Erzeugung und Übertragung von elektrischem Wechselstrom

Ein Wechselstrom ist ein Strom, dessen Größe und Richtung sich periodisch ändern. Dank Wechselstrom gibt es heute Licht und Wärme in unseren Häusern. Alle Industriebetriebe und Produktionen unserer Zeit funktionieren nur dank Wechselstrom. Ohne Wechselstrom wäre der technologische Fortschritt der modernen Zivilisation schlichtweg unmöglich.

Zur Gewinnung von Wechselstrom werden elektromechanische Geräte eingesetzt, die sogenannten Induktionsgeneratoren… In ihnen wird die auf die eine oder andere Weise gewonnene mechanische Energie auf den Rotor übertragen, der Rotor dreht sich, wodurch die mechanische Energie der Rotation des Rotors durch elektromagnetische Induktion in elektrische Energie umgewandelt wird.

Denken Sie daran, dass es zu einer Induktion im Rahmen kommt, wenn Sie den Magneten im leitenden Rahmen drehen Wechselstrom… Der Generator funktioniert nach diesem Prinzip. Nur in einem Industriegenerator spielt der Stator die Rolle eines Rahmens und die Rolle eines Magneten ist ein Rotor mit einer Magnetisierungsspule, eigentlich ein rotierender Elektromagnet.

Bei einem Industriegenerator ist der Stator eine riesige Stahlkonstruktion in Form eines Rings mit Rillen auf der Innenseite. In diesen Nuten ist eine Kupfer-Drehstromwicklung verlegt. Das Magnetfeld wird, wie bereits erwähnt, durch den Rotor erzeugt, bei dem es sich um einen Stahlkern mit einem Paar (oder mehreren Paaren, abhängig von der Nenndrehzahl des Rotors) von Polen handelt, die durch den Strom in der Rotorwicklung gebildet werden. Vom Erreger wird der Rotorwicklung Gleichstrom zugeführt.

Anhand des schematischen Diagramms eines zweipoligen Induktionsgenerators ist es leicht zu verstehen, dass die Kraftlinien des Rotormagnetfelds die Windungen der Statorwicklung kreuzen, während der magnetische Fluss des Rotors einmal pro Umdrehung seine Richtung mit ändert bezogen auf die gleichen Umdrehungen des Stators.

Dadurch entsteht in der Statorwicklung kein pulsierender Gleichstrom, sondern Wechselstrom. Wenn wir von einem Kernkraftwerk sprechen, erhält der Rotor des Generators eine mechanische Rotation durch Dampf, der unter enormem Druck den Schaufeln einer mit dem Rotor verbundenen Turbine zugeführt wird. Dampf in einem Kernkraftwerk wird aus Wasser hergestellt, das durch die Wärme einer Kernreaktion erhitzt wird, die dem Wasser über einen Wärmetauscher zugeführt wird.

In Russland beträgt die Frequenz des Wechselstroms im Netz 50 Hz, was bedeutet, dass der Rotor eines zweipoligen Generators 50 Umdrehungen pro Sekunde machen muss. In einem Kernkraftwerk macht der Rotor also 3000 Umdrehungen pro Minute, was einfach eine Frequenz des erzeugten Stroms von 50 Hz ergibt. Die Richtung des erzeugten Stroms ändert sich nach dem sinusförmigen (harmonischen) Gesetz.

Die Generatorwicklung ist dreigeteilt, sodass der Wechselstrom dreiphasig ist.Dies bedeutet, dass in jedem der drei Teile der Statorwicklung die resultierende EMK um 120 Grad zueinander phasenverschoben ist. Der Effektivwert der erzeugten Spannung im Kraftwerk kann je nach Generatortyp zwischen 6,3 und 36,75 kV liegen.

Um elektrische Energie über große Entfernungen zu übertragen, Hochspannungsleitungen (PTL)… Aber wenn der Strom ohne Umwandlung übertragen wird, mit der gleichen Spannung, die vom Generator kommt, dann werden die Energieverluste bei der Übertragung enorm sein und praktisch nichts wird den Endverbraucher erreichen.

Tatsache ist, dass Energieverluste in Übertragungsleitungen proportional zum Quadrat des Stromwerts und direkt proportional zum Widerstand der Leitungen sind (siehe Das Joule-Lenz-Gesetz). Das heißt, für eine effizientere Übertragung und Verteilung von Strom muss zunächst die Spannung um ein Vielfaches erhöht werden, um den Strom um den gleichen Betrag zu reduzieren und damit die Transportverluste deutlich zu reduzieren. Und nur die erhöhte Spannung ist für die Übertragung auf Stromleitungen sinnvoll.

Daher wird zunächst Strom aus dem Kraftwerk geliefert zur Umspannstation... Hier wird die Spannung auf 110-750 kV erhöht und erst dann in die Stromleitungen eingespeist. Da der Verbraucher jedoch 220 oder 380 Volt benötigt, wird die Hochspannung am Ende der Leitung mit Hilfe von Umspannwerken wieder auf 6-35 kV heruntergeregelt.

Ein Transformator wird an einem Umspannwerk in der Nähe unseres Hauses installiert oder in das Haus eingebaut. Hier sinkt die Spannung erneut – von 6-35 kV auf 220 (380) Volt, die bereits an die Verbraucher verteilt werden.Über das Eingangsverteilergerät verzweigt sich ein Netzwerk aus Drähten und Kabeln in verschiedene Räume.