A Hét 1985/2 (30. évfolyam, 27-52. szám)
1985-12-06 / 49. szám
Tudomány-technika SZÁZÉVES A TRANSZFORMÁTOR Az ipari tevékenység nagyobb koncentrálásának a legfőbb akadálya évszázadokon keresztül az energiaforrások szűkössége volt, illetve hogy nem sikerült ezeket az energiaforrásokat — szél, víz stb. energiáját — megfelelőképpen összegyűjteni és hasznosítani. A múlt század ipari forradalma végül is lehetővé tette ezt a gőzgép, később pedig a villamos áramforrások feltalálásával, ami a mai hatalmas ipari központok és a több milliós városok kialakulásához vezetett. A múlt század zseniális tudósainak és konstruktőreinek köszönhetően két olyan iparág is kialakult, amely közvetlenül a gazdasági, közvetve pedig a társadalmi fejlődés alapja lett: a gép- és a villamossági ipar. A villamosipar hőskorát említve mindenkinek elsőként a legendás holland származású amerikai, Thomas Alva Edison neve jut az eszébe. Való igaz, hogy az elektrotechnika legnagyobbjai közt tartjuk számon: két és félezernél több szabadalmának döntő többségét a villamosság terén tette. Az izzólámpa feltalálása csak az első lépés volt azon az úton, amelynek végét a mai hatalmas energetikai és fogyasztói hálózatok kiépítése jelenti. Ő volt az első, aki bebizonyította, hogy értelmetlen sok kis energiaforrást felépíteni, csakis akkor gazdaságos .a villamos energia termelése, ha azt hatalmas erőművek állítják elő, s onnan egységes hálózaton kerül a fogyasztóhoz. Elképzeléseit a gyakorlatba is átültette: elsőként épített a világon nagyméretű áramforrást és villamos hálózatot: az Balról: B/áthy Ottó Titusz, Zipernowszky Károly és Déri Miksa VasOntOoc ft GÍtGrtx L *ía2VÉ»VTARSUL*T i \ a. BUDÁN ..4/ Az östranszformátor egyik példánya és a Ganz-gyár egykorú pecsétje 1881-ben üzembe helyezett „Jumbo" nevű gözgépmeghajtású dinamója 2 000 izzó táplálására volt alkalmas. Egy évvel később New Yorkban elkésziti a világ első hőerőművét, hogy a várost és környékét villamos energiával lássa el, azzal a nem titkolt céllal, hogy később az egész ország, sőt a Föld is egy egységes villamos hálózatot alkosson. Ehhez pedig fel kellett találni mindazt, ami ma már hétköznapi tárgy: az elosztóközpontokat, a kábelvégződéseket és csatlakozókat, kapcsolókat, megszakítókat, foglalatokat, konnektorokat, tehát a villamos energia előállításának, elosztásának és felhasználásának ezernyi tartozékát, tárgyát, berendezését. Tehát Edison érdemei a villamosság területén elévülhetetlenek. Csakhogy világméretű villamosítási tervének volt egy bökkenője: a kor többi villamos gépéhez hasonlóan az ő berendezései is egyenáramúak voltak, aminek legfőbb hátránya a meglehetősen nagy energiaveszteség, tehát az energiaszállítás csak korlátozott távolságig gazdaságos; természetesen a nagyszabású terv műszakilag így is megoldható lett volna, csak éppen rendkívül gazdaságtalanul. Ugyanis már 1840-ben megállapította az angol James Prescott Joule. (Aki serfőzőtulajdonos létére a legnagyobb autodidakták egyikeként lett a villamosságtan úttörője), hogy a villamos áram hatására az ellenálláson hő keletkezik, ez a hő egyenesen arányos az idővel, az ellenállással és az áramerősség négyzetével. Minden vezetőnek ohmos ellenállása is van, ez azt jelenti, hogy nagy áramokat nem érdemes nagy távolságra szállítani, hiszen a vezeték hosszának növelésével nő annak ellenállása, de ami még rosszabb, az áramerősség növelésével hirtelen megugrik a hőveszteség. Tehát egyre nyilvánvalóbbá vált hogy más utat kell keresni. Többen az új úton indultak el, közülük csupán néhánynak sikerült alapvető fel-* fedezéseket elérnie. Az Amerikában működő délszláv Nikola Tesla és az olasz Galileo Ferraris gyakorlatilag egyidőben, 1885-ben fedezte fel a váltakozó áram legfontosabb tulajdonságát: a többfázisú áramrendszer kialakításának a lehetőségét. Ez azért volt alapvető jelentőségű, mivel kiderült, hogy a legegyszerűbb többfázisú rendszer, a háromfázisú áramrendszer forgó mágneses tér kialakítására alkalmas, ami lehetővé teszi egyszerű szerkezetű áramforrások (generátorok), de ugyanilyen egyszerű gépek (indukciós motorok) előállítását is. Elméleti munkásságuk derített fényt arra a tényre, hogy bár tetszés szerinti sokfázisú áramrendszer is előállítható, de gazdaságossági okokból a háromfázisú a legmegfelelőbb, emellett a sokfázisú áramrendszer valamennyi előnyével rendelkezik. Arra kevesen gondoltak, hogy a külföldön ekkor még jóformán ismeretlen pesti Ganz gyár három fiatal tehetséges mérnökének nevéhez fűződik két alapvető villamossági gép megalkotása, amely megalapozza a gyár világhírnevét. Zipernowszky Károly — majdani egyetemi tanár és akadémikai levelező tag — mindössze huszonöt éves, amikor 1878-ban megbízást kap a Ganz gépgyár villamossági osztályának megszervezésére, ezzel megalapítja Európa első ilyen jellegű gyárát. Fiatal kora ellenére rendkívül jó szemmel választja ki munkatársait, akikkel hamarosan ontani kezdik a találmányokat. Négy év elteltével, 1882-ben szabadalmaztatják az egyik legjelentősebb villamos gépet, a váltakozó áramú generátort Ez idő tájt csak azt tudatosították, hogy ennek az áramforrásnak más az alapelve mint a dinamóé, s még nem lehetett sejteni, hogy ez tulajdonképpen a jövő gépe. Tesla és Ferraris felfedezései már egyértelműen bebizonyították a váltakozó áram előnyeit az egyenárammal szemben, de még mindig egyforma gondot okozott mindkét típusú áram szállításánál a Joule-féle hőveszteség. 1883-ban a Ganz-gyár feltaláló kettőse — Zipernowsky Károly és Déri Miksa — egy végzős gépészmérnök hallgatóval, Bláthy Ottó Titusszal bővül. A huszonhárom éves fiatalember a néhány évvel idősebb kollégáival megtalálja a közös hangot, s hamarosan megalkotja a zárt vasmagos váltakozó áramú transzformátort. Ez épp száz esztendővel ezelőtt, 1885-ben történt. Ez a berendezés teszi lehetővé, hogy a váltakozó áramú forrásban előállított néhány ezer voltos feszültségű, többszáz amper áramerősségű villamos energia feszültségét a sokszorosára növeljék (transzformálják), ezzel ugyanilyen mértékben csökkentve az áramerősséget, ami az energia szállításánál keletkezett hőveszteség radikális csökkentésével jár. Természetesen az így feltranszformált feszültséget a fogyasztók számára csökkenteni kell, amit ismét transzformátorok alkalmazásával érnek el. Akárcsak Edisonnak, a Ganz gyár mérnökeinek is szükségük volt az általuk feltalált gépekhez a megfelelő berendezések kifejlesztésére. Ennek eredményeképp Bláthy 1889-ben megalkotja a váltakozó áramú fogyasztásmérőt majd az erőművi kapcsolóberendezéseket, automatikus turbinaszabályozókat önműködő feszültségszabályozókat stb. Déri Miksa hasonlóan termékeny: nevéhez fűződik az alternátoron kívül a kompenzált egyenáramú motor és a kétkefés egyfázisú váltakozó áramú komutátoros motor megalkotása. Déri Miksa nemcsak feltalálóként állta meg a helyét, de körültekintő gazdasági vezetőnek is bizonyult: a Ganz villamossági gyár igazgatójaként sikerült a magyar villamosipart mind az öt világrészen ismertté tennie. Edison elképzelése az erőműrendszerekről és a nagy területeket átfogó villamos hálózatról végül is a váltakozó áramú forrás és a szállítás legfontosabb berendezése, a transzformátor alkalmazásával valósulhatott meg. Az idők folyamán fokozatosan egyre nagyobb feszültségű távvezetékek építése vált lehetővé : a 22 kV (22 ezer volt) mellett megjelentek a 35 kV, majd a 110 kV, később a 220 kV feszültségű távvezetékek, majd századuok ötvenes-hatvanas éveiben a 400 kV-os, ezt követően a 750 kV-os távvezeték, sőt már vannak 1 100 kV-os vezetékek is! Bár Edison nagy álma az egész világot összekötő villamos energiahálózatról a mai napig nem valósult meg, de Európában több ország hálózatát is egymásra kapcsolták. Jelenleg a legnagyobb a KGST országok közös hálózata, amelybe valamennyi tagországot bekapcsolták, ennek fővezetéke 750 kV feszültségű. Amennyiben ekkora feszültség mellett a vezetőben mindössze 10 A áram folyik (ekkora egy házi automata mosógép vagy egy villamos grillsütő áramfelvétele), akkor ez azt jelenti, hogy a városi 220 V-os hálózatba 33 ezer amper áramot ad! A nagy területekre kiterjedő villamos hálózatnak van egy óriási előnye: az energia ésszerű felhasználásának a megszervezése. Ugyanis a villamos energia legfőbb sajátossága, hogy nem tárolható, tehát a megtermelés pillanatában el is kell fogyasztani. Ezt csak úgy lehet elérni, ha a villamos energia nagyfogyasztói (gyárak, üzemek, ipartelepek stb.) kötelezve vannak a nap minden szakában pontosan meghatározott mennyiségű energia felhasználására. Erre szolgálnak az ún. fogyasztói diagrammok és a rádióban naponta elhangzó energetikai jelentés. Amennyiben nem lenne az energiatermelés a fogyasztással egyensúlyban, ez a rendszer teljes felborulásához vezetne: túltermelés esetén a villamos berendezések károsodhatnak, míg ha kevés az energia, ez a hálózati feszültség eséséhez vezet, ami az egész rendszer szétesését vonhatja magával. Mivel az energiafelhasználás az egyes napszakokban nem azonos — az egyműszakos üzemek miatt a legnagyobb reggel hattól délután négyig, mig a lakossági fogyasztás az esti órákban „ugrik meg", ezzel szemben éjszaka nincs megfelelőképpen a rendszer kihasználva (ezért olcsóbb az éjszakai áram) — ezt úgy oldják meg, hogy a nap huszonnégy órájában csak a gerincerőművek vannak a hálózatra kapcsolva, míg az ún. csúcserőművek csak a legnagyobb fogyasztás ideje alatt (innen származik a nevük), ezek a nap többi szakában egyéb jellegű munkát végeznek, például vizet emelnek át a víztározóba stb. A nagy területeket átfogó energiahálózatnak van egy óriási előnye: általában több időzónára oszlik, tehát a csúcsfogyasztás sem egyidőben következik be. Ez rendkívül gazdaságossá teszi az egész rendszert, hiszen könnyen megoldható az energia átáramoltatása az épp legnagyobb terhelésű területekre. Ennek a követelménynek a KGST energiahálózata tökéletesen megfelel, hiszen az NDK-tól a Szovjetunió távolkeleti területéig tizenegy időzónára oszlik. Az energiahálózat megfelelő működését a nemzetközi energiafelügyelet teszi lehetővé, amelynek számitógépvezérlésű központja Faágában van. A hálózat természetesen tovább bővíthető, ennek műszaki akadályai nincsenek. A villamos energia előnyei az egyéb energiaforrásokkal szemben egyértelműek: a környezetet nem szennyezi, tetszés szerinti nagy teljesítmény szállítható ezzel a módszerrel, szállítási költsége pedig töredéke a többi energiahordozóval szemben, Így aztán természetes, hogy nagyméretű szénbányák szomszédságába villamos erőmüvet telepítenek, hogy a szén szállítási költségeit megtakarítsák. A vízi erőművek pedig az eddig alig hasznosított vízi energiából nyernek hatalmas mennyiségű villamos energiát. A mai nemzetközi energiahálózatok kialakulásában oroszlánrésze van a két alapvető találmánynak: a váltakozó áramú áramforrásnak és a most százéves váltakozó áramú, zárt vasmagos transzformátornak és három magyar feltalálójának. OZOGÁNY ERNŐ 16 *
