Transmiterea energiei electrice

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
O linie de transmisie de înaltă tensiune pe stâlpi metalici

În ingineria electrică, transmisia energiei electrice este etapa intermediară între producerea și distribuția energiei electrice către utilizatori, implementată cu sprijinul unei infrastructuri de rețea, cum ar fi rețeaua de transport electric de distanță lungă și înaltă tensiune , gestionată și dezvoltată la nivel național. de către respectivul operator de sistem de transport .

Liniile de medie și joasă tensiune , pe de altă parte, fac parte din rețeaua de distribuție . Această rețea de transmisie include, pe lângă liniile electrice care funcționează la tensiuni de sute de mii de volți în curent alternativ sau continuu , și alte subsisteme sau componente precum întrerupătoare , transformatoare și instrumente de măsurare pentru operațiuni de control și gestionare [1] .

Acest mod de transport de înaltă tensiune este mai eficient, adică cu mai puține deșeuri datorate disipării prin efectul Joule, comparativ cu transportul la tensiuni mai mici. Se interacționează cu distribuția prin stații de transformare primare de înaltă sau foarte înaltă tensiune la medie tensiune. Este o infrastructură critică, precum rețelele de telecomunicații , care necesită o întreținere constantă și forme de protecție și toleranță la erori pentru a-și spori fiabilitatea .

Istorie

Polul liniei electrice Roma-Tivoli expus la Muzeul de Știință și Tehnologie Leonardo da Vinci din Milano.

Prima [2] transmisie de energie electrică în curent continuu a avut loc în 1882 între o mașină cu aburi situată în Miesbach și palatul de sticlă din München (la 57 de kilometri distanță), unde a avut loc o expoziție de energie electrică. Tensiunea electrică utilizată a fost de 2.000 V. Doar 2,5 kilowați de putere (cu curent de 1,25 amperi: I = P / V) au fost transmise și au fost utilizate pentru a opera o cascadă artificială. Sistemul a fost proiectat de Oskar von Miller și Marcel Deprez [3] . Un cablu telegrafic a fost folosit pentru transportul energiei, care s-a rupt după câteva zile.

În anii următori, Deprez a instalat o linie care transportă curent continuu lung de 112 kilometri între Creil și Paris , la o tensiune de 6.000 V.

Pentru a aprinde Portland, Oregon , Westinghouse Electric a construit centrala electrică Willamette în 1890, la 20 km de oraș, și ulterior a instalat prima linie electrică pe distanțe lungi, care se întindea la 20 km de cascada Willamette din Portland. A fost o linie de curent alternativ la o tensiune de 4.000 de volți care a ajuns în oraș, unde un sistem de transformatoare a redus tensiunea la 100 de volți, care putea fi utilizată pentru iluminat [4] .

Linia experimentală din Frankfurt

Prima linie de transmisie (experimentală) trifazată (dintre sistemele polifazate , sistemul trifazat, cu aceeași greutate de cupru , are cele mai mici pierderi datorate efectului Joule [5] ) în medie tensiune a fost instalat în 1891 pe cu ocazia expoziției internaționale de energie electrică de la Frankfurt pe Main . Acest exemplu a fost destinat să documenteze eficacitatea intuițiilor lui Galileo Ferraris și a venit de la Lauffen am Neckar , cu o lungime de 177 km și o tensiune de 15 ÷ 25 k V (15 000 ÷ 25 000 volți). Linia a arătat o eficiență de 77% [6] . Fabrica a fost construită de inginerul elvețian Charles Eugene Lancelot Brown de la Maschinenfabrik Oerlikon , împreună cu AEG [4] .

Centrala de la Cossogno

În același timp, hidrocentrala Cossogno era în construcție, proiectată de Carlo Sutermeister și testată în 1892 [7] . Această instalație a reprezentat primul exemplu de producție a curentului alternativ cu consumul într-o altă locație decât cea a instalației de generare; trebuie să se distingă de instalația de producție cu curent continuu utilizată de Edison chiar și în vremuri anterioare, care s-au dovedit a fi neeconomice și dispersive. Patru motoare asincrone de la compania Ganz din Budapesta au fost instalate pentru a transforma fluxul hidraulic în energie. În 1894 această inițiativă a preluat o importanță comercială considerabilă, deoarece energia produsă a fost dedicată și altor fabrici din zonă care s-au „consorțiat” în acest scop cu Carlo Sutermeister & C. - sa . De asemenea, municipalitățile Intra și Pallanza s- au alăturat consorțiului, pentru iluminatul drumurilor. Prin urmare, prima linie comercială de curent alternativ este italiană și funcționează în continuare: a fost construită între Cossogno și Intra în 1892 de către antreprenorul Carlo Sutermeister sub egida profesorului Galileo Ferraris și a aservit mașinile de filare ale lui Carlo Sutermeister .

Plantele mari

Pentru a asista la construirea unei fabrici mari va fi necesar să așteptați până în 1896, când compania Westinghouse din Statele Unite va conecta uzina instalată la Niagara Falls cu orașul Buffalo ( New York ), aflat la 32 km distanță. A fost un succes total care a pus capăt războiului curenților și a impus universal curentul trifazat ca mijloc de transport al energiei electrice [8] , mai potrivit pe distanțe mari. Inițial firele erau susținute de izolatori din porțelan unic, similari cu cei utilizați în liniile de telegraf și telefon , impunând o limită de 40 kV.

Studiile lui Rinaldo Ferrini oferă o perspectivă științifică considerabilă asupra liniilor electrice. Lucrările acestui inginer, care s-a împărțit între Milano, Suna și Locarno, sunt colectate într-un volum publicat în 1882 de editorul Dumolard (Milano). Un interes considerabil sunt publicațiile care au urmat celor cinci conferințe publice privind iluminatul electric, ținute la Muzeul industrial italian din Torino în 1879 de Galileo Ferraris și Rinaldo Ferrini.

Cronologie

  • În 1907, izolatorul compus (utilizat astăzi) a fost inventat de HW Buck de la Niagara Plant Management Company și EM Hewlett de la General Electric . Cu acest sistem a fost posibil să se construiască izolatori de lungime arbitrară pentru a face față oricărei tensiuni.
  • În Italia, construcția liniilor electrice a avut un impuls puternic la începutul secolului al XX-lea . În 1900 , orașul Milano avea 180 km de linii electrice, dintre care 80 erau de înaltă tensiune.
  • În 1912, prima linie trifazată de 110 kV a fost construită între Lauchhammer și Riesa .
  • La 17 aprilie 1929 , prima linie de 220 kV a fost inaugurată în Germania între Brauweiler (lângă Köln ) prin Kelsterbach (lângă Frankfurt ) către Austria . Pilonii acestei linii au fost proiectați luând în considerare o posibilă creștere la 380 kV.
  • Prima linie de 380 kV a fost activată la 5 octombrie 1957 între stațiile Rommerskirchen și Ludwigsburg / Hoheneck .
  • În 1967 a fost instalată o linie de 735 kV în Quebec .
  • În Uniunea Sovietică , o linie electrică de 1.200 kV (1.2 M V) a fost activată în 1982.
  • În Italia, în Suvereto , a fost alimentată o instalație experimentală de 1.000 kV în 1995, constând dintr-o secțiune de linie, transformatori relativi și echipamente relative izolate cu gaz. [9]
  • În Italia, în 1999 , decretul Bersani , în transpunerea directivei comunitare 96/92 / CE a Parlamentului European și a Consiliului din 19 decembrie 1996 , a introdus liberalizarea sectorului electric. Efectele acestui decret au fost deschiderea unei piețe a energiei electrice care, de la naționalizarea din 1962, era de fapt monopolistă (adică cu singurul operator național ENEL care putea produce și vinde energie electrică utilizatorilor) către alți operatori care devin astfel concurenți. Pentru a încuraja liberalizarea, ENEL a fost nevoită să vândă gestionarea rețelei de transport a energiei electrice ( Terna ) și ulterior și proprietatea, pentru a vinde concurenților săi fabrici de producție pentru 15.000 MW (o putere egală cu cea a Belgiei ), rețeaua de distribuție cu contracte de furnizare aferente utilizatorilor din principalele orașe ( Roma , Milano, Torino, Verona , Brescia , Trento , Modena etc.) către fostele companii municipale.
  • La 31 mai 1999 , compania Terna , dedicată sectorului de transport, s-a născut în cadrul ENEL , care în 2011 (date Terna) deținea 63.578 km de linii, 431 stații de transformare și sortare electrică și 22 de linii de interconectare cu țări străine.
  • Odată cu liberalizarea electricității la începutul anilor 2000 în Italia, am asistat la nașterea multor companii care sunt încă implicate în prezent în distribuția energiei electrice. Majoritatea acestora distribuie energie în numele Enel sau al altor companii care sunt, în orice caz, lideri în sector. Principalele companii implicate în prezent în acest proces sunt Arcobaleno Consorzio Stabile , Consorzio Stabile Golden Lucano .

Descriere

Scopul este de a aduce energia de la centralele de producție la locurile de utilizare, orașe și zone industriale, care pot fi la zeci sau sute de kilometri distanță . Poziția geografică a centralelor este de fapt obligatorie în cazul centralelor hidroelectrice , geotermale sau eoliene . În funcție de tipul instalației, există probleme de comoditate economică pentru alimentarea cu combustibil , furnizarea apei pentru răcire, cerințe de siguranță , poluare , evaluarea impactului asupra mediului etc.

Rețeaua de transport are și funcția de interconectare nu numai a centrelor de producție naționale, ci și transnaționale, pentru a optimiza producția în funcție de necesitățile de utilizare ( dispecerizare ). De fapt, consumul de energie nu este constant, ci variază în timp, scăzând considerabil în timpul nopții; în timp ce, cu toate acestea, unele centrale pot fi aduse la rate de producție mai mici (de exemplu, hidrocentrale ), pentru altele acest lucru nu este posibil. Datorită rețelei de transport, este, prin urmare, posibilă realocarea resurselor prin reducerea risipei de energie. De regulă, controlul producției și transmisiei se obține printr-o rețea de înaltă tensiune complet conectată care conectează toate centralele de producție (cu excepția celor de autogenerare prezente la capetele rețelei de distribuție ) în așa fel încât să reducă efectele generalizate ale unei defecțiuni la un panou de control datorită automatizării rețelei în sine.

Unele centrale hidroelectrice pot fi reversibile, adică pot ridica apa din bazinul inferior în cel superior în timpul nopții pentru a acumula energia produsă de alte centrale primite prin rețea, permițând, de asemenea, un anumit avantaj economic, deoarece energia costă mai puțin noaptea ( în virtutea cererii minore) și, prin urmare, pot fi cumpărate și din străinătate.

Intrare grilă

În centralele electrice, energia este produsă în medie tensiune, până la 25 kV. Transformatoarele step-up sunt utilizate pentru a alimenta energia în rețeaua de transport. De asemenea, este necesar să sincronizați și să fazezi rotația alternatoarelor înainte de a le conecta la rețea.

Retragere

Energia este preluată din rețea în stații de recepție speciale, unde transformatoarele reduc tensiunea la valori compatibile cu rețeaua locală de distribuție sau sub-transmisie.

Pierderi

Un spalier cu izolatoare de suspensie detaliate pentru frânghie.

Confortul transportului de energie electrică crește odată cu creșterea tensiunii . Pierderea de energie într-o linie electrică se datorează în principal efectului Joule , pentru care curentul electric care curge în cabluri produce căldură . Deoarece puterea transferată de la linie este egală cu produsul tensiunii prin curent, se înțelege că, cu aceeași putere, este suficient să creșteți tensiunea pentru a reduce curentul și, prin urmare, pierderile.

Utilizarea tensiunilor ridicate are limitări, în principal din cauza problemei izolației. De fapt, aerul (uscat) are o rezistență dielectrică de aproximativ 30.000 volți pe centimetru , dincolo de care se declanșează o descărcare electrică care, pe lângă dispersarea energiei, dăunează conductoarelor și izolatorilor. În linii cu sute de kilovolți, lungimea elementelor izolatoare care susțin frânghiile și toate distanțele frânghie-frânghie și frânghie-spalier sunt de ordinul metri .

Când tensiunea depășește un milion de volți, au loc alte fenomene negative, cum ar fi formarea descărcărilor de conductori-aer și efectul coroană , prin care firele emit o luminescență caracteristică și dispersează energia. Tensiunile ridicate fac, de asemenea, problematică construcția transformatoarelor și a întrerupătoarelor.

Detaliu al unui izolator

În caz de ploaie, apa care se așează pe suprafața izolatorilor reprezintă o cale de impedanță redusă pentru curent. Din acest motiv, izolatorii constau dintr-o serie de plăci cu partea concavă orientată în jos, astfel încât fiecare element să rămână parțial uscat.

În sistemele de curent alternativ, capacitatea și inductanța devin relevante. Aceste fenomene determină formarea puterii reactive (vezi factorul de putere ) care nu contribuie la furnizarea energiei la sarcina utilizatorului, ci produce un flux suplimentar de curent și, prin urmare, pierderi suplimentare datorate efectului Joule. În rețea sunt introduse sisteme automate de compensare a puterii reactive, cum ar fi condensatoare sau transformatoare speciale, care ajută și la stabilizarea tensiunii.

Potrivit TERNA, rețeaua italiană a pierdut aproximativ 6,2% din energia electrică necesară în 2007, 6% în 2008 și 2016 [10] Conform IEA (date din 2007), această valoare este în schimb de 6,35%, față de 5,6-5,7 în Germania, Spania, Austria, 4,9 în Belgia, 7,4 în Franța, 12,6% în Polonia și 19% în Estonia. În medie, în Europa celor 27 (inclusiv în țările ex-sovietice) dispersia este de aproximativ 6,7%. [11]

Curent continuu

Deși liniile de transmisie funcționează în principal în curent alternativ pentru a permite utilizarea transformatoarelor statice, există cazuri particulare în care se adoptă curent continuu . Sistemele de curent continuu de înaltă tensiune (HVDC) sunt utilizate pentru interconectarea rețelelor cu frecvență diferită (asincronă). Pentru transmisiile pe distanțe lungi, în special în cazul în care nu este posibil să se introducă elemente de compensare, poate fi mai convenabil să se utilizeze curent continuu în loc de curent alternativ, deoarece pierderile datorate defazării și pierderii capacitive sunt eliminate. Acesta este cazul cablurilor submarine lungi și al liniilor subterane pentru transportul de tensiune foarte mare. Cu toate acestea, convertoarele capabile să interconecteze linia HVDC cu rețeaua obișnuită trebuie instalate la ambele capete ale liniei. Curentul continuu este utilizat pe scară largă în tracțiunea feroviară italiană, unde sunt utilizate linii de transmisie specifice alimentate de stații de conversie.

Linii de comunicare

Liniile de transmisie pot fi utilizate pentru telecomunicații . Companiile de gestionare a rețelei trebuie să conecteze toate punctele nodale pentru a coordona operațiunile și pentru a monitoriza funcționarea centralelor. Transmiterea datelor poate fi suprapusă pe liniile electrice cu semnale de undă scurtă sau fibrele optice libere sau integrate pot fi utilizate în conductorul de protecție (numit frânghie de protecție). În Italia, partenerii cofondatori ai Wind includ ENEL , care și-a pus la dispoziție rețeaua de telecomunicații și know-how-ul .

Evoluții viitoare

Studiile sunt în curs de utilizare a cablurilor supraconductoare pentru transmiterea energiei electrice. Anularea rezistenței electrice ar anula pierderile datorate efectului Joule și ar permite transmiterea aceleiași energii în cabluri de secțiune mai mică. Principala problemă este dificultatea și costul ridicat datorită necesității de a frigida cablurile la temperaturi foarte scăzute, ceea ce face ca proiectul să nu fie convenabil din punct de vedere al costurilor totale ale energiei în comparație cu metodele tradiționale și, prin urmare, să nu fie încă implementat. O altă tehnologie pentru transmiterea energiei electrice este wireless (conform ideii lui Nikola Tesla), dar trebuie să respecte limitele maxime ale câmpului electric și magnetic, precum și a puterii absorbite pe kg de greutate corporală în zonele cu prezență vie ființe umane, nu se aplică în domeniul liniilor de transport al energiei electrice.

Primatele

Fără surse!
Această intrare sau secțiune referitoare la ingineria electrică nu menționează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți .
Puteți îmbunătăți această intrare adăugând citate din surse de încredere în conformitate cu liniile directoare privind utilizarea surselor .

Notă

  1. ^ Copie arhivată ( PDF ), pe die.ing.unibo.it . Adus la 13 ianuarie 2013 ( arhivat la 12 iunie 2013) .
  2. ^ Muzeul Entwicklung der Gleichstromtechnik im Deutschen din München: diagramă memorială pentru prima transmisie a energiei electrice pe o distanță mare , la deutsches-museum.de . Adus la 2 decembrie 2007 (arhivat din original la 23 septembrie 2015) .
  3. ^ Jos Arrillaga, Transmisie de curent continuu de înaltă tensiune , Instituția de inginerie și tehnologie (IET), 1998, p. 1, ISBN 978-0-85296-941-0 . Adus la 6 ianuarie 2009 .
  4. ^ a b Franco Palumberi, ciclul lung Westinghouse în secolul războiului electric asupra comunistului Lotta , iulie-august 2017
  5. ^ Elettrotecnica , Stefano Basile, Pàtron, 1969, Vol. III, a doua parte, Cap. 7.15, pag. 809
  6. ^ Harold I. Sharlin, The making of the electric age , 1963
  7. ^ * Vera Sutermeister Cassano. Carlo Sutermeister între Intra și Val Grande. Verbania Intra: Alberti Libraio Editore, 1992. ISBN 88-85004-99-7
  8. ^ Intrare Réseaux électriques din Encyclopædia Universalis versiunea 10
  9. ^ A. Ardito, M. de Nigris, A. Giorgi, A. Pigini și A. Porrino, The italian 1000 kV project , International Workshop on UHVAC Transmission Technology , Bejing, 22-28 April 2005.
  10. ^ " Terna ", 2016 Electricity Data Analysis , Electricity Balance Arhivat 16 noiembrie 2019 în Internet Archive ., 2016, p. 10.
  11. ^ IEA - Electricitate / căldură după țară / regiune , pe iea.org . Adus la 28 ianuarie 2020 (arhivat din original la 14 aprilie 2016) .

Bibliografie

  • Vittorio Formigari și Piero Muscolino, Tramvaiele din Lazio , Calosci Editore, Cortona, 1982 ( Anexă: centralele hidroelectrice din Tivoli și transportul energiei electrice de la Tivoli la Roma la sfârșitul secolului al XIX-lea , paginile 441-443).

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității GND (DE) 4121178-9 · NDL (EN, JA) 00.57136 milioane
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Trasmissione_di_energia_elettrica&oldid=121294818 ”