Proizvodnja in prenos izmeničnega električnega toka
Izmenični tok je tok, katerega velikost in smer se periodično spreminjata. Zahvaljujoč izmeničnemu toku sta danes v naših domovih svetloba in toplota. Vsa industrijska podjetja in proizvodnje našega časa delujejo samo zahvaljujoč izmeničnemu toku. Brez izmeničnega toka bi bil tehnološki napredek sodobne civilizacije enostavno nemogoč.
Za pridobivanje izmeničnega toka se uporabljajo elektromehanske naprave, tako imenovane indukcijski generatorji… V njih se tako ali drugače pridobljena mehanska energija prenaša na rotor, rotor se vrti, zaradi česar se mehanska energija vrtenja rotorja z elektromagnetno indukcijo pretvarja v električno.
Spomnimo se, da če zavrtite magnet znotraj prevodnega okvirja, bo v okvirju indukcija izmenični tok… Na tem principu deluje generator. Samo v industrijskem generatorju ima stator vlogo okvirja, vlogo magneta pa rotor z magnetno tuljavo, pravzaprav vrtljivi elektromagnet.
Pri industrijskem generatorju je stator ogromna jeklena konstrukcija v obliki obroča z utori na notranji strani. V te reže je položeno bakreno trifazno navitje. Magnetno polje, kot smo že povedali, ustvarja rotor, ki je jekleno jedro s parom (ali več pari, odvisno od nazivne hitrosti rotorja) polov, ki jih tvori tok v navitju rotorja. Enosmerni tok se napaja v navitje rotorja iz vzbujalnika.
Glede na shematski diagram dvopolnega indukcijskega alternatorja je enostavno razumeti, da silnice magnetnega polja rotorja prečkajo zavoje statorskega navitja, medtem ko enkrat na obrat magnetni pretok rotorja spremeni svojo smer z glede na enake vrtljaje statorja.
Tako se v navitju statorja proizvaja izmenični tok namesto pulzirajočega enosmernega toka. Če govorimo o jedrski elektrarni, potem rotor generatorja dobi mehansko vrtenje iz pare, ki se pod ogromnim pritiskom dovaja na lopatice turbine, povezane z rotorjem. Steam v jedrski elektrarni se proizvaja iz vode, ki se segreje s toploto iz jedrske reakcije, ki se v vodo dovaja skozi toplotni izmenjevalnik.
V Rusiji je frekvenca izmeničnega toka v omrežju 50 Hz, kar pomeni, da mora rotor dvopolnega generatorja narediti 50 vrtljajev na sekundo. Torej, v jedrski elektrarni rotor naredi 3000 obratov na minuto, kar preprosto daje frekvenco ustvarjenega toka 50 Hz. Smer ustvarjenega toka se spremeni po sinusnem (harmoničnem) zakonu.
Navitje generatorja je razdeljeno na tri dele, zato je izmenični tok trifazni.To pomeni, da je v vsakem od treh delov statorskega navitja nastali EMF fazno premaknjen glede na drugega za 120 stopinj. Efektivna vrednost proizvedene napetosti v elektrarni je lahko od 6,3 do 36,75 kV, odvisno od tipa generatorja.
Za prenos električne energije na velike razdalje, visokonapetostni daljnovodi (PTL)… Če pa se električna energija prenaša brez pretvorbe, pri isti napetosti, kot prihaja iz generatorja, potem bodo izgube energije pri prenosu gromozanske in do končnega uporabnika ne bo prišlo praktično nič.
Dejstvo je, da so izgube energije v oddajnih žicah sorazmerne s kvadratom vrednosti toka in neposredno sorazmerne z uporom žic (glej Joule-Lenzov zakon). To pomeni, da je treba za učinkovitejši prenos in distribucijo električne energije najprej nekajkrat povečati napetost, da se za toliko zmanjša tok in s tem bistveno zmanjšajo transportne izgube. In samo povečano napetost je smiselno prenesti na daljnovode.
Zato se električna energija najprej dovaja iz elektrarne do transformatorske postaje... Tu se napetost poveča na 110-750 kV in šele nato se napaja na daljnovode. Toda uporabnik potrebuje 220 ali 380 voltov, zato se na koncu linije visoka napetost zniža s pomočjo transformatorskih postaj na 6-35 kV.
Transformator je nameščen na transformatorski postaji v bližini naše hiše ali vgrajen v hišo. Tu napetost spet pade - s 6-35 kV na 220 (380) voltov, ki so že razdeljeni potrošnikom.Skozi vhodno razdelilno napravo se mreža žic in kablov razhaja v različne prostore.