Proizvodnja i prijenos izmjenične električne struje
Izmjenična struja je struja čija se veličina i smjer periodički mijenjaju. Zahvaljujući izmjeničnoj struji danas u našim domovima ima svjetla i topline. Sva industrijska poduzeća i proizvodnje našeg vremena rade samo zahvaljujući izmjeničnoj struji. Bez izmjenične struje tehnološki napredak moderne civilizacije jednostavno bi bio nemoguć.
Za dobivanje izmjenične struje koriste se elektromehanički uređaji, tzv indukcijski generatori… Kod njih se na ovaj ili onaj način dobivena mehanička energija prenosi na rotor, rotor se vrti, uslijed čega se mehanička energija vrtnje rotora elektromagnetskom indukcijom pretvara u električnu.
Podsjetimo se da ako rotirate magnet unutar vodljivog okvira, tada će u okviru biti indukcija naizmjenična struja… Generator radi na ovom principu. Samo kod industrijskog generatora stator ima ulogu okvira, a ulogu magneta je rotor sa svitkom za magnetiziranje, zapravo rotirajući elektromagnet.
U industrijskom generatoru stator je ogromna čelična konstrukcija u obliku prstena s utorima s unutarnje strane. U ove utore položen je bakreni trofazni namot. Magnetsko polje, kao što smo već rekli, stvara rotor, koji je čelična jezgra s parom (ili više pari, ovisno o nazivnoj brzini rotora) polova koje stvara struja u namotu rotora. Istosmjerna struja dovodi se do namota rotora iz pobudnika.
Prema shemi dvopolnog indukcijskog alternatora, lako je razumjeti da linije sile magnetskog polja rotora sijeku zavoje namota statora, dok jednom po okretaju magnetski tok rotora mijenja svoj smjer s obzirom na iste okretaje statora.
Stoga se u namotu statora proizvodi izmjenična struja umjesto pulsirajuće istosmjerne struje. Ako govorimo o nuklearnoj elektrani, tada rotor generatora dobiva mehaničku rotaciju od pare, koja se pod ogromnim pritiskom dovodi do lopatica turbine spojene na rotor. Steam u nuklearnoj elektrani se proizvodi iz vode koja se zagrijava toplinom iz nuklearne reakcije dovedenom u vodu kroz izmjenjivač topline.
U Rusiji je frekvencija izmjenične struje u mreži 50 Hz, što znači da rotor dvopolnog generatora mora napraviti 50 okretaja u sekundi. Dakle, u nuklearnoj elektrani rotor napravi 3000 okretaja u minuti, što jednostavno daje frekvenciju generirane struje od 50 Hz. Smjer generirane struje se mijenja prema sinusoidalnom (harmonijskom) zakonu.
Namot generatora podijeljen je na tri dijela, pa je izmjenična struja trofazna.To znači da je u svakom od tri dijela namota statora, rezultirajući EMF fazno pomaknut jedan u odnosu na drugi za 120 stupnjeva. Efektivna vrijednost generiranog napona u elektrani može biti od 6,3 do 36,75 kV, ovisno o vrsti generatora.
Za prijenos električne energije na velike udaljenosti, vodovi visokog napona (PTL)… Ali ako se električna energija prenosi bez pretvorbe, na istom naponu koji dolazi iz generatora, tada će gubici energije tijekom prijenosa biti ogromni i praktički ništa neće doći do krajnjeg korisnika.
Činjenica je da su gubici energije u žicama za prijenos proporcionalni kvadratu vrijednosti struje i izravno proporcionalni otporu žica (vidi Joule-Lenzov zakon). To znači da je za učinkovitiji prijenos i distribuciju električne energije potrebno prvo nekoliko puta povećati napon kako bi se za isti iznos smanjila struja i time značajno smanjili gubici u transportu. I samo povećani napon ima smisla prenijeti na dalekovode.
Dakle, električna energija se prvo dovodi iz elektrane do trafostanice... Ovdje se napon povećava na 110-750 kV i tek tada se dovodi do električnih vodova. Ali korisnik treba 220 ili 380 volti, stoga se na kraju linije visoki napon spušta uz pomoć transformatorskih stanica na 6-35 kV.
Transformator je instaliran na trafostanici u blizini naše kuće ili ugrađen u kuću. Ovdje napon ponovno pada - od 6-35 kV do 220 (380) volti, koji su već distribuirani potrošačima.Kroz ulazni distribucijski uređaj, mreža žica i kabela divergira u različite prostorije.