INTERJÚ

Az 1997. évi „Eötvös József-koszorú” kitüntetések átadására a múlt év november 3-án, a Magyar Tudomány Napján került sor az Akadémia dísztermében. Az e kitüntetésben részesítés feltétele a szakmai közvélemény által elismert, kiemelkedõ jelentõségû életmû, valamint a tudomány doktora fokozat. (Nem részesülhetnek e kitüntetésben az Akadémia tagjai.) A kitüntetés érembõl, oklevélbõl és jelvénybõl áll. A kitüntetett jogosult a Laureatus Academiae cím viselésére.

Az 1997. évi kitüntetettek: Bán Gábor (BME, villamosmûvek tanszék), Borsa Iván (Magyar Országos Levéltár), Csányi László (JATE, szervetlen és analitikai kémiai tanszék), Károlyházy Frigyes (ELTE, elméleti fizikai tanszék), Rák Kálmán (DOTE, II. sz. Belgyógyászati Klinika), Tamás Attila (KLTE, XII. századi magyar irodalmi tanszék), Tóth Miklós (MTA Természeti Erõforrások Koordinációs Irodája), Uherkovich Gábor (MTA Balatoni Limnológiai Kutatóintézet) professzorok.

Közülük hármójukkal beszélgettünk.

Bán Gábor professzor Kiskunhalason született 1926-ban. 1950-ben szerzett oklevelet a Budapesti Mûszaki Egyetemen. Sikeres aspirantúráját követõen évtizedekig a Villamosipari Kutatóintézet munkatársa, tudományos tanácsadója volt. A BME villamos mûvek tanszékének docense, egyetemi tanára, majd tanszékvezetõje lett. 1988-tól az Erõsáramú Intézet igazgatója volt emeritálásáig. Kutatási-fejlesztési témái a villamos hálózatok gyorsan lezajló, tranziens folyamataihoz kapcsolódnak, melyekben elért eredményeit széles körû nemzetközi elismerés övezi. 1980-ban Állami Díjjal tüntették ki.

– Professzor úr, kérem mutassa be tágabb kutatási területét, amely a villamos hálózatokban lezajló átmeneti, de annál nagyobb jelentõségû folyamatokhoz kapcsolódik! Miben különböznek ezek a folyamatos üzemmódtól?

– A villamos energetikában használatos berendezések, mint a távvezetékek, az erõmûvek tulajdonképpen állandó, stacioner üzemre készülnek. Ugyanúgy, mint egy autó: arra, hogy folyamatosan haladjon, és mûködésük nagy részében ezt is teszik. A tranziens, azaz az átmeneti folyamatok két, állandósult állapotot kötnek össze. Ezeknek az idõtartama összehasonlíthatatlanul rövidebb, mint a stacioner állapotoké. Ennek ellenére sokkal bonyolultabbak és a meghibásodások is általában tranziensek idején jönnek létre. Ahogy egy villanykörte is általában ki- vagy bekapcsoláskor ég ki, ahogy egy autó hibái is általában lassításkor, fékezéskor, sebességváltáskor mutatkoznak meg. A tranziens folyamatoknak tulajdonképpen ez adja meg a lényegét.

E tranziens folyamatok közé tartoznak azok a hatások, amelyek a villamos hálózatok túlfeszültség elleni védelmét teszik szükségessé. Új hálózatok, új alállomások esetén vagy ami közismertebb, annak idején a 40 kV-os szovjet–magyar együttmûködésben épült, Vinnyica–Albertirsa távvezeték tervezésekor tisztázni kellett sok számításba vehetõ tranziens folyamatot. Ezek korábban, megfelelõ számítógépek nem lévén, általában bonyolult fizikai modellek létrehozását, tanulmányozását tették szükségessé. Magam három vagy négy különbözõ generációjú modellt dolgoztam ki életemben ennek a problémának a megközelítésére. Észrevettem bizonyos összefüggéseket, melyeket sikerült az elektrotechnika számomra használhatóbb nyelvére lefordítani. Ezek hasznos segédeszközöket jelentettek annak a kérdésnek a megválaszolásában, hogy milyen jelenségek lehetnek egyáltalán veszélyesek, mit kell a méretezésnél figyelembe venni. Ilyen motivációtól hajtva kezdtem foglalkozni általában a tranziens folyamatokkal, és módszert dolgoztam ki ezeknek a folyamatoknak az egyszerûsítésére, hogy át tudjam tekinteni a lényeges jelenségeket.

Az elektrotechnikának a megértése azért nehezebb, mert jelenségei nem érzékelhetõek közvetlenül. Arra már egy egészen kis gyermek is hamar rájön, hogy ha egy súlyos tárgyat elejt, hamar el kell kapnia alóla a lábát, másképpen ráesik és összetöri magát. Az elektrotechnikai törvények nem ilyenek, ezért ha az embernek nem alakul ki ehhez egy sajátos érzéke, akkor soha nem lesznek új gondolatai, nem tudja mit kell kimérnie, kiszámítania, mégha oly nagy teljesítményû számítógép is segíti a munkáját – akkor legfeljebb, még ha mérnök is, csak szabványokból, üzemi elõírásokból élhet, tehát amit mások értenek, õ csak tudja.

Kutatóintézeti munkám során kiderült számomra, hogy érzékelem mindazt, amit a tranziens folyamatok jelentenek, s tevékenységem mindig ennek az érdekes témának a kutatása köré épült.

– Melyek azok a legfontosabb tranziens folyamatok, amelyek különösen jelentõsek a tervezések, méretezések vagy más szempontok alapján?

– Ezer millió tranziens folyamat van, melyeknek fõleg a nagyfeszültségû hálózatoknál van jelentõségük. Kevesen ismerik pl. a ferrorezonancia jelenségét, amely vasmagos tekercset tartalmazó rezgõkörben lép fel. A vasmag telítõdése következtében nemlineáris lengés keletkezik, melynek nincs is stacioner állapota.

A tranziens folyamatok a villamosenergetikában a nagy áramerõsségek ill. a nagy feszültségek világában fontosak. Nagy áramerõsség lép fel például, ha bekacsolunk egy transzformátort, ami egy nagy lekapcsolási áramlökéssel jár. Tranziens feszültségek alakulnak ki pl. ha egy feszültségmentes, tehát nulla potenciálú vezetésre feszültséget kapcsolnak. Ez ugrásszerû változást jelentene, amit a természet általában nem szeret és ezt lengéssel közelíti meg, akárcsak a kilendített inga, míg végül eléri nyugalmi helyzetét. Hasonló folyamat játszódik le a villamos áramkörökben is. Bekapcsoláskor túlfeszültség lép fel. Ha megszakítjuk az áramkört, akkor a kikapcsolás is egy sor tranzienst jelent. Tovább bonyolítja a helyzetet, hogy három fázisú távvezetékeink vannak – ami három bekapcsolást, s ugyanennyiszer több tranzienst jelent. Ezek nem egy idõpillanatban kapcsolódnak be, már csak azért sem, mert ha már nagyon közel érnek a kontaktusok, akkor szikra üt át, majd kialszik, megint átüt és kialszik – elõszikrák sorozata után jön végül létre a mechanikus kapcsolat is. Ezen felül mindhárom fázis egymással induktíve és kapacitíve is csatolva van, így egy háromfázisú vezeték bekapcsolása egy sor tranzienssel jár együtt és szinte mindegyiknek jelentõsége van. S ezek a bekapcsolási, zárlati, megszakítási tranziensek talán még a legegyszerûbbek közé tartoznak.

– Ezek azok a jelenségek, melyekkel nap mint nap találkozhatunk. Mennyi idõ alatt játszódnak le a tranziens jelenségek?

– Egy bekapcsolási tranziens, a távvezeték méretétõl függõen, pl. 10 kHz-es frekvencián, mintegy egy periódus alatt, 20–30 ms idõtartományban játszódik le – de ezalatt rengeteg bajt tud okozni.

– Ez azt jelenti, hogy az ezekben a rövid idõtartamokban fellépõ túlfeszültségekre kell méretezni a hálózati berendezéseinket, pl. egy izzót is?

– Ez egy nagyon érdekes dolog, mert nem. Az izzólámpa pl. ekkor inkább elektromechanikus hatások miatt mehet tönkre. A kapcsolási tranziensek a kisebb feszültségszintû hálózatokon nem olyan fontosak. Középfeszültségen már inkább. Nem tudom gondolkodott-e már azon, egy villanydrótnak, amihez mondjuk egy asztali lámpa csatlakozik, mennyit bír el a szigetelése?

– Hm. Mondjuk, a biztonság kedvéért talán ötszörös feszültséget, talán 1000--1500 voltot!?

– Többet, 20 000 voltot is! A szigetelést azonban nem azért méretezik ekkorára, mintha erre szükség lenne, hiszen 220 V-ra elegendõ lenne szigetelni. A szigetelést elsõsorban mechanikai alapon méretezik ilyen vastagra – máskülönben egész egyszerûen eltörne. Persze 120, 400 kV-on már messzemenõen több szigetelés kell, mint amennyire mechanikai szempontból szükség lenne. Ezért nem szükséges kisebb feszültségeken a szigetelést a tranziens folyamatokhoz méretezni. 100, de inkább 200 kV fölött igen-igen megdrágul a szigetelés költsége. 400 kV-nál a szigetelés az egész berendezés árának már a felét is kiteszi.

– A tranzienseknek van-e szerepe a villamosenergia-hálózatok terhelésének a változása során, hiszen ebben a dinamikus rendszerben, mivel a villamosenergiát különösképpen tárolni nem lehet, a termelésnek pillanatról pillanatra egyensúlyban kell lennie a fogyasztással. E dinamikus egyensúly fenntartását befolyásolják-e tranziens folyamatok?

– Különbözõ tranziensek lépnek fel ezen a szakterületen. Vannak elektromágneses átmeneti folyamatok, melyek a villamos és a mágneses energia közötti átalakulásokkal kapcsolatosak, tehát ahol induktivitások és kapacitások szerepelnek. Ezek ezredmásodpercek alatt játszódnak le.

Vannak az ún. elektromechanikus tranziensek is (s ez a két csoport egyszerre létezik). Mit jelent ez? Mondjuk valahol zárlat keletkezik a rendszerben, akkor ez a helyi hirtelen változás hullámzást kelt minden irányban, ahhoz hasonlóan, mint amikor egy vízfelületet megpöccint az ember. Ez a mozgási állapot végighalad a rendszeren, visszaverõdik stb.

Ugyanakkor a zárlatot megérzik a forgógépek is, a generátor felpörög. Ettõl a frekvencia kissé megnõ, s ennek mindenféle hatása van – s így ezekbe az elektromechanikus tranziensekbe a forgógép saját tehetetlensége is belejátszik. Ezek perc nagyságrendû folyamatok. Ezeknek az a jelentõsége, hogy az együttmûködõ rendszerek stabilitását veszélyeztetik. Ez ahhoz hasonlítható mintha két nagy, együttforgó lendkerék gumitengellyel lenne összekötve. Ha ezt félbevágnánk, a tengely meggyengülne. Ekkor a lendkerekek elkezdenek egymáshoz képest lengeni, ami odáig is fajulhat, hogy szétszakad a kapcsolat. Ez a jelenség nagy rendszerközi üzemzavarhoz vezet.

Egy lassú tranziens a villamosenergia-igények napi váltakozása. Az ebben jelentkezõ hullámvölgyek ill. hullámhegyek igényeink kielégítése egy sor átkapcsolást, áttérést tesz szükségessé, ami elektromágneses tranziensekkel is együtt jár. Vannak egészen rövid idejû ún. feszültséglehúzások, amelyek igen érdekes megoldású, vezetõbõl készült tekercses berendezésekkel történnek, s a legmodernebb technikák: a szupravezetõk, a fénytávközlés lehetõségei, s messzemenõen a számítástechnika, a mikroprocesszoros berendezések.

– Az „Eötvös József-koszorú” kitüntetés odaítélésének indoklásában kiemelték professzor úrnak a kompakt távvezetékek létesítésében, ill. a korábban épített távvezetékek teljesítmény-átvitelének növelésében elért kiemelkedõ tudományos tevékenységét, eredményeit. Mi volt ezeknek a kutatásoknak a lényege?

– A távvezetékek, a fázisvezetõk távolságai azért olyan vagyok, hogy a tranziensként fellépõ nagyfeszültségek se hozhassanak létre zárlatokat, így ezek a túlfeszültségek szabják meg tulajdonképpen a távvezeték méreteit. Manapság, amióta nagyon szerencsésen, környezetvédelmi szempontok is elõtérbe kerülnek, arra törekszenek, hogy a távvezetékek minél kisebbek legyenek, minél kisebb keresztmetszetûek, minél alacsonyabbak. Ezt nevezik kompakt távvezetéknek. Kiderült, hogy ez nemcsak a természet kímélése, ill. látvány szempontjából lehet hasznos, hanem a villamos átvitel is kedvezõbb lesz. Ugyanaz a távvezeték, ha közelebb helyezzük el egymáshoz a vezetõket, gazdaságosabb átvitelre alkalmas.

Ezen túlmenõen a távvezeték élettani hatása is kedvezõbben alakul, a fázisvezetõk közelebb kerülésével mágneses hatásuk is elhanyagolhatóbbá válik. Tehát a kompakt távvezetékek minden szempontból jobbak, mint a régiek, ezért ilyenek létesítésére törekszenek ma már Magyarországon is.

Egy másik újdonság, az úgynevezett kombinált távvezeték. Ezen általában 5--6 rendszer helyezkedik el, fent különbözõ nagyfeszültségû, lejjebb középfeszültségû vezetékekkel. Ez azért is hasznos, mert a fent elhelyezett vezetõknek a villamos és mágneses hatását az alsók árnyékolják. Ez a jövõ útját jelenti, elkerülve egyúttal a távvezeték erdõk építésének szükségességét.

A harmadik lehetõség a gazdaságosság növelésére abban áll, hogy a távvezetéket magasabb feszültségszintre térítjük át. E megoldására egyik legutóbbi munkánkban javaslatot is tettünk, egy 220 kV-os távvezetéket kis átalakítással 400 kV-on lehetne üzemeltetni, ami a nyugat–keleti tranzit szempontjából lenne hasznos. Nem beszélve arról, hogy egy új távvezeték építési költségének kb. 60%-os megtakarítását eredményezheti.

Persze mindhárom probléma komoly feltétele, hogy csökkenteni kell a távvezetékek szigeteléseit. Ezt részben új, megdöbbentõen érdekes szigetelõkonstrukciókkal lehet elérni, de az igénybevételek, a túlfeszültségek csökkentésével is lehet segíteni – azaz úgy kell a hálózati tranzienseket befolyásolni, hogy az ezekben létrejövõ túlfeszültségek annyira minimalizálhatók legyenek, hogy akár 220 kV-ra tervezett oszlopon is vezethessünk 400 kV-os vezetéket. Erre a célra nagyon érdekes vezérelt megszakítókat, túlfeszültség-levezetõ berendezéseket sikerült kigondolnunk.

Vissza a tartalomjegyzékhez