Výroba a přenos střídavého elektrického proudu
Střídavý proud je proud, jehož velikost a směr se periodicky mění. Díky střídavému proudu je dnes v našich domácnostech světlo a teplo. Všechny průmyslové podniky a výrobny naší doby fungují jen díky střídavému proudu. Bez střídavého proudu by byl technologický pokrok moderní civilizace prostě nemožný.
K získání střídavého proudu se používají elektromechanická zařízení, t. zv indukční generátory… V nich se tak či onak získaná mechanická energie přenáší na rotor, rotor se otáčí, v důsledku čehož se mechanická energie otáčení rotoru elektromagnetickou indukcí přeměňuje na energii elektrickou.
Připomeňme, že pokud otočíte magnetem uvnitř vodivého rámu, dojde k indukci v rámu střídavý proud… Na tomto principu funguje generátor. Jen u průmyslového generátoru plní stator roli rámu a roli magnetu rotor s magnetizační cívkou, vlastně rotující elektromagnet.
V průmyslovém generátoru je stator obrovská ocelová konstrukce ve formě prstence s drážkami na vnitřní straně. V těchto štěrbinách je položeno měděné třífázové vinutí. Magnetické pole, jak jsme již řekli, je vytvářeno rotorem, což je ocelové jádro s párem (nebo několika páry, v závislosti na jmenovité rychlosti rotoru) pólů tvořených proudem ve vinutí rotoru. Z budiče je do vinutí rotoru přiváděn stejnosměrný proud.
Podle schematického schématu dvoupólového indukčního alternátoru lze snadno pochopit, že siločáry magnetického pole rotoru protínají závity vinutí statoru, přičemž jednou za otáčku magnetický tok rotoru mění svůj směr s vzhledem ke stejným otáčkám statoru.
Ve vinutí statoru tak vzniká střídavý proud spíše než pulzující stejnosměrný proud. Pokud mluvíme o jaderné elektrárně, pak rotor generátoru přijímá mechanickou rotaci z páry, která je pod obrovským tlakem přiváděna na lopatky turbíny spojené s rotorem. Parní v jaderné elektrárně se vyrábí z vody, která se ohřívá teplem z jaderné reakce přiváděným do vody přes výměník tepla.
V Rusku je frekvence střídavého proudu v síti 50 Hz, což znamená, že rotor dvoupólového generátoru musí udělat 50 otáček za sekundu. Takže v jaderné elektrárně rotor dělá 3000 otáček za minutu, což jednoduše udává frekvenci generovaného proudu 50 Hz. Směr generovaného proudu se mění podle sinusového (harmonického) zákona.
Vinutí generátoru je rozděleno na tři části, takže střídavý proud je třífázový.To znamená, že v každé ze tří částí statorového vinutí je výsledné EMF vzájemně fázově posunuto o 120 stupňů. Efektivní hodnota generovaného napětí v elektrárně může být od 6,3 do 36,75 kV v závislosti na typu generátoru.
K přenosu elektrické energie na velkou vzdálenost, vedení vysokého napětí (PTL)… Pokud je ale elektřina přenášena bez přeměny, při stejném napětí, jaké přichází z generátoru, pak energetické ztráty při přenosu budou kolosální a ke koncovému uživateli se prakticky nic nedostane.
Faktem je, že energetické ztráty v přenosových vodičích jsou úměrné druhé mocnině hodnoty proudu a přímo úměrné odporu vodičů (viz. Joule-Lenzův zákon). To znamená, že pro efektivnější přenos a distribuci elektřiny je nutné nejprve několikrát zvýšit napětí, aby se o stejnou hodnotu snížil proud a tím se výrazně snížily transportní ztráty. A pouze zvýšené napětí má smysl přenášet na elektrické vedení.
Elektřina je tedy nejprve dodávána z elektrárny do trafostanice... Zde je napětí zvýšeno na 110-750 kV a teprve poté je přivedeno do elektrického vedení. Uživatel ale potřebuje 220 nebo 380 voltů, proto je na konci vedení vysoké napětí staženo zpět pomocí trafostanic na 6-35 kV.
Transformátor je instalován na rozvodně v blízkosti našeho domu nebo zabudovaný do domu. Zde napětí opět klesá — z 6-35 kV na 220 (380) voltů, které jsou již distribuovány spotřebitelům.Prostřednictvím vstupního distribučního zařízení se síť vodičů a kabelů rozchází do různých místností.