Generovanie a prenos striedavého elektrického prúdu

Striedavý prúd je prúd, ktorého veľkosť a smer sa periodicky menia. Vďaka striedavému prúdu je dnes v našich domácnostiach svetlo a teplo. Všetky priemyselné podniky a výroby našej doby fungujú len vďaka striedavému prúdu. Bez striedavého prúdu by bol technologický pokrok modernej civilizácie jednoducho nemožný.

Na získanie striedavého prúdu sa používajú elektromechanické zariadenia, tzv indukčné generátory… V nich sa mechanická energia získaná tak či onak prenáša na rotor, rotor sa otáča, v dôsledku čoho sa mechanická energia otáčania rotora premieňa na elektrickú energiu elektromagnetickou indukciou.

Pripomeňme, že ak otočíte magnet vo vodivom ráme, potom bude v ráme indukcia striedavý prúd… Na tomto princípe funguje generátor. Len v priemyselnom generátore plní stator úlohu rámu a úlohou magnetu je rotor s magnetizačnou cievkou, vlastne rotujúci elektromagnet.

V priemyselnom generátore je statorom obrovská oceľová konštrukcia vo forme krúžku s drážkami na vnútornej strane. V týchto štrbinách je položené medené trojfázové vinutie. Magnetické pole, ako sme už povedali, vytvára rotor, čo je oceľové jadro s párom (alebo niekoľkými pármi, v závislosti od nominálnej rýchlosti rotora) pólov tvorených prúdom vo vinutí rotora. Z budiča sa do vinutia rotora privádza jednosmerný prúd.

Podľa schematického diagramu dvojpólového indukčného alternátora je ľahké pochopiť, že siločiary magnetického poľa rotora pretínajú závity vinutia statora, pričom raz za otáčku magnetický tok rotora mení svoj smer s vzhľadom na rovnaké otáčky statora.

Vo vinutí statora sa teda vytvára skôr striedavý prúd ako pulzujúci jednosmerný prúd. Ak hovoríme o jadrovej elektrárni, tak rotor generátora dostáva mechanickú rotáciu z pary, ktorá sa pod obrovským tlakom dodáva na lopatky turbíny pripojenej k rotoru. Para v jadrovej elektrárni sa vyrába z vody, ktorá sa ohrieva teplom z jadrovej reakcie privádzaným do vody cez výmenník tepla.

V Rusku je frekvencia striedavého prúdu v sieti 50 Hz, čo znamená, že rotor dvojpólového generátora musí robiť 50 otáčok za sekundu. Takže v jadrovej elektrárni rotor robí 3000 otáčok za minútu, čo jednoducho udáva frekvenciu generovaného prúdu 50 Hz. Smer generovaného prúdu sa mení podľa sínusového (harmonického) zákona.

Vinutie generátora je rozdelené na tri časti, takže striedavý prúd je trojfázový.To znamená, že v každej z troch častí vinutia statora je výsledný EMF fázovo posunutý voči sebe o 120 stupňov. Efektívna hodnota generovaného napätia v elektrárni môže byť od 6,3 do 36,75 kV v závislosti od typu generátora.

Na prenos elektrickej energie na veľkú vzdialenosť, vysokonapäťové elektrické vedenia (PTL)… Ale ak sa elektrina prenáša bez premeny, pri rovnakom napätí, aké pochádza z generátora, straty energie pri prenose budú kolosálne a ku koncovému užívateľovi sa nedostane prakticky nič.

Faktom je, že straty energie v prenosových vodičoch sú úmerné druhej mocnine aktuálnej hodnoty a priamo úmerné odporu vodičov (pozri Joule-Lenzov zákon). To znamená, že pre efektívnejší prenos a distribúciu elektriny je potrebné najskôr niekoľkokrát zvýšiť napätie, aby sa znížil prúd o rovnakú hodnotu a tým sa výrazne znížili transportné straty. A iba zvýšené napätie má zmysel prenášať na elektrické vedenia.

Preto sa elektrina najskôr dodáva z elektrárne do trafostanice... Tu sa napätie zvýši na 110-750 kV a až potom sa privádza do elektrických vedení. Užívateľ však potrebuje 220 alebo 380 voltov, preto sa vysoké napätie na konci vedenia zníži pomocou trafostaníc na 6-35 kV.

Transformátor je inštalovaný na rozvodni v blízkosti nášho domu alebo zabudovaný do domu. Tu napätie opäť klesá - zo 6-35 kV na 220 (380) voltov, ktoré sú už distribuované spotrebiteľom.Prostredníctvom vstupného distribučného zariadenia sa sieť drôtov a káblov rozchádza do rôznych miestností.