Vaihtovirtavirran tuottaminen ja siirto
Vaihtovirta on virta, jonka suuruus ja suunta muuttuvat ajoittain. Vaihtovirran ansiosta kodeissamme on nykyään valoa ja lämpöä. Kaikki aikamme teollisuusyritykset ja tuotannot toimivat vain vaihtovirran ansiosta. Ilman vaihtovirtaa nykyajan sivilisaation tekninen kehitys olisi yksinkertaisesti mahdotonta.
Vaihtovirran saamiseksi käytetään sähkömekaanisia laitteita, ns induktiogeneraattorit… Niissä tavalla tai toisella saatu mekaaninen energia siirtyy roottoriin, roottori pyörii, minkä seurauksena roottorin pyörimisen mekaaninen energia muunnetaan sähköenergiaksi sähkömagneettisen induktion avulla.
Muista, että jos kierrät magneettia johtavan kehyksen sisällä, kehyksessä tapahtuu induktio vaihtovirta… Generaattori toimii tällä periaatteella. Ainoastaan teollisessa generaattorissa staattori toimii kehyksen roolina, ja magneetin rooli on roottori, jossa on magnetointikela, itse asiassa pyörivä sähkömagneetti.
Teollisuusgeneraattorissa staattori on valtava teräsrakenne renkaan muodossa, jonka sisällä on uria. Näihin aukkoihin asetetaan kuparinen kolmivaihekäämi. Magneettikentän, kuten olemme jo sanoneet, luo roottori, joka on teräsydin, jossa on pari (tai useita pareja, riippuen roottorin nimellisnopeudesta) napoja, jotka muodostavat roottorin käämityksen virta. Tasavirta syötetään roottorin käämiin virittimestä.
Kaksinapaisen induktiogeneraattorin kaavion mukaan on helppo ymmärtää, että roottorin magneettikentän voimalinjat ylittävät staattorikäämin kierrokset, kun taas kerran kierrosta kohti roottorin magneettivuo muuttaa suuntaa suhteessa samoihin staattorin kierroksiin.
Siten staattorikäämitykseen tuotetaan vaihtovirtaa sykkivän tasavirran sijaan. Jos puhumme ydinvoimalaitoksesta, generaattorin roottori saa mekaanisen pyörimisen höyrystä, joka syötetään valtavan paineen alaisena roottoriin kytketyn turbiinin siipille. Steam ydinvoimalaitoksessa on valmistettu vedestä, jota kuumennetaan ydinreaktion lämmöllä, joka syötetään veteen lämmönvaihtimen kautta.
Venäjällä vaihtovirran taajuus verkossa on 50 Hz, mikä tarkoittaa, että kaksinapaisen generaattorin roottorin on tehtävä 50 kierrosta sekunnissa. Joten ydinvoimalaitoksessa roottori tekee 3000 kierrosta minuutissa, mikä yksinkertaisesti antaa syntyvän virran taajuuden 50 Hz. Muodostetun virran suunta muuttuu sinimuotoisen (harmonisen) lain mukaan.
Generaattorin käämitys on jaettu kolmeen osaan, joten vaihtovirta on kolmivaiheinen.Tämä tarkoittaa, että jokaisessa staattorikäämin kolmesta osasta tuloksena oleva EMF on vaihesiirretty suhteessa toisiinsa 120 astetta. Voimalaitoksen syntyvän jännitteen tehollinen arvo voi olla generaattorityypistä riippuen 6,3 - 36,75 kV.
Siirtääksesi sähköenergiaa pitkän matkan, suurjännitelinjat (PTL)… Mutta jos sähköä siirretään ilman muuntamista, samalla jännitteellä, joka tulee generaattorista, niin energiahäviöt siirron aikana ovat valtavat, eikä loppukäyttäjälle pääse käytännössä mitään.
Tosiasia on, että lähetysjohtojen energiahäviöt ovat verrannollisia virran arvon neliöön ja suoraan verrannollisia johtojen resistanssiin (katso Joule-Lenzin laki). Tämä tarkoittaa, että tehokkaamman sähkön siirron ja jakelun aikaansaamiseksi jännitettä on ensin nostettava useita kertoja, jotta virta pienenee saman verran ja siten siirtohäviöt merkittävästi pienenevät. Ja vain lisääntynyt jännite on järkevää siirtää voimalinjoihin.
Siksi sähkö syötetään ensin voimalaitokselta muuntajan sähköasemalle... Täällä jännite nostetaan 110-750 kV:iin ja vasta sitten se syötetään voimalinjoille. Mutta käyttäjä tarvitsee 220 tai 380 volttia, joten johdon päässä korkea jännite lasketaan takaisin muuntaja-asemien avulla 6-35 kV:iin.
Muuntaja asennetaan sähköasemalle lähellä taloamme tai rakennetaan taloon. Täällä jännite laskee jälleen - 6-35 kV:sta 220 (380) volttiin, jotka on jo jaettu kuluttajille.Tulojen jakelulaitteen kautta johto- ja kaapeliverkko hajaantuu eri huoneisiin.