Πώς λειτουργεί η μετάδοση ηλεκτρικής ενέργειας;
Η ηλεκτρική ενέργεια μεταδίδεται μέσω των γραμμών ηλεκτρικού ρεύματος που βλέπουμε να τρέχουν σε όλη την ύπαιθρο. Αυτά τα καλώδια υψηλής τάσης είναι κατασκευασμένα είτε από αλουμίνιο είτε από χαλκό και είναι μη μονωμένα. Η ηλεκτρική ενέργεια μεταδίδεται μέσω αυτών των γραμμών ηλεκτρικής ενέργειας στους σταθμούς διανομής. Από εκεί, αποστέλλεται στην πρίζα του σπιτιού σας.
Η μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας είναι ένας πολύ μεγάλος κλάδος της βιομηχανίας, παρά το γεγονός ότι αποτελεί υποσύνολο της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Μετάδοση ηλεκτρικής ενέργειας είναι η μαζική μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας από τον τόπο παραγωγής της (όπως ένας σταθμός παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας) στους τόπους διανομής. Οι διασυνδεδεμένες γραμμές ηλεκτρικής ενέργειας που βλέπουμε να εκτείνονται σε άγονη γη από την πόλη μέχρι τον ορίζοντα συνθέτουν το δίκτυο μεταφοράς. Μόνο χάρη στη σύγχρονη μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας, η ηλεκτρική ενέργεια μεταφέρθηκε εύκολα σε διαφορετικές γεωγραφικές περιοχές και τοπογραφίες όπου κάποτε ήταν αδιανόητο να φτάσει η ηλεκτρική ενέργεια. Πριν προχωρήσουμε στις αποχρώσεις της μετάδοσης ηλεκτρικής ενέργειας, ας ρίξουμε πρώτα μια ματιά στην ιστορία πίσω από αυτήν.
(Πίστωση εικόνας:Pixabay)
Ιστορικό
Στις πρώτες ημέρες μετάδοσης ηλεκτρικής ενέργειας, ασχολούνταν μόνο με τη μετάδοση ρεύματος σταθερής τάσης, επίσης γνωστή ως Συνεχές Ρεύμα (DC). Ήταν δύσκολο να μεταδοθεί DC, καθώς η τάση έπρεπε να αυξηθεί πριν μεταδοθεί. Λόγω των υψηλών προδιαγραφών που απαιτούνται για τη μετάδοση ισχύος συνεχούς ρεύματος, αυτό αποδείχθηκε εξαιρετικά αναποτελεσματικό και όχι οικονομικά εφικτό. Ήταν επίσης υποχρεωτικό οι σταθμοί παραγωγής να βρίσκονται κοντά σε περιοχές διανομής φορτίου, κάτι που θα είχε ως αποτέλεσμα τη δημιουργία μεγάλου αριθμού σταθμών παραγωγής.
Ευτυχώς, αυτό το πρόβλημα λύθηκε σύντομα με την εμφάνιση του εναλλασσόμενου ρεύματος (ΜΕΤΑ ΧΡΙΣΤΟΝ). Αυτός ο τύπος μετάδοσης ξεκίνησε όταν ο Lucien Gaulard και ο John Dixon Gibbs δημιούργησαν την πρώτη δευτερεύουσα γεννήτρια (ο πρώτος μετασχηματιστής) το έτος 1881. Η πρώτη γραμμή AC μεγάλων αποστάσεων είχε μήκος 34 km και κατασκευάστηκε για τη Διεθνή Έκθεση του 1884 στο Τορίνο , Ιταλία. Τροφοδοτήθηκε από εναλλάκτες Siemens &Halske, οι οποίοι παρέδιδαν τροφοδοτικό 2kV. Υπήρχαν επίσης αρκετές άλλες δευτερεύουσες γεννήτριες Gaulard των οποίων οι πρωτεύουσες περιελίξεις συνδέονταν με λαμπτήρες πυρακτώσεως στους δρόμους, οι οποίοι αποδείχθηκαν εξαιρετικά αποτελεσματικοί στο φωτισμό των δρόμων. Αυτό το σύστημα ήταν μια σταθερή βάση πάνω στην οποία η μετάδοση εναλλασσόμενου ρεύματος μπορούσε να αποδειχθεί από την άποψη της μετάδοσης ισχύος σε μεγάλες αποστάσεις.
Υπερυψωμένη και υπόγεια μετάδοση
Ο πιο κοινός τύπος ηλεκτρικής ενέργειας με τον οποίο οι περισσότεροι από εμάς γνωρίζουμε είναι η εναέρια μετάδοση. Αυτές οι εναέριες γραμμές μεταφοράς υψηλής τάσης δεν διαθέτουν καμία μόνωση. Το αγώγιμο υλικό που χρησιμοποιείται για την κατασκευή αυτών των γραμμών μεταφοράς είναι σχεδόν πάντα ένα κράμα αλουμινίου κάποιου είδους. Παρόλο που ο χαλκός πιστεύεται ότι είναι μεγαλύτερος αγωγός ηλεκτρικής ενέργειας από το αλουμίνιο, εξακολουθεί να προτιμάται έναντι του χαλκού. Αυτό οφείλεται κυρίως στο ότι το αλουμίνιο είναι ελαφρύτερο από τον χαλκό, η αγωγιμότητά του είναι μόνο οριακά κατώτερη και είναι εξαιρετικά οικονομικό από μακροπρόθεσμη άποψη σε σύγκριση με τον χαλκό. Οι εναέριες γραμμές μεταφοράς κατασκευάζονται από διάφορες εταιρείες σε όλο τον κόσμο.
(Πίστωση εικόνας:Pixabay)
Η σημερινή τάση στάθμης μετάδοσης για εναέρια καλώδια κυμαίνεται από 110 kV και άνω. Οι τάσεις στα 66kV και 33kV θεωρούνται γραμμές υπομεταφοράς και χρησιμοποιούνται για μετάδοση σε μεγάλη γραμμή όταν τα φορτία είναι ελαφρά. Οι τάσεις κάτω των 33 kV εμπίπτουν στην περιφέρεια του τμήματος διανομής. Ωστόσο, υπάρχουν ορισμένα προβλήματα που συνοδεύουν τη χρήση και την ανέγερση αυτών των εναέριων γραμμών μεταφοράς. Οι δυσμενείς καιρικές συνθήκες, όπως ο δυνατός αέρας και οι χαμηλές θερμοκρασίες, μπορεί να οδηγήσουν σε σοβαρές διακοπές ρεύματος. Οι ταχύτητες ανέμου έως και 43 χλμ./ώρα μπορούν να διασχίσουν γειτονικά καλώδια και να εισβάλουν το ένα στο άλλο, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε φλας και απώλεια ισχύος.
Ένας άλλος τρόπος για να ξεπεραστούν οι ελλείψεις των εναέριων γραμμών μεταφοράς είναι η χρήση υπόγειων γραμμών μεταφοράς. Οι καλύτερες πτυχές των υπόγειων καλωδίων είναι ότι μπορούν να καταλαμβάνουν λιγότερο μήκος γραμμής από τις εναέριες γραμμές. Επίσης δεν επηρεάζονται από τις καιρικές συνθήκες και έχουν χαμηλή έως μηδενική ορατότητα. Το μεγαλύτερο κόστος που επιβαρύνουν εμφανίζεται στο μπροστινό μέρος, δηλαδή το κόστος εκσκαφής και το κόστος μόνωσης. Όχι μόνο αυτό, αλλά η συντήρηση και η επισκευή αυτών των γραμμών είναι πολύ μεγαλύτερες, καθώς είναι δύσκολο να εντοπιστεί και να φτάσει στο συγκεκριμένο σημείο που απαιτεί προσοχή.
(Φωτογραφία:ClarkMills/Wikimedia Commons)
Στις μητροπολιτικές περιοχές όπου χρησιμοποιείται αυτή η μέθοδος μετάδοσης, καλύπτονται από χοντρό μεταλλικό σωλήνα και μονώνονται με διηλεκτρικό μέσο. Αυτή αποδεικνύεται μια έξυπνη μέθοδος σε πολλά μέτωπα. Εάν παρουσιαζόταν σφάλμα που θα προκαλούσε ζημιά στην εξωτερική μεταλλική σωλήνωση, θα προκαλούσε διαρροή του διηλεκτρικού μέσου στο έδαφος, αποτρέποντας έτσι περαιτέρω ζημιά. Συχνά χρησιμοποιούνται οχήματα μεταφοράς υγρού αζώτου για την κατάψυξη τμημάτων του σωλήνα για να καταστεί δυνατή η αποστράγγιση και η επισκευή του κατεστραμμένου τμήματος του σωλήνα. Η θερμοκρασία του σωλήνα και του εδάφους συνήθως παρακολουθούνται συνεχώς καθ' όλη την περίοδο επισκευής. Οι υπόγειες γραμμές περιορίζονται αυστηρά από τη θερμική τους χωρητικότητα, η οποία επιτρέπει λιγότερη υπερφόρτωση ή αναβαθμολόγηση από τις εναέριες γραμμές. Τα μακριά υπόγεια καλώδια AC έχουν σημαντική χωρητικότητα, η οποία μπορεί να μειώσει την ικανότητά τους να παρέχουν χρήσιμη ισχύ σε φορτία άνω των 80 χιλιομέτρων.
Αυτό δείχνει ξεκάθαρα ότι διάφορα είδη μετάδοσης έχουν τα αντίστοιχα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Η ουσία είναι ότι η μετάδοση ηλεκτρικής ενέργειας από τον σταθμό παραγωγής ενέργειας στην πρίζα του σπιτιού σας δεν είναι μικρό κατόρθωμα!
