Centralele Electrice

CENTRALELE ELECTRICE – TRANSMITEREA ENERGIEI ELECTRICE LA DISTANTA

Energia electrica produsa de centralele electrice suferă mai multe transformări ale tensiunii pentru a putea fi transportata cu pierderi cat mai mici la distante cat mai mari si apoi utilizata de către consumatori. Transportul energiei electrice la distante mari si foarte mari( de ordinul zecilor respectiv sutelor de kilometri) trebuie deci făcuta pe linii electrice de înalta si foarte înalta tensiune(110,220,400,750 kv). Transportul energiei electrice la distante relativ mici ( de ordinul kilometrilor sau cel mult câteva zeci de kilometri) se face cu ajutorul liniilor de medie tensiune(6,10,20 kv) iar la distante foarte mici (de ordinul sutelor de metri), pe linii de joasa tensiune(0.4kV). Cu cat tensiunea este mai mare cu atât curentul este mai mare si ca urmare pierderile pentru transportul energiei electrice scad foarte mult deoarece sunt proporţionale cu pătratul curentului.

Transformarea nivelurilor de tensiune necesare transportului energiei electrice cu pierderi cat mai mici cu ajutorul liniilor electrice, au loc in staţiile si posturile de transformare, care sunt noduri ale sistemului electroenergetic si la care sunt racordate liniile electrice.

TRANSPORTUL DE CURENT LA MARI DISTANTE

La sfarsitul secolului XIX transportul de energie in general devenise o problema acuta pentru dezvoltarea industriei . S-au încercat in acea perioada diferite soluţii, pentru a se găsi cea mai avantajoasa din punct de vedere tehnic si economic.

Este interesant de menţionat ca , inca din 1884 , s-a construit la Londra o reţea de conducte cu lungimea de 112 km pentru transportul de energie prin intermediul apei. Presiunea la ieşirea din pompe era de 50-80 atmosfere. Sistemul deservea 2 200 de motoare hidraulice.

La Paris, in 1897, s-a experimentat un transport de energie la un kilometru distanta, prin tuburi folosind ca agent aerul comprimat, la 6 atmosfere presiune. Puterea motorului central era de 2 000 CP.

Nici unul din aceste sisteme nu s-a dovedit viabil, fiind greoaie in exploatare si având pierderi mari.

Avantajele electricitatii au impus soluţia transportului de energie electrica. La început progresul n-a fost prea rapid, dar după invenţia lui Gramme si apoi după acelea ale lui Tesla si Dolivo-Dobrovolski, ritmul perfectionarii s-a accelerat.

Prima experienţa de transmitere la distanta a curentului continuu a avut loc in 1873, la Expoziţia de la Viena, când inginerul Fontaine a realizat o demonstraţie publica de transmitere a energiei electrice la distanta de un kilometru.

In septembrie 1874, F.A.Piroţki , ofiţer de artilerie din armata rusa, a instalat un dinam de 6 CP acţionat de o locomobila, transmiţând curentul la 50 de metri. După un an a transmis energia electrica la un kilometru; puterea transmisa era de sase ori mai mare decât cea transmisa la Expoziţia de la Viena.

Concluzia trasa de Piroţki a fost insa ca transportul de electricitate se poate face numai prin conductori groşi.

In 1880, Piroţki a experimentat electrotransmisia pe şinele de tramvai cu cai din Petersburg, făcând sa circule un vagon mişcat de un motor electric.

Problema transportului de energie electrica a fost rezolvata principal si practic la începutul celui de-al 9-lea deceniu al secolului al XIX-lea.

In octombrie 1881 a avut loc la Paris Congresul mondial al electrotehnicienilor, unde Marcel Deprez, fizician si electrotehnician francez (1843-1918), a prezentat raportul Despre transmiterea si distribuţia curenţilor electrici , in care demonstra teoretic ca randamentul electromotorului nu depinde de rezistenta liniei de transport exterioare si ca transportul energiei electrice la distanta este posibil fara pierderi mari. Raportul avea la baza comunicările făcute de Deprez in 1880. Tot in 1880, fizicianul rus D.A.Lacinov (1842-1902), in lucrarea sa intitulata Lucrul electromecanic, ajunsese, independent de Deprez, la aceleaşi concluzii.

In 1882, Deprez realizează o experienţa de mare însemnătate, reuşind sa transporte cu ajutorul unui fir de telegraf curentul electric produs de un generator Misbach si München. Puterea transmisa era de 3 CP, tensiunea la bornele generatorului fiind de 1500-2000 V.

Continuându-si experienţele, Deprez a reuşit sa transporte o putere de câteva sute de kw la circa 100 de kilometri. Mărimea distantei reclama ridicarea tensiunii. Deprez a atins un maxim de 6000V; mai mult n-a putut realiza, deoarece izolaţia lamelelor din colectoarele generatoarelor nu rezista.

In 1883 au apărut sistemele de curent continuu cu trei conductori, ceea ce a permis mărirea importanta a teritoriului alimentat de fiecare centrala electrica.

In experienţele care au fost efectuate in Franţa in 1883 si 1885 s-au atins randamente ale transmisiei de energie electrica intre 45 si 62%.

Astfel au fost dezminţite aprecierile pesimiste din 1882 ale unor savanţi care socoteau ca randamentul la transmisia electricitatii pe distante mari nu va putea depasi 50 %.

TRNSFORMATORUL IN AJUTORUL LINIILOR ELECTRICE

Tehnica curenţilor alternativi a putut ajunge la dezvoltarea pe care a luat-o către sfarsitul secolului al XIX-lea numai datorita transformatorului electric, care permite sa se ridice sau sa se coboare tensiunea curentului electric. Stramosul transformatorului a fost bobina Ruhmkorff, derivata din experienţele lui Faraday. Un transformator de tensiune a fost construit de Gramme sub forma de maşina rotativa si prezentat academiei de Stiinte din Paris in 1874. Un transformator rotativ a construit ulterior si francezul Cabanellas, dându-i numele de “robinet electric”.

Transformatorul electric este un aparat static cu doua sau mai multe infasurari cuplate magnetic, cu ajutorul căruia se schimba valorile mărimilor electrice ale puterii in curent alternativ (tensiunea si curentul), frecventa ramanand aceeaşi.

Funcţionarea transformatorului are la baza fenomenul de inducţie electromagnetica. Pentru realizarea unui cuplaj magnetic cat mai strâns, infasurarile aşezate pe un miez feromagnetic. La frecvente mai mari de 10 kHz transformatorul se realizează fara miez feromagnetic.

In funcţie de destinaţia lor, in principal , transformatoarele sunt:

- de putere care alimentează anumiţi consumatori sau conectează intre ele diferite sisteme energetice

- de măsura prin intermediul cărora se pot măsura caracteristicile unui anumit sistem, de înalta tensiune sau curenţi mari

Primul transformator industrial propriu-zis, construit ca aparat static, a fost realizat de Gaulard si Gibbs, in Anglia, in 1882, pentru a asigura funcţionarea lămpilor cu arc., bobinele transformatorului erau montate pe un cilindru gol , din lemn, in care se introducea o bara de fier.

In 1882 I.F.Usaghin, preparator la Universitatea din Moscova, a demonstrat in public un tip de transformator care se apropia de forma actuala, cu miezul in întregime din fier si cu un circuit magnetic închis. Miezul era format dintr-un pachet de bare rotunde din fier, aşa cum se utiliza si la maşinile electrice care se construiau in acea vreme.

Pentru transportul energiei electrice in curent alternativ – adevăratul domeniu de aplicaţie al transformatorului - barele de fier au fost înlocuite cu tole izolante; in felul acesta au realizat construcţii robuste Brown si Schuckert in Europa si Westinghouse in America. In America s-au realizat in 1890 primele transporturi de curent alternativ bifazic, cu aparataj realizat de Westinghouse pe baza brevetelor lui Tesla. Transformatoarele trifazice au apărut pentru prima data la Expoziţia de electricitate din Frankfurt, din 1819, fiind construite de Brown si Schuckert după proiectul lui Dobrovolski.

Inca înainte de 1890 a apărut si transformatorul cu ulei, realizat de Swinburne. In preajma anului 1900 se poate spune ca, pe baza curentului trifazic, tehnica transportului de energie electrica rezolvase principalele probleme. Odată transformatorul de energie perfecţionat, a început o perioada de dezvoltare rapida a electroenergeticii si a transportului de electricitate. Stimulentul îl constituiau cerinţele rapid crescânde in ce priveşte transmisia de energie pentru alimentarea industriei, stimulent cu mult mai puternic din punct de vedere economic in comparaţie cu cel pe care-l constituise in perioadele de început iluminatul electric.