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Stato attuale degli studi sulla trasmissione d'energiaa corrente continua ad alta tensione

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Academic year: 2022

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limite p e r l'innescarsi del f e n o m e n o , e coincideva con quella prevista con il calcolo.

La descrizione delle o p e r a z i o n i grafiche ed a n a - litiche eseguite esorbita dai limiti imposti alla pre- sente esposizione.

5. - Conclusione.

Lo studio c o m p i u t o ha permesso di i n d i v i d u a r e i p a r a m e t r i che d e t e r m i n a n o l ' a n d a m e n t o n e l tem- po del fenomeno di a u t o e c c i t a z i o n e . Essi possono essere calcolati in sede di p r o g e t t o o p p u r e essere rilevati in sede di collaudo m e d i a n t e p r o v e assai semplici, che non r i c h i e d o n o di s o t t o p o r r e la mac- c h i n a a carico nè attivo nè r e a t t i v o . Conoscendo il valore di tali p a r a m e t r i è possibile stabilire con sufficiente esattezza, a l m e n o p e r q u a n t o r i g u a r d a il fenomeno dell'autoeccitazione, la m i n i m a velo- cità con cui devono intervenire i regolatori di ten- sione.

Mario Picchi, Alfredo Vallini Pisa - Istituto di Elettrotecnica dell'Università.

BIBLIOGRAFIA

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a Giancarlo Vallauri

Stato attuale degli studi sulla trasmissione d'energia a corrente continua ad alta tensione

Riassunti gli studi compiuti o in corso di esecuzione sulla trasmissione d'energia a corrente continua ad alta tensione, si accenna a quelli che verranno effettuati presso l'I.E.N.G.F. e si considera la convenienza

che esperienze di esercizio vengano compiute in Italia.

1. - Indirizzo generale degli studi.

Le esperienze sulla trasmissione a corrente con- t i n u a ad alta tensione con sottostazioni di conver- sione a v a p o r e di m e r c u r i o e b b e r o inizio poco p r i - ma d e l l ' u l t i m a guerra. A b b a n d o n a t o il vecchio concetto di T h u r y della p r o d u z i o n e diretta del- l'energia a corrente continua ad alta tensione, si delineò con esse la figura d e l l ' i m p i a n t o m o d e r n o di trasmissione a c o r r e n t e c o n t i n u a , con p r o d u z i o n e m e d i a n t e generatori trifasi e d o p p i a conversione, da corrente a l t e r n a t a in corrente continua in par- tenza, da c o r r e n t e continua in c o r r e n t e alternata al- l ' a r r i v o . L'uso dei convertitori a v a p o r e di mercu- rio p e r la d o p p i a conversione fu conseguenza del progresso costruttivo dei c o m m u t a t o r i corrispon- d e n t i , c h e , s o p r a t t u t t o con l ' i n t r o d u z i o n e delle gri- glie di c o m a n d o e di elettrodi ausiliari fra a n o d o

e catodo, consentivano nella m a n i e r a migliore la conversione n e i due sensi a tensione e l e v a t a : altri c o m m u t a t o r i , quelli di M a r x , ad arco in aria com- pressa, p u r e studiati p e r le alte tensioni, n o n riusci- vano a l t r e t t a n t o convenienti, così che furono scar- tati a l l ' a t t o degli studi, di poco posteriori, p e r la progettazione e l'esecuzione della linea Elba-Ber- lino, di cui sarà fatta p a r o l a in seguito.

In questo t i p o di i m p i a n t i , il sistema di p r o d u - zione e quello di trasmissione p e r m e t t o n o di u n i r e i vantaggi economici della p r o d u z i o n e m e d i a n t e ge- n e r a t o r i trifasi e quelli della trasmissione a cor- rente continua attraverso linee, aeree o in cavo, a due o a d d i r i t t u r a a un solo c o n d u t t o r e , con r i t o r n o p e r il t e r r e n o . P e r contro la d o p p i a conversione accresce il costo complessivo degli i m p i a n t i , atte- n u a n d o e a n n u l l a n d o a volte, secondo i valori delle

potenze da t r a s m e t t e r e e delle distanze di trasmis- sione, e il percorso della linea, i vantaggi econo- mici del sistema di trasmissione.

M e n t r e nei confronti della trasmissione a cor- rente continua con p r o d u z i o n e diretta di energia di questa forma, la trasmissione a c o r r e n t e continua con p r o d u z i o n e a corrente trifase e d o p p i a conver- sione ha o t t e n u t o u n a facile prevalenza, nei con- fronti con la trasmissione trifase si è stabilita u n a competizione, c h e , risoltasi nel p e r i o d o i m m e d i a t a - m e n t e successivo alla guerra a favore della trasmis- sione trifase a tensione oltre 200 kV e fino a 400 k V , non p u ò dirsi a n c o r a chiusa.

2. - Schemi usati. Esperienze passate o in corso di esecuzione.

Due schemi di trasmissione a corrente raddriz- zata furono s p e r i m e n t a t i da p r i n c i p i o , quello in serie, a corrente costante, seguendo in questo il con- cetto classico di T h u r y , quello in derivazione, a tensione costante, p i ù c o r r i s p o n d e n t e , come moda- lità d'esercizio, agli usuali i m p i a n t i di trasmissione tritasi.

Negli Stati Uniti d ' A m e r i c a , fra Schenectady e Mechanicville, nel 1936, la G . E . C . eseguì la tra- smissione s p e r i m e n t a l e di circa 180 A a 15 k V , col sistema a corrente costante, servendosi dello schema monociclico di Steinmetz p e r passare dal circuito a tensione costante del generatore a quello a c o r r e n t e costante del trasformatore, del c o m m u t a t o r e e della linea di trasmissione, o viceversa da questo a q u e l l o dell'utilizzatore (fig. 1) [ 1 ] . Tale schema non ha avuto diffusione in seguito, forse anche in conse- guenza del fatto che al p r o b l e m a della trasmissione a corrente continua n o n sono state dedicate in Ame- rica ulteriori speciali attenzioni, essendosi rivolte piuttosto le case costruttrici a m e r i c a n e , specie dopo la g u e r r a , verso lo studio dei p r o b l e m i della trasmissione trifase a tensione superiore a 220 k V . T u t t i gli studi c o m p i u t i e in corso di esecuzione in E u r o p a sono stati effettuati invece su linee di trasmissione a tensione costante. Lo schema dei convertitori prescelto il p i ù delle volte è quello trifase di Graetz, che meglio si adatta alle alte ten- sioni d'esercizio, perchè c o m p o r t a il m i n o r valore della tensione inversa, eguale a quello della ten- sione r a d d r i z z a t a , anzichè circa d o p p i o di essa, co- me avviene negli schemi con conduzione a u n a sola via. P e r le tensioni di esercizio maggiori sono stati usati o previsti p i ù g r u p p i tritasi connessi in serie in ogni convertitore ed e v e n t u a l m e n t e p i ù elementi di c o m m u t a t o r i in serie nello stesso lato dello sche- m a . Usando elementi dei tipi più recenti, che pos- sono sostenere con piena sicurezza u n a tensione di esercizio di 50 k V , lo schema della fig. 2, con due g r u p p i in serie fra loro e due elementi di c o m m u t a - tore in serie in ogni lato dello schema, p e r m e t t e di effettuare una trasmissione a 200 k V : m e t t e n d o a terra il p u n t o di connessione fra i due g r u p p i , i due c o n d u t t o r i di linea si trovano a potenziali di

Fig. 1. - Trasmissione a corrente costante con schema mono- ciclico di Steinmetz.

L ' u s o di elementi p e r tensioni p i ù elevate o p e r correnti più intense, che non è impossibile co- struire, consentirebbe la trasmissione di potenze p r o p o r z i o n a l m e n t e maggiori. Con elementi simili e schemi p i ù semplici costituiti da un solo g r u p p o avente un elemento in ogni lato del c o m m u t a t o r e ( q u i n d i c o m p r e n d e n t e 6 elementi di c o m m u t a t o r e in tutto) è possibile effettuare la trasmissione di po- tenze d e l l ' o r d i n e di 12-15 M W , a 50-60 k V , con un estremo di un convertitore a t e r r a o con r i t o r n o p e r la t e r r a .

Il p r i m o i m p i a n t o a tensione costante ad alta tensione, s p e r i m e n t a t o in E u r o p a , fu installato dalla B . B . C . di B a d e n nel 1939, fra Wettingen e Zurigo (30 km), in occasione dell'Esposizione na- zionale svizzera t e n u t a q u e l l ' a n n o in quella città [ 2 ] . La potenza trasmessa era di 500 k W , la ten- sione di 50 k V . Lo schema dei convertitori era con conduzione a u n a sola via (fig. 3); i c o m m u t a t o r i , polianodici, e r a n o in cilindro di acciaio.

A p a r t e le esperienze, di poco successive, sul- l ' i m p i a n t o da L e h r t e a Misburg ( H a n n o v e r - -Braunschweig) p e r la trasmissione di 16 MW a 80 kV con convertitori equipaggiati con c o m m u t a t o r i di Marx ad arco in aria compressa, che avevano p e r scopo la messa al p u n t o di questi c o m m u t a t o r i e n o n h a n n o avuto seguito, come già è stato accen- n a t o , n u m e r o s e esperienze sono state eseguite in E u r o p a a p a r t i r e da quegli a n n i , con convertitori a v a p o r e di m e r c u r i o , quasi sempre in cilindro di acciaio [ 3 ] .

La Siemens aveva eseguito delle prove a Sie- mensstadt, fin dal 1937, con a m p o l l e m o n o a n o d i - che in vetro, a 75 k V , 4 A r a d d r i z z a t i , e altre ne compì anni d o p o , fra C h a r l o t t e n b u r g e Moabit (di-

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Fig. 13. - Diagramma fornito dalla prova con capacità limite.

Nella stessa figura 11 sono r i p o r t a t i a n c h e i d i a g r a m m i calcolati e rilevati della c o r r e n t e nel- l'avvolgimento rotorico i1 in funzione del t e m p o . L ' o s c i l l o g r a m m a di figura 12 si riferisce invece ad u n a p r o v a eseguita con capacità p a r i al valore limite calcolato (141 µF con collegamento a t r i a n - golo); di tale oscillogramma p e r ragioni p r a t i c h e sono stati r i p o r t a t i solamente t r e t r a t t i ma i dati da esso forniti sono stati riassunti nel d i a g r a m m a di figura 13. È interessante n o t a r e come n e i p r i m i istanti si sia a v u t o un inizio di autoeccitazione che è successivamente cessato, p r o b a b i l m e n t e p e r la d i m i n u i t a velocità della m a c c h i n a , stabilizzandosi la tensione ai morsetti ad un valore di poco supe- riore alla f.e.m. dovuta al m a g n e t i s m o r e s i d u o .

In seguito p e r q u a l c h e causa accidentale è a u - m e n t a t a , sia p u r e di p o c o , la velocità del g r u p p o e il fenomeno ha avuto inizio di n u o v o , svolgen- dosi secondo l ' a n d a m e n t o previsto.

L ' i n s t a b i l i t à riscontrata dimostra che la capa- cità con cui si è o p e r a t o era effettivamente quella

100 k V ; con u n a corrente continua di 250 A, che p u ò facilmente ottenersi con gli elementi indicati, è possibile t r a s m e t t e r e u n a potenza di 50 M W .

(2)

+ 100 kV 2 5 0 A 50 MW - 1 0 0 k V Fig. 2. - Schema di sottostazione di conversione per tra-

smissione a 200 kV.

stanza 4,6 k m ) p e r la trasmissione di 10-15 MW a 100 kV con c o m m u t a t o r i in cilindro d'acciaio. Al- t r e esperienze sono state c o m p i u t e dalla B . B . C . n e l 1946, a B o d i o , p e r la trasmissione di 300-400 A, a 33 k V . Esperienze di esercizio della maggiore im- p o r t a n z a avrebbero dovuto esser effettuate su im- p i a n t i a c a r a t t e r e i n d u s t r i a l e studiati e costruiti dalla Siemens, p e r la trasmissione di 100 M W , a 440 k V , fra F ü r s t e n b e r g e B e r l i n o , e dalla A . E . G . , p e r la trasmissione di 60 M W , a 440 k V , fra Vocke- r o d e (Dessau) e Berlino-Marienfeld. P o r t a t i a b u o n p u n t o verso l'inizio del 1945, tali i m p i a n t i vennero smantellati dopo l'occupazione della G e r m a n i a , nè esperienze conclusive d'esercizio p o t e r o n o aver luo- go. Restano soltanto i risultati dei n u m e r o s i studi

Fig. 3. - Schema della trasmissione a 50 kV Wettingen-Zu- rigo (1939).

teorici eseguiti in quell'occasione, raccolti da K.

Baudisch in un libro di recente pubblicazione [ 4 ] . Si pensa anche che tali esperienze siano state con- t i n u a t e in Russia d o p o la g u e r r a , servendosi spe- cialmente del m a t e r i a l e tedesco ricavato dagli im- p i a n t i s m a n t e l l a t i ; ma di esse n o n si h a n n o notizie.

Esperienze sistematiche sono state iniziate n e l 1946, in collaborazione fra la Casa svedese A . S . E . A . e il Swedish State P o w e r B o a r d , e sono in corso a t t u a l m e n t e , a T r o l l h ä t t a n , nella Svezia centro-oc- cidentale, e fra T r o l l h ä t t a n e Mellerud (distanza circa 50 k m ) [ 5 ] . T a n t o a T r o l l h ä t t a n q u a n t o a Mellerud sono installate due piccole sottostazioni s p e r i m e n t a l i di conversione, ognuna equipaggiata con due convertitori predisposti p e r il funziona- m e n t o t a n t o da r a d d r i z z a t o r i q u a n t o da invertitori.

I convertitori, connessi secondo lo schema di Graetz, h a n n o il c o m m u t a t o r e costituito da 6 elementi m o - n o a n o d i c i ; la tensione r a d d r i z z a t a è di 45 k V , la corrente r a d d r i z z a t a di 72 A. Vari s t r u m e n t i di m i s u r a sono installati nelle due sottostazioni; p a r - t i c o l a r m e n t e n u m e r o s i quelli di T r o l l h ä t t a n . Le due sottostazioni sono collegate da u n a linea a cor- r e n t e trifase, a 55 k V , due c o n d u t t o r i della q u a l e sono stati a d i b i t i p e r queste esperienze.

La connessione in serie dei due g r u p p i di ognuna delle due sottostazioni, secondo u n o schema simile a quello della fig. 2, salvo l'esistenza di un solo ele- m e n t o m o n o a n o d i c o in serie in ogni lato di esso, consente di effettuare la trasmissione attraverso la linea considerata di circa 6 500 k W , a 90 kV rad- drizzati. Esperienze di trasmissione del genere sono state r i p e t u t e p i ù volte da Mellerud a T r o l l h ä t t a n , funzionando q u e s t ' u l t i m a sottostazione da inverti- trice, in q u a n t o p i ù c o m p l e t a m e n t e equipaggiata di s t r u m e n t i di misura e di oscillografi, e q u i n d i p i ù a d a t t a a l l ' e s a m e del funzionamento dei convertitori da invertitori, p i ù delicato e m e n o c o m p l e t a m e n t e noto di quello da r a d d r i z z a t o r i .

Le esperienze p i ù l u n g h e , c h e , salvo gli intervalli in cui sono state eseguite quelle p r e c e d e n t i , sono d u r a t e pressochè i n i n t e r r o t t a m e n t e dal 1946 a oggi, sono quelle eseguite a T r o l l h ä t t a n , p r e d i s p o n e n d o i due convertitori l ' u n o da r a d d r i z z a t o r e l ' a l t r o da invertitore e connettendoli sul posto attraverso u n a linea artificiale di trasmissione; questa t r a s m e t t e u n a potenza circa m e t à della p r e c e d e n t e , a tensione di 45 k V . Tali esperienze sono servite s o p r a t t u t t o a analizzare a fondo il c o m p o r t a m e n t o degli elementi dei c o m m u t a t o r i , e, insieme con a l t r e eseguite t a n t o a T r o l l h ä t t a n q u a n t o a L u d v i k a (a n o n grande di- stanza da Stoccolma), nella fabbrica dei converti- tori a v a p o r e di m e r c u r i o della A . S . E . A . , h a n n o consentito di orientarsi sui t i p i costruttivi p i ù con- venienti degli elementi a v a p o r e di m e r c u r i o . D u e g r a p p i di conversione equipaggiati con elementi di nuovo t i p o , disegnati in base a tali risultati speri- m e n t a l i , saranno p r o n t i fra breve e v e r r a n n o sot- toposti a prove analoghe alle p r e c e d e n t i in un nuovo fabbricato della stessa sottostazione di Troll- h a t t a n .

I n t a n t o , in base ai p r i m i risultati di tali espe- rienze, fin dal t e r m i n e del 1950, il Swedish State P o w e r B o a r d ha deciso la costruzione di u n a linea

di trasmissione della lunghezza di circa 100 km dalla penisola scandinava all'Isola di G o t l a n d , nel Baltico. La trasmissione avrà luogo in cavo, con r i t o r n o attraverso l ' a c q u a , a 100 k V , con u n a cor- rente r a d d r i z z a t a di 200 A, q u i n d i con u n a potenza di 20 M W [ 6 ] .

Lo schema delle sottostazioni di conversione sarà analogo a quello della fig. 2, salvo la m i n o r e com- plicazione dello schema di ogni g r u p p o , c o m p r e n - dente un solo elemento in serie in ciascun l a t o , e la diversa posizione del p u n t o di messa a t e r r a . È previsto che la trasmissione sia capace di fun- zionare anche in senso inverso, t r a s p o r t a n d o ener- gia da G o t l a n d verso la penisola. Attraverso i tra- sferimenti di energia verso G o t l a n d , il Swedish State P o w e r B o a r d conta di r i d u r r e di 15-20 % il costo dell'energia nell'isola, p r o d o t t a oggi con un i m p i a n t o termoelettrico locale. Le ordinazioni sono state passate da oltre un a n n o dal Swedish State P o w e r B o a r d alla Casa A . S . E . A . ; l ' i m p i a n t o è p r e - visto che possa e n t r a r e in servizio e n t r o la fine del 1954.

Altre esperienze di esercizio si ha notizia che d o v r a n n o essere i n t r a p r e s e in I n g h i l t e r r a , su un i m p i a n t o in cavo destinato alla trasmissione di po- tenze d e l l ' o r d i n e di 20 M W , a tensione i n t o r n o a 200 k W , con caratteristiche n o n molto dissimili da quelle d e l l ' i m p i a n t o svedese di G o t l a n d .

3. - Problemi della trasmissione a corrente con- tinua ad alta tensione.

T r e o r d i n i di p r o b l e m i devono studiarsi fonda- m e n t a l m e n t e :

1) p r o b l e m i , p r i n c i p a l m e n t e di c a r a t t e r e co- struttivo, r i g u a r d a n t i i c o m m u t a t o r i ;

2) p r o b l e m i r i g u a r d a n t i l ' i n t e r r u z i o n e delle correnti c o n t i n u e ;

3) p r o b l e m i relativi al c o m p o r t a m e n t o degli i m p i a n t i di trasmissione in condizioni n o r m a l i o a n o r m a l i .

4. - Problemi relativi ai commutatori.

Questi p r o b l e m i r i g u a r d a n o p r i n c i p a l m e n t e la m a n i e r a di r a g g i u n g e r e , t a n t o n e l l ' i n t e r v a l l o di fun- z i o n a m e n t o d i r e t t o , q u a n t o in quello inverso, le condizioni i n t e r n e di t e m p e r a t u r a , pressione e j o - nizzazione e la r i p a r t i z i o n e del potenziale fra a n o d o e catodo, p i ù a d a t t e p e r garantire n o n solo la m i n o r caduta di tensione i n t e r n a in senso d i r e t t o , ma so- p r a t t u t t o il maggior valore della tensione critica inversa e il regolare c o m p o r t a m e n t o delle griglie e della scarica, in generale, così da evitare gli archi di r i t o r n o nel funzionamento da r a d d r i z z a t o r e e i difetti di c o m m u t a z i o n e in quello da i n v e r t i t o r e , p u r alle p i ù elevate tensioni di esercizio e con le maggiori correnti che possano mettersi in giuoco.

Sul r a g g i u n g i m e n t o di queste condizioni, oltre che il p r o p o r z i o n a m e n t o delle varie p a r t i incidono s o p r a t t u t t o il sistema e i p a r t i c o l a r i della refrige- r a z i o n e . L ' o r i e n t a m e n t o p i ù recente, p e r i cilindri d'acciaio p e r alte tensioni, è verso la ventilazione

Fig. 4. - Elettrodi ausiliari interposti fra anodo e catodo, nell'interno dell'isolatore anodico cilindrico cavo.

ad aria soffiata, c h e , attraverso la regolazione della t e m p e r a t u r a d e l l ' a r i a , refrigerata o riscaldata se- condo i casi, e l'uso di riscaldatori locali, consente di ottenere i risultati migliori.

P e r regolare la r i p a r t i z i o n e del potenziale fra a n o d o e catodo n e l l ' i n t e r v a l l o di applicazione della tensione inversa, l ' o r i e n t a m e n t o generale è verso l'uso degli elettrodi ausiliari interposti fra anodo e catodo, e p o r t a t i a potenziali convenienti m e d i a n t e divisori di tensione g e n e r a l m e n t e a resistenza e ca- p a c i t à , ai capi dei quali è a p p l i c a t a la stessa ten- sione inversa (fig. 4). I c o n d u t t o r i di a l i m e n t a z i o n e di tali elettrodi sono saldati e n t r o fori passanti attraverso la p a r e t e degli isolatori anodici cilindrici cavi in p o r c e l l a n a . La forma e la posizione di que- sti elettrodi sono p a r t i c o l a r m e n t e studiate [7] [ 4 ] . P e r p a d r o n e g g i a r e nella m a n i e r a migliore i feno- m e n i di jonizzazione i n t e r n a , l'indirizzo manifesta- tosi già nelle costruzioni sperimentali di anni fa [ 8 ] , confermato nelle esperienze p i ù recenti della A . S . E . A . , è quello verso il frazionamento della corrente anodica complessiva tra p i ù anodi da con- n e t t e r e in p a r a l l e l o fra loro attraverso p a r t i t o r i di corrente (1).

(1) Cilindri di questo tipo verranno usati per la trasmis- sione dalla penisola scandinava all'Isola di Gotland. Ci- lindri simili, a cinque anodi, sono stati provati nella sotto- stazione di Trollhättan, con due anodi in parallelo fra loro sul circuito a 45 kV raddrizzati e gli altri tre anodi in pa- rallelo fra loro su un circuito indipendente.

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Fig. 5. - Interruzione delle correnti continue mediante appa- recchi a vapore di mercurio :

a) schema con cilindro ausiliario in serie col carico;

b) schema con cilindro ausiliario in parallelo col carico;

c) principio di funzionamento.

5. - Problemi dell'interruzione delle correnti con- tinue.

Assenti finchè si a b b i a a che fare con trasmis- sioni che connettono i n d i p e n d e n t e m e n t e u n a sotto- stazione di p a r t e n z a con u n a d ' a r r i v o , o p p u r e con altri schemi semplici, nei quali l ' i n t e r r u z i o n e possa effettuarsi sul lato c o r r e n t e a l t e r n a t a di a m b e d u e i convertitori (2), questi p r o b l e m i nascono inevita- b i l m e n t e q u a n d o p i ù linee a c o r r e n t e continua p r e - sentino a l m e n o un p u n t o di derivazione. Essi of- frono u n a notevole gravità a p p e n a siano in giuoco tensioni elevate e correnti di q u a l c h e intensità, date le rilevanti q u a n t i t à d'energia elettrostatica ed elet- t r o m a g n e t i c a che devono essere dissipate nelle aper- t u r e eseguite t a n t o i n f u n z i o n a m e n t o n o r m a l e q u a n - to s o p r a t t u t t o a l l ' a t t o dei corti circuiti (3). Non ha luogo infatti, a c o r r e n t e c o n t i n u a , il fenomeno del passaggio p e r lo zero che facilita l ' i n t e r r u z i o n e delle correnti a l t e r n a t e .

L ' i n t e r r u z i o n e delle correnti c o n t i n u e p u ò av- venire attraverso l ' a p p l i c a z i o n e del p r i n c i p i o stu- diato già dai p r i m i t e m p i d e l l ' i n t r o d u z i o n e delle griglie nei cilindri a v a p o r e di m e r c u r i o : un a p p a - recchio di questo genere ( Cr della fig. 5a), attra- versato dalla c o r r e n t e ir c h e si vuole i n t e r r o m p e r e , è connesso in p a r a l l e l o con un cilindro ausiliario Ci analogo, disposto in serie con un condensatore C e un elemento dissipatore Z. In servizio n o r m a l e la griglia di Cr consente la scarica, quella di C l ' i n t e r d i c e ; il condensatore C è carico n e l senso in- dicato dalla fig. 5. Q u a n d o si voglia i n t e r r o m p e r e la c o r r e n t e ir basta consentire la scarica del con- densatore C attraverso Ci , agendo sulla griglia di q u e s t o ; la scarica ha luogo a n c h e attraverso Cr , sotto forma di una c o r r e n t e oscillatoria del t i p o di (2) Ciò a parte la possibilità di agire sulle griglie di co- mando dei commutatori.

(3) Per linee della lunghezza di qualche centinaio di kilometri, con capacità dell'ordine di una decina di micro- farad, alla tensione di 200 kV, l'energia elettrostatica imma- gazzinata vale ½ CV2 = 200 000 J; con induttanze dell'ordine di un centinaio di millihenry e correnti di corto circuito di circa 2 000 A, l'energia elettromagnetica risulta ½ LI2 =

= 200 000 J.

ic della fig. 5c. Q u a n d o essa raggiunge il valore di ir, n e l l ' i s t a n t e tc, la c o r r e n t e si a n n u l l a in Cr ; se n e l f r a t t e m p o la griglia di questo è stata p o r t a t a sotto il potenziale d ' i n t e r d i z i o n e , l'arco si arresta definitivamente attraverso Cr. P o r t a n d o subito d o p o al di sotto del p o t e n z i a l e di i n t e r d i z i o n e la griglia di C , anche la c o r r e n t e ic in esso viene i n t e r d e t t a a p a r t i r e d a l l ' i s t a n t e ti del suo succes- sivo passaggio p e r lo zero. L ' i n t e r r u z i o n e attraverso l'utilizzatore U avviene così n e l t e m p o T = tc + ti. V o l e n d o r i d u r r e questo t e m p o , si p u ò d e r i v a r e il circuito ausiliario in p a r a l l e l o col complesso di Cr

e U: p e r l'utilizzatore U, esso si r i d u c e allora a tc; l ' i n t e r r u z i o n e p e r la linea L avviene s e m p r e n e l t e m p o Tc.

A p a r t e la p e r m a n e n z a d e l l ' a r c o di Cr in serie n e l circuito p r i n c i p a l e d u r a n t e il f u n z i o n a m e n t o n o r m a l e , inconvenienti p r i n c i p a l i degli schemi con- siderati sono le dimensioni e il costo d e l l ' e l e m e n t o dissipatore Z, del condensatore C, il q u a l e deve im- m a g a z z i n a r e q u a n t i t à d ' e n e r g i a anch'esse molto ri- levanti, e degli accessori p e r la sua c a r i c a : gli studi p r e c e d e n t i all'installazione degli i m p i a n t i speri- m e n t a l i tedeschi consideravano in q u a l c h e caso spe- cifico l'uso di condensatori della capacità di 10 µF, caricati a u n a tensione di 200 k V .

P i ù di r e c e n t e , nel 1945, sono state eseguite esperienze di i n t e r r u z i o n e di c o r r e n t i c o n t i n u e con i n t e r r u t t o r i a gas compresso con tensioni d ' a r c o elevate p e r agevolare l ' i n t e r r u z i o n e [ 9 ] . Sebbene fossero stati o t t e n u t i risultati di q u a l c h e rilievo, es- sendo state i n t e r r o t t e , in t e m p i d e l l ' o r d i n e di 10 m s , c o r r e n t i fino a 12 000 A a tensione d'eserci- zio di 2 000 V, in un circuito con u n ' i n d u t t a n z a

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c o r d a t i , alle maggiori sezioni, di uso p r a t i c o p i ù frequente, alle tensioni p i ù elevate, e p o t r e b b e r o a n c h e farsi confronti p i ù estesi con le c o r r e n t i alter- n a t e . . Nel complesso, t u t t a v i a , i fenomeni sono or- mai c o m p l e t a m e n t e chiariti e i loro e l e m e n t i fon- d a m e n t a l i acquisiti.

A n c h e il p r o b l e m a del r i t o r n o delle c o r r e n t i at- traverso il t e r r e n o è stato l a r g a m e n t e s t u d i a t o . Ini- ziati gli studi già fin quasi dal p r i n c i p i o del se- colo [ 1 0 ] , essi sono stati proseguiti l a r g a m e n t e n e i decenni successivi p r i n c i p a l m e n t e in r a p p o r t o al r i t o r n o delle correnti c o n t i n u e negli i m p i a n t i di t r a z i o n e , e p o i r i p r e s i di recente [ 1 3 ] . Sono stati esaminati così i fenomeni di corrosione degli elet- t r o d i di messa a t e r r a e delle canalizzazioni vicine, in specie delle guaine dei cavi di telecomunicazione, i disturbi arrecati negli i m p i a n t i di segnalamento ferroviario con relè a l i m e n t a t i a c o r r e n t e c o n t i n u a , i p r o v v e d i m e n t i c o r r i s p o n d e n t i , atti in generale a contenere inconvenienti e disturbi e n t r o limiti ra- gionevoli. A n c h e il r i t o r n o delle correnti attraverso il m a r e è stato studiato e si è riscontrato che esso p u ò m i g l i o r a r e la situazione in a l c u n i casi.

Senza soffermarsi sui p r o b l e m i d e l l ' i s o l a m e n t o delle linee e del relativo p r o p o r z i o n a m e n t o , n o n studiati in m a n i e r a p a r t i c o l a r m e n t e a p p r o f o n d i t a , anche in vista dell'analogia che essi p r e s e n t a n o m o l t e volte con quelli delle trasmissioni a c o r r e n t e a l t e r n a t a , p r o b l e m i di maggiore interesse, il cui esame è stato l a r g a m e n t e affrontato nello studio delle trasmissioni a c o r r e n t e r a d d r i z z a t a , sono quelli del funzionamento di tali i m p i a n t i a regime p e r m a n e n t e e t r a n s i t o r i o , della regolazione, della stabilità. Gli studi p i ù a m p i sono forse quelli che h a n n o p r e c e d u t o l a p r o g e t t a z i o n e degli i m p i a n t i s p e r i m e n t a l i tedeschi a cui è stato a c c e n n a t o . La distruzione di tali i m p i a n t i fa sì che m a n c h i t u t t a la p a r t e s p e r i m e n t a l e r e l a t i v a ; resta c o m u n q u e un vasto m a t e r i a l e derivante dagli studi teorici sulla regolazione eseguita agendo s u l l ' i n v e r t i t o r e a l l ' a r - rivo della linea o sul r a d d r i z z a t o r e alla p a r t e n z a di essa o su a m b e d u e , sui vari regimi di regolazione che possono ottenersi, a potenza reale dell'inverti- tore costante, a c o r r e n t e r a d d r i z z a t a costante, ecc. [ 4 ] . A l t r i studi sugli stessi p r o b l e m i sono stati c o m p i u t i o sono in corso di esecuzione in Svezia, d a p a r t e della A . S . E . A . [ 1 4 ] .

D u e o r d i n i di fenomeni incidono sul regolare funzionamento d e l l ' i m p i a n t o di trasmissione e su quelli connessi, a m o n t e e a valle di esso. A n z i t u t t o i fenomeni inerenti alle m a c c h i n e sincrone colle- gate con le d u e reti a c o r r e n t e a l t e r n a t a , che defi- niscono gli o r d i n a r i c a m p i di stabilità e i limiti c o r r i s p o n d e n t i del f u n z i o n a m e n t o di queste. Inol- t r e , il fenomeno di c o m m u t a z i o n e d e l l ' i n v e r t i t o r e , nelle n o t e condizioni limiti di funzionamento sta- b i l e : il fatto che la c o m m u t a z i o n e d e b b a comple- tarsi p e r ogni c o p p i a di anodi (o di elettrodi in generale) p r i m a che diventino eguali i potenziali c o r r i s p o n d e n t i (istante to della fig. 6), fissa, in di- p e n d e n z a del valore d e l l ' a n g o l o a di r i t a r d o di polarizzazione di griglia, la d u r a t a massima ε della commutazione stessa e q u i n d i il valore massimo

Fig. 6. - Commutazione in un invertitore.

della corrente raddrizzata ammissibile attraverso l'invertitore, da cui Ε d i p e n d e . A m b e d u e gli or- dini di fenomeni possono studiarsi, con riferimento al complesso degli i m p i a n t i , in condizioni di regi- me tanto lentamente, q u a n t o r a p i d a m e n t e variabile (« stabilità transitoria »). Lo studio p e r i sistemi di trasmissione a c o r r e n t e continua è n a t u r a l m e n t e più complesso che p e r quelli o r d i n a r i a c o r r e n t e al- t e r n a t a , nelle equazioni c o r r i s p o n d e n t i intervenen- do gli e l e m e n t i della linea di trasmissione a cor- r e n t e r a d d r i z z a t a e s o p r a t t u t t o quelli dei converti- t o r i c o r r i s p o n d e n t i .

Il c a m p o dei fenomeni in questione è m o l t o vasto e gli a m p i studi c o m p i u t i p o t r a n n o u t i l m e n t e essere proseguiti e a p p r o f o n d i t i , t a n t o teoricamen- t e , q u a n t o s p e r i m e n t a l m e n t e .

7. - Possibili studi ed esperienze futuri.

Gli studi in corso di esecuzione in Svezia da p a r t e della A . S . E . A . e specialmente l'esperienza di esercizio che p o t r à aversi dagli i m p i a n t i di trasmis- sione dell'Isola di G o t l a n d , a p a r t i r e dalla fine del 1954, a g g i u n g e r a n n o senza d u b b i o un m a t e r i a l e di p r i m o o r d i n e a quello già disponibile p e r la cono- scenza dei problemi della trasmissione a c o r r e n t e c o n t i n u a . Altri elementi preziosi p o t r a n n o ricavarsi dai futuri i m p i a n t i s p e r i m e n t a l i inglesi. Ma accanto a questi, eseguiti e v e n t u a l m e n t e su scala m i n o r e , a l t r i studi e d esperienze p o t r a n n o p o r t a r e p r o b a b i l - m e n t e c o n t r i b u t i di q u a l c h e interesse.

Il Consiglio n a z i o n a l e delle r i c e r c h e , accettando questo p u n t o di vista, specialmente p e r l'interessa- m e n t o del Prof. V a l l a u r i , ha destinato in p i ù ri- prese un c o n t r i b u t o a un complesso di esperienze da eseguirsi presso l ' I . E . N . G . F . sui convertitori a v a p o r e di m e r c u r i o . Il Consiglio superiore dei La- vori p u b b l i c i , p e r analoghe r i c e r c h e , h a aggiunto u n c o n t r i b u t o s u p p l e m e n t a r e .

Del p r o g r a m m a , già imbastito presso l ' I s t i t u t o , fanno p a r t e a n c h e delle esperienze sulla trasmis- sione a c o r r e n t e c o n t i n u a : p e r gli e l e m e n t i m o n o - anodici, sia a catodo caldo, sia a catodo l i q u i d o ( i g n i t r o n ) , che si pensa di u s a r e p e r le esperienze, è previsto un montaggio su p a n n e l l i singoli, che possano essere facilmente i n t e r c a m b i a t i e connessi fra l o r o , così da p r e d i s p o r s i di volta in volta se-

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di 7 m H o correnti di 2 000 A

in un circuito a 10 kV con L = 40 m H , con u n a ten- sione massima d ' a r c o di 24 k V , tali esperienze sono state sospese successivamente, forse a n c h e p e r il p r e v a l e r e della trasmissione trifase a tensione oltre 220 k V .

Oggi lo studio di questi p r o b l e m i è a c c a n t o n a t o , prevedendosi p e r ora soltanto l'installazione di im- p i a n t i con schemi semplici.

6. - Problemi degli impianti di trasmissione a cor- rente continua.

Lo studio di alcuni fra questi p r o b l e m i era stato iniziato da t e m p o .

A p a r t e i p r o b l e m i della trasmissione in serie a c o r r e n t e costante [ 1 0 ] , p e r quella a tensione costan- t e , ciò si è verificato a n z i t u t t o p e r i p r o b l e m i rela- tivi al fenomeno corona. Studiati fin dai p r i m i decenni del secolo, c o n t e m p o r a n e a m e n t e a quelli d e l l ' a n a l o g o fenomeno delle linee a c o r r e n t e alter- n a t a e, in generale, a tutti i fenomeni di scarica nei gas [ 1 1 ] , essi venivano ripresi in esame sia teori- c a m e n t e sia s p e r i m e n t a l m e n t e a p a r t i r e dal 1930 circa [ 1 2 ] . Si conseguivano allora vari risultati sui fenomeni di innesco p e r c o n d u t t o r i t a n t o positivi q u a n t o negativi rispetto al suolo, sulle tensioni cri- tiche c o r r i s p o n d e n t i , sulle p e r d i t e e sulle espres- sioni relative. U l t e r i o r i studi p o t r e b b e r o ancora ef- fettuarsi specialmente con riferimento ai c o n d u t t o r i

(4)

condo schemi vari e da servire p e r esperienze di- verse. Nello studio del p r o g r a m m a di p r o v e sulla trasmissione a corrente c o n t i n u a , da p a r t e di chi scrive, è stato t e n u t o conto sia dei risultati n o t i attraverso la l e t t e r a t u r a tecnica, sia di quelli a v u t i d i r e t t a m e n t e dalle esposizioni d e l l ' u l t i m a r i u n i o n e del c o m p e t e n t e Comitato di studio della C . I . G . R . E . t e n u t o a P a r i g i all'inizio del giugno scorso, sia di q u e l l i dedotti da u n a visita c o m p i u t a verso la fine dello stesso mese agli i m p i a n t i s p e r i m e n t a l i di T r o l l h ä t t a n .

Sia che un giorno la tecnica si orienti verso im- p i a n t i a c o r r e n t e continua ad altissima tensione p e r effettuare l'interconnessione a grandissima di- stanza, con reti « sovrapposte » a quelle at- t u a l i trifasi, come è o p i n i o n e di q u a l c h e e m i n e n t e tecnico svedese, sia che questo sistema resti circo- scritto a casi speciali come quello dell'Isola di G o t l a n d , in cui si richieda u n a trasmissione in cavo e il sistema si i m p o n g a p e r l'economia conseguente in questo, sulla u t i l l t à di tali esperienze n o n pos- sono aversi d u b b i . T a n t o p i ù c h e , a n c h e se possa n u t r i r s i q u a l c h e perplessità circa l'avvenire della trasmissione a c o r r e n t e c o n t i n u a , si deve riconoscere che la posizione di sfavore che questa ha oggi in confronto con la trasmissione trifase è dovuta in gran p a r t e alla notevole c o m p e t e n z a che noi abbia- mo dei p r o b l e m i di q u e s t ' u l t i m a , d o p o oltre mezzo secolo di esperienze, m e n t r e ben poca conoscenza possediamo sui p r o b l e m i dell'esercizio della p r i m a . P e r le esperienze di esercizio, vivamente auspi- cabili accanto a quelle di l a b o r a t o r i o , n o n m a n c a n o in Italia sistemi di i m p i a n t i su cui esse p o t r e b b e r o essere effettuate, con schemi semplici che n o n com- p o r t i n o l ' i n t e r r u z i o n e a corrente c o n t i n u a . Non p u ò p e n s a r s i , a questo r i g u a r d o , ad allacciamenti di im- p o r t a n z a considerevole, a n c h e se p e r q u a l c u n o di essi le potenze r e l a t i v a m e n t e n o n g r a n d i da tra- smettere e le lunghezze notevoli delle linee di tra- smissione, o, c o m u n q u e , i costi elevati di q u e s t e , p o t r e b b e r o fare s p e r a r e vantaggi economici dal- l'uso della corrente continua ; questa infatti n o n evi- t e r e b b e forse n e m m e n o oggi agli i m p i a n t i un carat- t e r e « s p e r i m e n t a l e » inammissibile e all'esercizio u n a eccessiva suscettibilità di fronte alle alee del- l'esperienza stessa. Esistono invece a n c h e da noi casi, n o n m o l t o dissimili da quello dell'Isola di G o t l a n d in Svezia, di isole a n o n grande distanza dalla t e r r a ferma, c h e , n o n avendo risorse i d r a u l i - c h e , sono a l i m e n t a t e da centrali t e r m o e l e t t r i c h e locali e p o t r e b b e r o essere allacciate u t i l m e n t e alle reti elettriche del continente attraverso linee di trasmissione in cavo : forse p e r q u a l c u n o di essi, a n c h e in conseguenza del modesto valore delle po- tenze da t r a s m e t t e r e , e q u i n d i di quelle da instal- lare nelle sottostazioni di conversione, il confronto economico p o t r e b b e risolversi a favore della solu- zione a c o r r e n t e c o n t i n u a .

Antonino Asta Bari - Istituto di Elettrotecnica della Facoltà d'In-

gegneria.

a Giancarlo Vallauri

Elettrodotto di grande trasporto dalle Alpi piemontesi all'Italia centrale

Dopo avere accennato ai vantaggi che derivano dall'interconnessione fra impianti elettrici con particolare riferimento alla situazione italiana, si illustrano origine e scopi dell'elettrodotto a 220.000 Volt Valle Aosta - Valle Orco - Torino - Italia Centrale. Segue una breve descrizione delle caratteristiche costruttive

dei quattro tronchi costituenti tale elettrodotto.

La p r o d u z i o n e di energia elettrica in I t a l i a , come in ogni a l t r o P a e s e , è a n d a t a c o n t i n u a m e n t e a u m e n t a n d o e, d o p o la pausa imposta dagli eventi dolorosi degli u l t i m i a n n i di g u e r r a , ha ripreso l ' a n d a m e n t o crescente, con i n c r e m e n t i a n n u i a n c h e superiori a quelli che si verificarono negli a n n i an- te-guerra. I valori a n n u a l i di p r o d u z i o n e n a z i o n a l e , che avevano toccato u n a p u n t a massima all'inizio della g u e r r a , sono stati negli u l t i m i anni l a r g a m e n t e s u p e r a t i . Nello scorso 1951, la p r o d u z i o n e comples- siva italiana ha quasi raggiunto infatti i 30 m i l i a r d i di k W h .

La massima p a r t e di questa p r o d u z i o n e p r o v i e n e , come ognuno sa, dai corsi d ' a c q u a delle vallate al- pine ed a p p e n n i n i c h e , preziosa sorgente di energia p e r il nostro Paese scarsamente dotato di altre ri- sorse basilari p e r la vita e l'attività di u n a nazione m o d e r n a . A n n o p e r a n n o vengono costruiti nuovi i m p i a n t i e, a poco a p o c o , t u t t e le vallate e persino

i grandi corsi d ' a c q u a in p i a n u r a , vengono attrez- zati con le o p e r e i d r a u l i c h e e gli i m p i a n t i elettrici necessari p e r la p r o d u z i o n e d e l l ' e n e r g i a . Ma, evi- d e n t e m e n t e , esistono limiti tecnici ed economici alle possibilità di utilizzare n u o v e derivazioni. I p r i m i i m p i a n t i realizzati furono quelli c h e , p e r le circostanze n a t u r a l i , si p r e s e n t a v a n o m a s s i m a m e n t e convenienti e di p i ù facile costruzione. Il costo e le difficoltà tecniche di quelli successivamente af- frontati furono e sono s e m p r e maggiori.

P u r sussistendo ancora n u m e r o s e , interessanti e convenienti possibilità di costruire i m p i a n t i idro- elettrici, si è tuttavia cominciato a fare ricorso, a n - che n e l nostro P a e s e , ad altre fonti di energia, e ciò sia p e r i m p i a n t i aventi essenzialmente c a r a t t e r e di riserva, come avviene p e r le centrali termoelet- t r i c h e destinate a funzionare con combustibili di i m p o r t a z i o n e , sia a n c h e p e r le centrali destinate ad effettuare p r o d u z i o n e c o n t i n u a , come essenzial- m e n t e si verifica nel caso di funzionamento con m e t a n o , la cui relativa a b b o n d a n z a , r e c e n t e m e n t e constatata, r e n d e possibile un tale i m p i e g o .

D ' a l t r o lato il progresso della tecnica delle gran- di trasmissioni di energia elettrica, via via conse- guito negli u l t i m i decenni, ha messo in evidenza u n mezzo essenziale p e r utilizzare n e l m o d o p i ù razionale e conveniente t u t t e le risorse energetiche di varie c a r a t t e r i s t i c h e : l'interconnessione fra im- p i a n t o ed i m p i a n t o , fra rete e r e t e .

In ogni Paese la tecnica dell'interconnessione ha avuto in questi u l t i m i a n n i il p i ù grande sviluppo.

È stato realizzato in altre Nazioni, come gli Stati Fig. 1. - Planimetria generale dell'elettrodotto.

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CENNI BIBLIOGRAFICI

Senza riportare una bibliografìa completa, sono citati di seguito alcuni lavori che hanno più immediata atti- nenza con gli argomenti riassunti nel testo.

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[2] P. EGLOFF, La première transmission d'energie par courant continu, 50 000 V, à l'aide de mutateurs, Revue B.B.C., 1939, pag. 92.

[3] Notizie sulle più considerevoli fra queste espe- rienze possono trovarsi principalmente in:

H. KELLER, Grâce à de nouveaux progrès, il est mainte- nant possible de réaliser, à l'aide de mutateurs, une première installation de transmission d'énergie par courant continu à haute tension, Revue B.B.C., 1945, pag. 310; oltre che in [4] K. BAUDISCH, Energieübertragung mit Gleichstrom hoher Spannung, Springer, 1950.

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