Opwekking en transmissie van elektrische wisselstroom

Een wisselstroom is een stroom waarvan de grootte en richting periodiek veranderen. Dankzij wisselstroom is er tegenwoordig licht en warmte in onze woningen. Alle industriële ondernemingen en producties van onze tijd werken alleen dankzij wisselstroom. Zonder wisselstroom zou de technologische vooruitgang van de moderne beschaving simpelweg onmogelijk zijn.

Om wisselstroom te verkrijgen, worden elektromechanische apparaten gebruikt, de zogenaamde inductie generatoren… Daarin wordt de op de een of andere manier verkregen mechanische energie overgedragen op de rotor, de rotor draait, waardoor de mechanische energie van de rotatie van de rotor wordt omgezet in elektrische energie door elektromagnetische inductie.

Bedenk dat als u de magneet in het geleidende frame draait, er een inductie in het frame zal zijn wisselstroom… De generator werkt volgens dit principe. Alleen in een industriële generator speelt de stator de rol van een frame, en de rol van een magneet is een rotor met een magnetiserende spoel, eigenlijk een roterende elektromagneet.

In een industriële generator is de stator een enorme stalen structuur in de vorm van een ring met groeven aan de binnenkant. In deze sleuven wordt een koperen driefasige wikkeling gelegd. Het magnetische veld wordt, zoals we al zeiden, gecreëerd door de rotor, een stalen kern met een paar (of meerdere paren, afhankelijk van de nominale snelheid van de rotor) polen gevormd door de stroom in de rotorwikkeling. Een gelijkstroom wordt geleverd aan de rotorwikkeling van de bekrachtiger.

Volgens het schematische diagram van een tweepolige inductiedynamo is het gemakkelijk te begrijpen dat de krachtlijnen van het magnetische veld van de rotor de windingen van de statorwikkeling kruisen, terwijl eenmaal per omwenteling de magnetische flux van de rotor van richting verandert met respect voor dezelfde omwentelingen van de stator.

In de statorwikkeling wordt dus wisselstroom in plaats van pulserende gelijkstroom geproduceerd. Als we het hebben over een kerncentrale, dan krijgt de rotor van de generator mechanische rotatie van stoom, die onder enorme druk wordt toegevoerd aan de bladen van een turbine die op de rotor is aangesloten. Stoom in een kerncentrale wordt geproduceerd uit water dat wordt verwarmd door de warmte van een kernreactie die via een warmtewisselaar aan het water wordt toegevoerd.

In Rusland is de frequentie van wisselstroom in het netwerk 50 Hz, wat betekent dat de rotor van een tweepolige generator 50 omwentelingen per seconde moet maken. In een kerncentrale maakt de rotor dus 3000 omwentelingen per minuut, wat simpelweg de frequentie van de gegenereerde stroom geeft als 50 Hz. De richting van de opgewekte stroom verandert volgens de sinusoïdale (harmonische) wet.

De generatorwikkeling is verdeeld in drie delen, dus de wisselstroom is driefasig.Dit betekent dat in elk van de drie delen van de statorwikkeling de resulterende EMF 120 graden ten opzichte van elkaar in fase verschoven is. De effectieve waarde van de opgewekte spanning in de energiecentrale kan variëren van 6,3 tot 36,75 kV, afhankelijk van het type generator.

Om elektrische energie over een lange afstand over te brengen, hoogspanningsleidingen (PTL)… Maar als de elektriciteit zonder omzetting wordt getransporteerd, met dezelfde spanning die van de generator komt, dan zullen de energieverliezen tijdens de transmissie enorm zijn en zal praktisch niets de eindgebruiker bereiken.

Het feit is dat energieverliezen in het verzenden van draden evenredig zijn met het kwadraat van de huidige waarde en recht evenredig met de weerstand van de draden (zie De wet van Joule-Lenz). Dit betekent dat voor een efficiëntere transmissie en distributie van elektriciteit eerst de spanning meerdere keren moet worden verhoogd om de stroom met dezelfde hoeveelheid te verminderen en zo de transportverliezen aanzienlijk te verminderen. En alleen de verhoogde spanning is logisch om over te dragen naar hoogspanningslijnen.

Daarom wordt eerst elektriciteit geleverd vanuit de energiecentrale naar het transformatorstation... Hier wordt de spanning verhoogd tot 110-750 kV en pas dan wordt het naar de hoogspanningslijnen gevoerd. Maar de gebruiker heeft 220 of 380 volt nodig, daarom wordt aan het einde van de lijn de hoogspanning met behulp van transformatorstations teruggetrapt naar 6-35 kV.

Een transformator is geïnstalleerd op een onderstation bij ons huis of ingebouwd in het huis. Hier daalt de spanning weer - van 6-35 kV naar 220 (380) volt, die al aan consumenten zijn gedistribueerd.Via het invoerverdeelapparaat divergeert een netwerk van draden en kabels naar verschillende kamers.