Sincronia di generatori elettrici

[DonJ]

Ciao EY!

Wow è un sacco che non passo di qui, come state tutti?
Riesco a scrivere qualcosa perché ho finalmente trovato il tempo di farlo (sono in ferie).
Purtroppo - ma solo fino ad un certo punto - ho iniziato a lavorare come elettricista industriale e il tempo libero s'è ridotto un bel po'.

Comunque
in questi giorni sto leggendo una biografia di Tesla (del prof Bernard Carlson) e dei primi generatori elettrici che ha concepito e che ha fatto montare nella centrale elettrica nelle cascate del niagara.
CASUALMENTE l'altro giorno ero proprio alle cascate del niagara (ebbene sì, sono in viaggio in canada, finalmente) e mi è sorta una domanda a cui non sono riuscito a rispondere.

Come tutti sappiamo la rete elettrica italiana è alternata a 50Hz.
Questo significa che tutti i generatori elettrici devono essere in qualche modo sincronizzati all'interno della rete e, nel caso specifico dell'italia, anche con la rete francese e svizzera da cui compriamo l'energia elettrica.
La domanda è: come si fa? Che apparecchi si utilizzano?
In tutte le centrali di produzione elettrica c'è la possibilità di regolare la velocità del generatore, e dunque la potenza prodotta, a seconda della richiesta nazionale.
Ma per "regolare" si intende in termini pratici aumentare o diminuire la velocità del generatore.
Quindi la corrente non avrà sempre una frequenza di 50Hz.
Cosa c'è tra il generatore e la linea elettrica che distribuisce la corrente in giro per il paese?

Come sempre grazie,

Jon

[DonJ]

Ho trovato un po' di articoli che fanno proprio al caso mio:
- Parallelo generatori
- Stabilita' della macchina sincrona
- Il brivido del Parallelo

Quindi, riassumendo quello che ho capito:
tra il generatore e la rete c'è il cosidetto interruttore di macchina che separa i due. L'interruttore è controllato da un sistema elettronico che accelera o rallenta il generatore fino a quando non c'è perfetta sincronia, per poi chiudere l'interruttore di macchina e collegare il generatore alla rete.
Quando la richiesta di corrente elettrica da parte della rete è inferiore a quella prodotta dalle centrali elettriche, i generatori non vengono rallentati (non cambia la velocità, come avevo supposto prima) e quindi mantengono la sincronia. Semplicemente i generatori vengono "spinti" meno dalla turbina e si mantengono in fase grazie alla corrente di sincronizzazione.
Quindi in sostanza è come se un generatore facesse da "master" e dettasse la frequenza per gli altri "slave" che diventano quasi degli utilizzatori più che dei generatori.
Allora mi viene da supporre che se io - ad esempio - chiudessi l'acqua ad una turbina di una centrale idroelettrica senza scollegare il generatore dalla rete, quella continuerebbe (ipoteticamente) a ruotare alla stessa velocità perché sarebbe mantenuta in fase dalla rete. Poi dal lato pratico immagino che sarebbe un disastro (se qualcuno sapesse spiegarmi dettagliatamente il perché gliene sarei grato!)
Tutto qua insomma, dopo l'avvio del generatore la rete si mantiene in fase da sola.

Ragionamento giusto?

Inoltre ho la centrale idroelettrica di Ligonchio a qualche chilometro di distanza, dovrei proprio sentire dall'ENEL se fanno delle visite guidate in sala macchine

[Enzipped]

Ciao

Dunque, ripescando dall'esame di Sistemi Elettrici per l'Energia (ma sono un po' arrugginito!) in linea di massima è come dici, ma con qualche correzione: la regolazione al giorno d'oggi viene fatta ovviamente con sistemi di controllo automatizzati, che guardano la fase della rete (ipotizziamola a potenza infinita per semplicità di modo tale che l'entità del singolo generatore non sia rilevante) ed inseriscono il generatore solo quando lo scarto tra la tensione generata e quella di rete scende sotto una certa tolleranza.

In passato veniva fatto manualmente: se non ricordo male c'era un circuito apposito con indicatori luminosi che si accendevano grazie alla corrente che vi si stabiliva proprio per via dello sfasamento tra le due tensioni (rete e generatore) e la regolazione veniva fatta "a mano".

Sul funzionamento: si, la velocità dei generatori è circa costante (altrimenti varierebbe la frequenza della tensione e questo ovviamente non è accettabile). Quello che cambia è appunto la coppia fornita all'albero dalla turbina: quando ci sono cali di carico infatti le valvole delle turbine vengono chiuse, così da generare meno potenza meccanica. Se ciò non avvenisse ad una riduzione del carico elettrico richiesto, a parità di potenza meccanica immessa, si avrebbe un'accelerazione del rotore che andrebbe in fuga (usando il gergo tecnico).

Se si scollega la turbina la macchina non viene mantenuta dalla rete (chi fornirebbe l'energia meccanica?) ma semplicemente rallenterebbe in maniera molto brusca fino a fermarsi. Il carico elettrico infatti corrisponde ad una coppia frenante dei generatori: tolta l'energia meccanica in ingresso non c'è nulla che tenga il rotore in rotazione.

Spero di non aver detto troppe amenità, quell'esame l'ho dato diversi mesi addietro cavando fuori un misero 24

[Chiodo]

Come tutti sappiamo la rete elettrica italiana è alternata a 50Hz.
Questo significa che tutti i generatori elettrici devono essere in qualche modo sincronizzati all'interno della rete e, nel caso specifico dell'italia, anche con la rete francese e svizzera da cui compriamo l'energia elettrica.
La domanda è: come si fa? Che apparecchi si utilizzano?

Questo è il problema della regolazione di frequenza. In realtà le regolazioni si suddividono in primaria e secondaria. In più c'è la regolazione di reti interconnesse la cui problematica è più vasta e complessa poiché coinvolge più reti nazionali collegate. Prova a guardare qui:http://www.electroyou.it/vis_resource.php?section=Lezio&id=161

Cosa c'è tra il generatore e la linea elettrica che distribuisce la corrente in giro per il paese?

Solitamente prima della linea elettrica c'è un bel trafo elevatore da media ad altissima. In ogni caso nelle centrali idroelettriche di una volta era presente un regolatore di velocità con un pendolo di watt collegato ad un servomotore con cassetta di distribuzione e compensato da un variagiri. Attualmente nelle centrali moderne si attua una regolazione automatica che implementa gli schemi a blocchi e le fdt che rispecchiano il funzionamento di questo regolatore che è ancora presente in vecchie centrali, come appunto quelle idroelettriche.

Ho trovato un po' di articoli che fanno proprio al caso mio:

In realtà questi articoli parlano di un altro aspetto dei sistemi elettrici per l'energia in fase di generazione: la problematica della stabilità del parallelo di una macchina con la rete. Essa non è proprio legata alla regolazione in frequenza che si svolge su tempi relativamente lunghi (decine di secondi), ma al contrario studia la possibilità che ha o meno la macchina di mantenere il parallelo senza rischi con la rete a fronte di un disturbo di potenza anche repentino (la stabilità del parallelo solitamente si decide in un tempo inferiore al secondo).

In tutte le centrali di produzione elettrica c'è la possibilità di regolare la velocità del generatore, e dunque la potenza prodotta, a seconda della richiesta nazionale.

Nei parchi eolici come in praticamente quasi tutte le altre rinnovabili non è possibile fare regolazione in frequenza. Purtroppo un futuro solo con rinnovabili non è ancora possibile con l'idea di rete che abbiamo ora.

[Chiodo]

Un regolatore di velocità è schematizzato come segue:

[DonJ]

Perfetto, adesso è chiaro, grazie ad entrambi per le risposte!