Vahelduvelektrivoolu genereerimine ja edastamine
Vahelduvvool on vool, mille suurus ja suund muutuvad perioodiliselt. Tänu vahelduvvoolule on meie kodudes täna valgust ja soojust. Kõik meie aja tööstusettevõtted ja tootmised töötavad ainult tänu vahelduvvoolule. Ilma vahelduvvooluta oleks tänapäevase tsivilisatsiooni tehnoloogiline areng lihtsalt võimatu.
Vahelduvvoolu saamiseks kasutatakse elektromehaanilisi seadmeid, nn induktsioongeneraatorid… Nendes kantakse ühel või teisel viisil saadud mehaaniline energia rootorile, rootor pöörleb, mille tulemusena rootori pöörlemise mehaaniline energia muudetakse elektromagnetilise induktsiooni abil elektrienergiaks.
Tuletage meelde, et kui pöörate magnetit juhtiva raami sees, tekib raamis induktsioon vahelduvvoolu… Sellel põhimõttel töötab generaator. Ainult tööstuslikus generaatoris täidab staator raami rolli ja magneti roll on magnetiseeriva mähisega rootor, tegelikult pöörlev elektromagnet.
Tööstuslikus generaatoris on staator tohutu teraskonstruktsioon rõnga kujul, mille sees on sooned. Nendesse piludesse asetatakse vasest kolmefaasiline mähis. Magnetvälja, nagu me juba ütlesime, loob rootor, mis on terassüdamik, mille pooluste paar (või mitu paari, olenevalt rootori nimikiirusest) on moodustatud rootori mähises oleva voolu mõjul. Ergutist antakse rootori mähisele alalisvool.
Kahepooluselise induktsioongeneraatori skemaatilise skeemi järgi on lihtne aru saada, et rootori magnetvälja jõujooned ristuvad staatori mähise pöördeid, samas kui kord pöörde kohta muudab rootori magnetvoog oma suunda staatori samade pöörete suhtes.
Seega tekib staatori mähises pigem vahelduvvool kui pulseeriv alalisvool. Kui räägime tuumaelektrijaamast, siis generaatori rootor saab mehaanilise pöörlemise aurust, mis juhitakse tohutu rõhu all rootoriga ühendatud turbiini labadele. Steam tuumaelektrijaamas toodetakse veest, mida kuumutatakse tuumareaktsiooni soojuse toimel, mis juhitakse vette soojusvaheti kaudu.
Venemaal on vahelduvvoolu sagedus võrgus 50 Hz, mis tähendab, et kahepooluselise generaatori rootor peab tegema 50 pööret sekundis. Niisiis teeb rootor tuumaelektrijaamas 3000 pööret minutis, mis annab genereeritud voolu sageduseks lihtsalt 50 Hz. Tekitava voolu suund muutub siinuse (harmoonilise) seaduse järgi.
Generaatori mähis on jagatud kolmeks osaks, seega on vahelduvvool kolmefaasiline.See tähendab, et igas staatorimähise kolmes osas nihutatakse tekkiv EMF üksteise suhtes 120 kraadi võrra. Tekkiva pinge efektiivne väärtus elektrijaamas võib olenevalt generaatori tüübist olla vahemikus 6,3 kuni 36,75 kV.
Elektrienergia edastamiseks pika vahemaa tagant, kõrgepingeliinid (PTL)… Aga kui elekter edastatakse ilma muundamata, sama pingega, mis tuleb generaatorist, siis on energiakaod ülekande ajal kolossaalsed ja lõpptarbijani ei jõua praktiliselt midagi.
Fakt on see, et edastusjuhtmete energiakaod on võrdelised voolu väärtuse ruuduga ja otseselt võrdelised juhtmete takistusega (vt. Joule-Lenzi seadus). See tähendab, et elektrienergia tõhusamaks edastamiseks ja jaotamiseks tuleb pinget esmalt mitu korda tõsta, et voolu sama palju vähendada ja seeläbi transpordikadusid oluliselt vähendada. Ja ainult suurenenud pinge on mõttekas üle kanda elektriliinidele.
Seetõttu tarnitakse elektrit esmalt elektrijaamast trafo alajaama... Siin tõstetakse pinge 110-750 kV-ni ja alles seejärel juhitakse see elektriliinidesse. Kuid kasutajal on vaja 220 või 380 volti, mistõttu liini lõpus tõstetakse kõrgepinge trafoalajaamade abil tagasi 6-35 kV-ni.
Trafo paigaldatakse meie maja lähedal asuvasse alajaama või ehitatakse majja sisse. Siin langeb pinge taas — 6-35 kV-lt 220 (380) voltile, mis jaotatakse juba tarbijatele.Sisendjaotusseadme kaudu hajub juhtmete ja kaablite võrk erinevatesse ruumidesse.