で、水源のほとんどは上流の高い標高から来ています。水源流域は汚染を防ぐために厳しく保護されているため、ろ過も必要ありません。しかし、市は事態が良いと単純に仮定しません。道路には900以上の給水サンプリングステーションが点在しており、当局は配水システムの終端で水の品質を収集・検査して、消費しても安全であることを確認できます。 もし土壌を剥がして都市の給水システムを見ることができたら、ほとんどすべての道路の下に水道本管があり、メンテナンスや修理のために個々の配管を隔離するために使用されるシャットオフバルブ、消防士が消防車を接続できる道路および壁の消火栓への接続、そして各個々の建物を供給するために本管から分岐するサービスラインが見えるでしょう。建物の真下を走るユーティリティはほとんどないことに気づくでしょう。主な理由は、必要に応じて修理するためにアクセスできる必要があることです。もう一つの理由は、建物にはしばしば独自の地下構造、特に基礎として機能する杭、桟橋、または削孔されたシャフトがあることです。これについては、後で詳しく知りたい場合は、深礎工法に関する動画をご覧ください。 水道管とは異なり、世界中のどこでも、電力配線が電柱の上を走っているのをよく見かけます。しかし、ニューヨーク市のほとんどの地域ではそうではありません。電力線の約85パーセントは地下にあります。その一部は見た目に関係しています。配線は空間を散らかし、その空間の使用を制限する専用の通行権を必要とします。もう一部は安全性です。人々や車両を配電電圧から遠ざけるためです。そしてもちろん、信頼性もあります。郊外の地域で、重い嵐が地上にある電柱を倒した場合、それに続く停電は不便です。マンハッタンで同じ停電が発生すると、より多くの人々に影響を与える可能性があります。 地下の電気サービスについては、多くの混乱があります。グリッドは、電圧範囲によって定義される3つの明確なカテゴリに分けることができます。伝送（電力は何十万ボルトで非常に長距離を移動する）、配電（数千ボルトで人口密集地域全体に運ばれる）、そしてサービス（コンセントの電圧）です。サービスラインを地下に埋設するのはかなり簡単です。自宅のランプや離れたガレージに繋がる地下配線があるかもしれません。何十万ボルトの伝送線を地下に埋設するのは、絶縁、熱の蓄積、静電容量のために、非常に困難な工学的課題です。配電線を地下に埋設するのは、その中間に位置します。架空配電の大きな利点の一つは、空気の利用可能性です。空気は無料で、十分なスペースを確保すれば断熱材としてかなりうまく機能します。ポールには実際の絶縁体が必要です。何万ボルトの配線を地下に埋設するには、地面や他の相へのアークを防ぎ、すべての地下ユーティリティに避けられない危険である水の影響に耐える、非常に高価な絶縁が必要です。 電気の相互接続を「グリッド」と呼ぶことが多いですが、その用語は主に州全体または国全体をカバーする高電圧のバルク電力システムに適用されます。都市規模では、それはあまり適切な説明ではありません。ほとんどの都市部では、配電に「ラジアルシステム」と呼ばれるものが使用されており、これはメッシュよりも木の枝に似ています。単一家族の住宅では、数軒の家と変圧器を共有するかもしれません。それは配電フィーダーに接続され、その配線をすべて変電所までたどることができます。各フィーダーは、本質的に電力の流れの一方通行の行き止まりです。冗長性のために途中に交差があるかもしれませんが、ラジアルアーキテクチャの固有の部分ではありません。ニューヨーク市では、それはまったく異なります。 5つの区全体で、ニューヨーク市は約70のいわゆる「二次ネットワーク」を運営しており、それぞれがエリア変電所からの8から28のフィーダーラインによって供給されています。1つまたは2つの建物を供給する個々の変圧器ではなく、都市のあちこちにネットワーク変圧器があり、通常は地下のコンクリート保管庫にあり、それぞれが変電所からの冗長フィーダーのいずれかに接続されています。地下にあるため、これらの変圧器は水中に完全に浸漬された状態でも動作できる必要があります。 これらの変圧器は電圧をサービスレベルまで下げ、そこからグリッド状の導体がその地域のすべての建物に広がります。これらは真のネットワーク、つまりサービスレベル電圧の実際のグリッドであり、エネルギーが流れるための複数の冗長経路があります（木の枝とはまったく異なります）。そして、北米の他の地域とは異なるもう一つの方法があります。 米国で一般的なサービス変圧器は「スプリットフェーズ電源」を提供します。グリッドから1つのフェーズを取り、ホットと呼ばれる2つの通電ラインを提供します。各ホットレッグは、中性線に対して180度位相がずれた電圧サイン波を持っています。したがって、1つのホットと中性線の間では、120ボルトが得られます。これは典型的な壁のコンセントです。大型家電やEV充電器は、両方のホットラインを使用して240ボルトを取得します。ニューヨーク市では、サービスネットワークは異なります。それらは3相の...