Trasmissione di energia elettrica
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La trasmissione di energia elettrica è il passaggio intermedio tra la produzione e la distribuzione agli utilizzatori.
Oltre agli elettrodotti, operanti a tensioni di centinaia di migliaia di volt in corrente alternata, la rete di trasmissione comprende interruttori, trasformatori e strumenti di misura.
Lo scopo è quello di portare l'energia dalle centrali elettriche fino ai luoghi di utilizzo, città e zone industriali, che possono essere distanti decine o centinaia di chilometri. La posizione geografica delle centrali è infatti vincolante nel caso di impianti idroelettrici, geotermici o eolici, è determinata da convenienza economica per l'approvvigionamento di combustibile o dettata da esigenze di sicurezza o inquinamento.
La rete di trasmissione ha anche la funzione di interconnettere i centri di produzione non solo nazionali ma anche transnazionali al fine di ottimizzare la produzione. Il consumo energetico non è infatti costante, ma cala notevolmente durante le ore notturne, ma mentre alcune centrali possono essere portate a regimi di produzione inferiori (es. le centrali idroelettriche), per altre non è possibile. Grazie alla rete di trasmissione è possibile riallocare le risorse riducendo gli sprechi energetici. Alcuni impianti idroelettrici inoltre sono reversibili, possono cioè sollevare acqua dal bacino inferiore a quello superiore durante la notte per accumulare energia prodotta da altre centrali, ricevuta attraverso la rete.
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[modifica] Storia
La prima linea sperimentale di trasmissione trifase ad alta tensione fu installato nel 1891 in occasione della mostra internazionale sull'elettricità di Francoforte sul Meno. Proveniva da Lauffen, con una lunghezza di 175 km e una tensione di 15-25 kV (15000-25000 volt).
Il primo elettrodotto commerciale fu realizzato nel 1896 dalla società Westinghouse negli Stati Uniti per collegare la centrale installata alle cascate del Niagara con la città di Buffalo (New York), distante 80 km.
In origine i fili erano sostenuti da singoli isolanti in porcellana simili a quelli usati nelle linee del telegrafo e del telefono, imponendo un limite di 40kV. Nel 1907 fu inventato l'isolatore composto usato oggigiorno da parte di H. W. Buck della società di gestione della centrale di Niiagara e E. M. Hewlett della General Electric. Con questo sistema fu possibile costruire isolanti di lunghezza arbitraria per fare fronte a qualunque tensione.
In Italia la realizzazione di elettrodotti ebbe forte impulso a cavallo dell'inizio del XX secolo. Nel 1900 la città di Milano contava 180 km di linee elettriche, di cui 80 in alta tensione.
Nel 1912 fu realizzata la prima linee trifase a 110 kV tra Lauchhammer e Riesa. Il 17 aprile 1929 fu inaugurata la prima linea a 220kV in Germania tra Brauweiler (vicino a Colonia) via Kelsterbach (presso Francoforte) fino all'Austria. I piloni di qeusta linea furono progettati tenendo conto di un eventuale incremento a 380kV.
La prima linea a 380kV fu però attivata il 5 ottobre 1957 tra le stazioni di Rommerskirchen e Ludwigsburg/Hoheneck.
Nel 1967 fu installata in Quebec una linea a 735kV. In Unione Sovietica fu attivato nel 1982 un elettrodotto da 1200KV (1,2 MV).
[modifica] Immissione in rete
Nelle centrali elettriche l'energia è prodotta in media tensione, fino a 25 kV. Per immettere l'energia nella rete di trasmissione si usano trasformatori elevatori. È necessario inoltre sincronizzare e mettere in fase la rotazione degli alternatori prima di connetterli alla rete.
[modifica] Prelievo
L'energia viene prelevata dalla rete in apposite sottostazioni ricevitrici, dove i trasformatori riducono la tensione ai valori compatibili con la rete di distribuzione o di sotto-trasmissione locale.
[modifica] Perdite
La convenienza del trasporto dell'energia elettrica aumenta con l'aumentare della tensione. La perdita di energia in un elettrodotto è dovuta principalmente all'effetto Joule, per il quale la corrente elettrica che scorre nei cavi produce calore. Poiché la potenza trasferita dalla linea è uguale al prodotto di tensione per corrente, si intuisce che, a parità di potenza, è sufficiente aumentare la tensione per ridurre la corrente e quindi le perdite.
L'uso di tensioni elevate presenta dei limiti, dovuti principalmente al problema dell'isolamento. L'aria infatti ha una rigidità dielettrica di circa 10000 volt per ogni centimetro, oltre la quale si innesca una scarica elettrica che oltre a disperdere energia danneggia conduttori ed isolanti. Nelle linee a centinaia di kilovolt la lunghezza degli elementi isolanti che sostengono i cavi e tutte le distanze cavo-cavo e cavo-traliccio sono nell'ordine dei metri.
Quando la tensione supera il milione di volt subentrano altri fenomeni negativi, come la formazione di scariche conduttore-aria e l'effetto corona, per cui i fili emettono una caratteristica luminescenza e disperdono energia. tensioni elevate rendono problematica anche la realizzazione di trasformatori e interruttori.
In caso di pioggia l'acqua che si deposita sulla superficie degli isolanti rappresenta un percorso a bassa impedenza per la corrente. Per questo gli isolanti sono costituiti da una seria di piatti con la parte concava rivolta verso il basso, in modo che ciascun elemento rimanga parzialmente asciutto.
Nei sistemi in corrente alternata diventano rilevanti la capacità e l'induttanza. Questi fenomeni sono causa di formazione di potenza reattiva (vedi fattore di potenza) che non contribuisce a fornire energia al carico utilizzatore ma produce un flusso di corrente supplementare e quindi ulteriori perdite per effetto Joule. Nella rete vengono introdotti sistemi automatici di compensazione della potenza reattiva come condensatori o speciali trasformatori che contribuiscono inoltre a stabilizzare la tensione.
[modifica] Corrente continua
Sebbene le linee di trasmissione operino prevalentemente in corrente alternata allo scopo di permettere l'impiego dei trasformatori, esistono particolari casi i cui viene adottata la corrente continua.
I sistemi HVDC (High Voltage Direct Current) sono usati per interconnettere tra loro reti con differente frequenza (asincrone). Per trasmissioni su lunghe distanze, in particolare dove non sia possibile introdurre elementi di compensazione, può essere più conveniente l'impiego di corrente continua al posto dell'alternata, poiché si eliminano le perdite dovute allo sfasamento e per perdita capacitiva. È il caso dei lunghi cavi sottomarini per il trasporto di energia. È necessario però che alle due estremità della linea siano installati dei convertitori in grado di interconnettere la linea HVDC con la rete ordinaria. Un tempo erano usati convertitori basati sull'accoppiamento di una dinamo con un motore elettrico oppure un motore in corrente continua con un alternatore, oggi si preferiscono sistemi elettronici.
La corrente continua è largamente usata nella trazione ferroviaria, dove sono impiegate linee di trasmissione specifiche alimentate da stazioni di conversione.
[modifica] Linee di comunicazione
le linee di trasmissione possono essere utilizzate per le telecomunicazioni. Le società di gestione delle reti hanno necessità di mettere in comunicazione tutti i punti nodali per coordinare le operazioni e per monitorare il funzionamento degli impianti. La trasmissione dei dati può sovrapporsi alle linee elettriche con segnali in onde corte, oppure possono essere utilizzate fibre ottiche libere o integrate nel conduttore di protezione. In Italia, tra i soci cofondatori della Wind figura l'ENEL, che ha messo a disposizione la propria rete di telecomunicazione e il proprio know-how.
[modifica] Sviluppi futuri
Sono in corso studi per impiegare cavi superconduttori per la trasmissione di energia elettrica. L'annullamento della resistenza elettrica annullerebbe le perdite per effetto Joule e permetterebbe di trasmettere più energia in cavi di minore sezione. Il problema principale è la difficoltà e il costo energetico elevato dovuto alla necessità di refrigerare i cavi a bassissima temperatura, pertanto questo non è stato ancora attuato in italia.
[modifica] Primati
- Maggiore tensione in corrente alternata: 1150 kV sulla linea Ekibastuz-Kokshetau in Kazakhstan;
- Maggiore tensione in corrente continua: +/-600 kV sulla linea HVDC Itaipu a San Paolo Brasile;
- Piloni più alti: 253 e 240 metri per superare il fiume Guangdong in Cina;
- Linea terrestre più lunga: Inga-Shaba in Zaire (1700 km);
- Cavo sottomarino più lungo: Basslink tra Australia e Tasmania (in costruzione, 290 km sottomarini, 357.4 km totali), Baltic-Cable tra Germania e Svezia (249 km sottomarini, 261 km totali)
[modifica] Voci correlate
- Produzione di energia elettrica
- Distribuzione di energia elettrica
- Elettrodotto
- Linea elettrica
- Sistema trifase
- Cavo sottomarino
