4       Striedavý prúd v energetike

 

Dostatok elektrickej energie je predpokladom rozvoja všetkých od­vetví hospodárstva a celej spoločnosti. Primárnymi zdrojmi elektrickej energie sú uhlie, ropa, zemný plyn, voda v priehradách a tiež jadrové palivo, o ktorom sa dozviete viac v učive o atóme. Premena energie pri­márnych zdrojov na elektrickú energiu sa uskutočňuje v elektrárňach. Tu pracujú výkonné generátory striedavého napätia – alternátory.
V energetike sa využíva striedavé napätie s frekvenciou 50 Hz, ktoré sa rozvádza do miest spotreby pomocou elektrickej rozvodnej siete.

Elektrická energia sa získava postupmi, ktoré súčasne nepriaznivo ovplyvňujú životné prostredie. Napr. pri spaľovaní uhlia sa dostávajú do ovzdušia škodlivé chemické látky, výstavba veľkých vodných elek­trární zasahuje do prirodzeného prostredia krajiny, prípadnou haváriou reaktora jadrovej elektrárne sa môžu dostať do ovzdušia nebezpečné rádioaktívne látky a pod.

Preto sa hľadajú tiež alternatívne zdroje elektrickej energie, založené napr. na využití slnečnej energie a geotermálnej energie (energia z vnútra Zeme). Doteraz však je energetika odkázaná prevažne na elektrickú energiu z elektrárne, a tak základnou cestou na obmedzenie negatívnych dopadov energetiky na životné prostredie je hospodárne využívanie elektrickej energie a znižovanie jej spotreby.

 

 

 

 

4.1  Generátor striedavého napätia

S princípom alternátora sme sa už oboznámili (pozri článok 3.1). zakladá sa na otáčaní cievky v magnetickom poli (obr. 3-2). Alternátor používaný v elektrárňach je však z praktických dôvodov upravený tak, že otáčavý pohyb koná elektromagnet, ktorý tvorí rotor alternátora. Striedavé napätie sa indukuje v sústave cievok v statore. To umožňuje odvádzať prúd z alternátora pevnými svorkami. Odber prúdu je v tomto prípade jednoduchší a vznikajú menšie straty, než keby sa prúd odoberal z rotora.

 

Obr. 4-1 Princíp trojfázového alternátora

V elektrárňach je zdrojom striedavého napätia trojfázový alternátor. Jeho princíp vysvetlíme na modeli podľa obr. 4-1. Stator alternátora sa skladá z troch cievok, ktorých osi zvierajú navzájom uhly 120°. Upro­stred medzi cievkami sa otáča magnet a v cievkach sa indukujú striedavé napätia. Indukované napätia majú rovnakú amplitúdu Um a sú navzájom posunuté o  periódy. Platia pre ne rovnice:

                                         

 

Časový a fázorový diagram týchto napätí je na obr. 4-2.

Trojfázové alternátory používané v energetike sú konštruované tak, aby mali veľký výkon, a preto sú charakteristické svojou mohutnou konštrukciou. Stator týchto alternátorov tvorí plášť, ktorý je pevne pri­skrutkovaný na nosnú plošinu generátora, pretože musí odolávať veľ­kému momentu sily. Jadro statora sa skladá z tenkých izolovaných plechov a v jeho drážkach sú uložené vinutia cievok. Konce cievok sú vyvedené na svorkovnicu alternátora.

Obr. 4-2 Časový a fázorový diagram trojfázového napätia

 

Rotor alternátora je vlastne silný elektromagnet, uložený na oceľovej osi v strede alternátora. Na obvode rotora sú vyfrézované drážky, do ktorých sa vkladajú vodiče vinutia rotora. Vinutím prechádza jedno­smerný prúd, ktorý vytvára magnetické pole. Zdrojom prúdu je zvláštny generátor jednosmerného napätia (dynamo), ktorý má s rotorom spoločnú os otáčania a nazýva sa budič.

Rotory alternátorov sa obvykle konštruujú pre frekvenciu otáčania 3 000 otá­čok za minútu. Tomu zodpovedá frekvencia striedavého prúdu 50 Hz. V elek­trárňach je alternátor spojený s hriadeľom hnacej turbíny. Celá sústava strojov sa potom označuje názvom turboalternátor (obr. 4-3).

Úlohy

1.                Z časového diagramu na obr. 4-2b je zrejmé, že v začiatočnom okamihu má napätie u3 kladnú fázu. Upravte rovnicu napätia u3 tak, aby to z nej bolo priamo zrejmé.

2.                Pomocou časového diagramu na obr. 4-2b určte grafickým sčítaním hodnotu súčtu u1 + u2 + u3. Postupujte tak, že v ľubovoľnom mieste časového diagramu narysujte kolmicu na os času a sčítajte orientované úsečky zodpovedajúce okamžitým hodnotám napätia.

3.                Určte hodnoty na osi času v časovom diagrame na obr. 4-2b, pri ktorých sú okamžité hodnoty jednotlivých napätí nulové. Riešte pre striedavé napätie s frekvenciou 50 Hz.

Obr. 4-3 Turboalternátor

 

 

 

 

4.2  Trojfázová sústava striedavého napätia

Tri navzájom fázovo posunuté napätia z alternátora by sme mali rozvádzať šiestimi vodičmi. V energetike sa však využíva rozvodná sieť, v ktorej sú vodiče navzájom vhodným spôsobom prepojené a k rozvodu elektrickej energie postačuje menší počet vodičov.

Najčastejšia je trojfázová sústava striedavých napätí založená na poznatku, že súčet okamžitých hodnôt striedavých napätí indukovaných v cievkach alternátora je stále nulový (pozri úlohu 2 v článku 4.1):

                              u1 + u2 + u3 = 0

 

Ľahko sa o tom presvedčíme pomocou fázorového diagramu (obr. 4-2a), keď graficky spočítame fázory napätia.

Na základe tohto poznatku môžeme spojiť jeden koniec každej z cievok statora do spoločného bodu – uzla (0 na obr. 4-4). Na opačné konce cievok sú pripojené fázové vodiče (L1, L2, L3) a s uzlom je spojený nulovací vodič (N). Medzi fázovými vodičmi a nulovacím vodičom sú fázové napätia u1, u2, u3. Napätia u12, u13, u23 medzi ľubovoľnými dvoma fázovými vodičmi sú združené napätia. Ich efektívna hodnota je -krát väčšia než efektívna hodnota fázového napätia (napr. U12 = U1).

 

Obr. 4-4 Spojenie cievok statora alternátora

 

V elektrickom rozvode spotrebiteľskej siete (t. j. elektrickej siete, ku ktorej pripojujeme spotrebiče napr. v domácnosti) je fázové napätie 230 V a združené napätie 230 V ×  = 400 V (používame označenie spotrebiteľskej siete 3 ´ 400 V/230 V). V bežnej sieťovej zásuvke je teda fázové napätie, takže jedna jej zdierka je spojená s nulovacím
a druhá s fázovým vodičom. O tom sa môžeme presvedčiť napr. skúšač­kou (testerom), ktorým možno fázový a nulovací vodič indikovať.

Dotyk fázového vodiča rukou alebo vodivým predmetom je životu nebezpečný!

 

Poznámka

V spotrebiteľskej sieti sa používalo trojfázové napätie 3 ´ 380 V/220 V. V sú­vislosti s integráciou do Európskej únie sa menia aj normy elektrických napätí. Zvýšené napätie však funkciu a prevádzku skôr vyrobených spotrebičov podstatne neovplyvní.

Rad spotrebičov s väčším elektrickým výkonom (napr. elektromotory) sa pripája súčasne ku všetkým fázovým vodičom. Ich elektrický obvod (napr. vinutie elektromotora) má tri rovnaké časti zapojené buď podľa obr. 4-5a (spojenie do hviezdy) alebo, podľa obr. 4-5b (spojenie do troj­uholníka). Pri spojení do hviezdy sú jednotlivé časti spotrebiča pripojené k fázovému napätiu (230 V) a pri spojení do trojuholníka sú pripojené k vyššiemu združenému napätiu. (400 V). Preto je výkon spotrebiča pri spojení do trojuholníka väčší.

 

Obr. 4-5 Spojenie a) do hviezdy, b) do trojuholníka

 

5       Úlohy

6        Prečo je jadro statora alternátora zložené z plechov navzájom oddelených izolačnou vrstvou, zatiaľ čo jadro rotora je vyrobené z jedného kusa ocele?

7        V niektorých štátoch sa používa tiež spotrebiteľská sieť s fázovým napätím 127 V. Akú hodnotu má v tejto sieti združené napätie?

8        Odvoďte vzťah medzi fázovým a združeným napätím (U12 = U1). Po­môcka: Z obr. 4-5 je zrejmé, že u12 = u1u2. Použite fázorový diagram na obr. 4-2a.

9        Najjednoduchším testovacím prístrojom napätia v spotrebiteľskej sieti je tlejivková skúšačka. Tlejivka je miniatúrna plynom plnená výbojka s dvoma elektródami. V skúšačke je umiestnená pod priehľadným krytom a pri napätí vyššom než 80 V sa červene rozžiari. Pri kontrole elektrickej siete sa prstom dotýkame vodiča spojeného s jednou elektródou (tým ju uzemníme) a druhú elektródu vodivo pripojíme ku skúšanému vodiču. Ako touto pomôckou určíme fázový a nulovací vodič?

 

 

 

 

4.3     Elektromotor na trojfázový prúd

 

Veľký praktický význam trojfázových prúdov je daný možnosťou konštrukcie jednoduchých a výkonných elektromotorov, ktorými sa elektrická energia mení na mechanickú energiu. Činnosť elektromotora sa zakladá na pohybe vodiča s prúdom v magnetickom poli, ktoré vy­tvára prúd vo vinutí statora.

Obr. 4-6 Demonštrácia točivého magnetického poľa

 

Princíp elektromotora objasňuje pokus s troma cievkami, ktorých vinutia sú spojené do hviezdy (obr. 4-6). Cievky sú pripojené na troj­fázové napätie. Prúd prechádzajúci cievkami vytvára v nich magnetické pole. Magnetické indukcie magnetických polí jednotlivých cievok sa skladajú. Vektor výslednej magnetickej indukcie mení v priestore medzi cievkami svoj smer postupne tak, ako keby sa otáčal uhlovou rýchlosťou w, ktorá sa rovná uhlovej frekvencii striedavého prúdu.

Jav sa nazýva točivé magnetické pole. O jeho existencii sa môžeme presvedčiť upravenou magnetkou, ktorá sa v magnetickom poli cievok sleduje smer okamžitej polohy výslednej magnetickej indukcie. Frekven­cia otáčania magnetky sa rovná frekvencii striedavého prúdu, a preto hovoríme, že sa magnetka otáča synchrónne s magnetickým poľom.

Vznik točivého magnetického pole je znázornený na obr. 4-7. V hor­nej časti obrázka je časový diagram prúdu v cievkach a v dolnej časti je naznačený tvar indukčných čiar výsledného magnetického poľa v časoch

tA = 0,         tB = ,      tC = ,     tD = T.

 

V okamihu tA je prúd vo vinutí fázy L1 nulový, vinutím fáz L2 a L3 prechádza rovnako veľký prúd opačného smeru. Indukčné čiary a vektor výslednej magnetickej indukcie smerujú od vinutia fázy L2 k vinutiu fázy L3. Podobnou úvahou nájdeme smer indukčných čiar v okamihoch tB, tC, tD a zistíme, že indukčné čiary výsled­ného magnetického poľa sa budú otáčať s periódou T v smere šípky.

Obr. 4-7 Vznik točivého magnetického poľa

 

Trojfázový elektromotor má dve základné časti: 1. Stator má obdobnú konštrukciu ako stator alternátora. 2. Rotor alebo kotva je valec zhoto­vený z oceľových plechov s drážkami, v ktorých je uložené vinutie. Používa sa zvláštny druh klietkového vinutia (obr. 4-8), ktoré sa vyrába napr. tak, že sa do drážok naleje roztavený hliník. Jeho stuhnutím vznikne vodivá klietka zo silných hliníkových tyčí, ktoré sú v čelách rotora vo­divo spojené hliníkovými prstencami. Vinutie kotvy má zanedbateľne malý elektrický odpor a motor s týmto typom rotora sa označuje ako motor s kotvou nakrátko. Charakteristické je, že k rotoru nevedú žiadne prívodné vodiče.

Vzhľadom na malý elektrický odpor vinutia kotvy indukuje točivé magnetické pole vo vinutí veľké prúdy. To má za následok vznik mag­netickej sily, ktorá uvedie rotor do otáčavého pohybu. Kotva sa však neroztočí s frekvenciou točivého poľa. Keby to tak bolo, nedochádzalo by k zmenám magnetického toku vinutím, zanikol by indukovaný prúd, a tým aj príčina otáčania.

 

 

 

Obr. 4-8 Klietkové vinutie rotora trojfázového elektromotora  

 

Obr. 4-9 Trojfázový asynchrónny elektromotor

 

Na rozdiel od synchrónneho otáčania magnetky pri pokuse na obr. 4-6, otáča sa kotva trojfázového elektromotora vždy s menšou frekvenciou otáčania, teda asynchrónne. Elektromotory tohto druhu nazývame trojfázové asynchrónne elektromotory (obr. 4-9). Veličina, ktorá charakterizuje chod asynchrónneho elektromotora sa nazýva sklz s. Je definovaná vzťahom

            

 

v ktorom fp je frekvencia otáčania točivého poľa a fr je frekvencia otáčania rotoru. Sklz sa vyjadruje v percentách.

Keď kotva pri otáčaní neprekonáva žiadny odpor, t. j. keď odpojíme motorom hnané zariadenie (napr. okružnú pílu), je sklz nepatrný a vinu­tím kotvy prechádza len malý prúd. Pri zaťažení motora (napr. keď okružnou pílou režeme drevo) sklz rastie, vo vinutí sa indukuje väčší prúd a otáčanie rotora sa udržuje väčšou magnetickou silou. V praxi býva sklz pri plnom zaťažení elektromotora 2 % až 5 %.

Asynchrónne elektromotory majú v porovnaní s inými druhmi elektro­motorov rad predností. Majú jednoduchú konštrukciu a obsluhu, dlhú životnosť a neznečisťujú pracovné prostredie. Preto majú rozsiahle uplatnenie najmä tam, kde netreba meniť frekvenciu otáčania, napr. pri pohone strojov, čerpadiel a pod.

 

 

Úlohy

1.                Čím väčší je sklz, tým väčší je príkon motora. Vysvetlite.

2.                Prečo vzniká v sieti pri spúšťaní elektromotora prúdový náraz?

3.                Akú hodnotu má sklz v okamihu spustenia elektromotora?

4.                Akým spôsobom dosiahneme zmenu smeru otáčania kotvy elektromotora?

5.                Pri poruche jednej fázy sa elektromotor neroztočí a hrozí nebezpečie, že „zhoria“ zvyšné fázové vinutia. Vysvetlite.

6.                Asynchrónne elektromotory s malým výkonom sa konštruujú tiež ako jedno­fázové. K ich roztočeniu je nutné vytvoriť pomocou zvláštneho vinutia dvoj­fázové točivé pole. Aké je fázové posunutie zložiek tohto poľa, ak pomocné vinutie je pripojené na zdroj jednofázového prúdu cez kondenzátor? Akú musí mať kondenzátor kapacitu?

 

 

4.4     Transformátor

 

Prenos elektrickej energie sa nezaobíde bez zariadení, ktoré by v roz­vodnej sieti umožňovali zvyšovať, resp. znižovať elektrické napätie. Také zariadenie sa nazýva transformátor a jeho princíp je založený na elektromagnetickej indukcii. Transformátory sa konštruujú pre jednofázové aj pretrojfázové rozvodné siete.

Obr. 4-10 Jednofázový transformátor

 

Jednofázový transformátor sa skladá z dvoch cievok (primárnej
a sekundárnej) na spoločnom uzavretom feromagnetickom jadre (obr. 4-10a) z mäkkej ocele, ktorá sa ľahko premagnetuje (pozri člá­nok 1.12 o feromagnetizme a magnetickej hysterézii). Primárna cievka (C1) je pripojená na zdroj striedavého napätia U1 a prechádza ňou striedavý prúd I1 (obr. 4-10b). Ten vytvára v jadre transformátora premenné magnetické pole. Pretože je jadro uzavreté, indukčné čiary
sa nerozptyľujú do jeho okolia. Preto každým závitom obidvoch cievok, primárnej aj sekundárnej, prechádza rovnaký premenný indukčný tok a v ľubovoľnom závite primárnej alebo sekundárnej cievky sa indukuje rovnaké napätie

 

Závity cievok sú navzájom spojené za sebou, takže napätia na jed­notlivých závitoch sa sčítajú. Celkové napätie na primárnej cievke s N1 závitmi bude

 

a na sekundárnej cievke s N2 závitmi bude napätie

Ak má primárna cievka zanedbateľne malý odpor, má indukované napätie u1 rovnakú veľkosť ako napätie pripojeného zdroja, má však opačnú fázu. Pre pomer efektívnych hodnôt indukovaných napätí z tejto úvahy vyplýva rovnica transformátora:

Veličina k =  sa nazýva transformačný pomer transformátora.

Ak N2 > N1, je k > 1 a napätie sa transformuje nahor;

pri N2 < N1 je k < 1 a napätie sa transformuje nadol.

 

Rovnicu transformátora sme odvodili pri zjednodušených podmienkach. Neuvažovali sme o stratách, ktoré vznikajú pri premene elektrickej ener­gie na vnútornú energiu vinutia a jadra transformátora. Transformátor pracoval bez zaťaženia, naprázdno; sekundárnym vinutím neprechádzal žiadny prúd (I2 = 0). Ak odoberáme zo sekundárneho vinutia prúd, zväč­šuje sa tiež prúd I1 prechádzajúci primárnym vinutím. Hoci aj sú odpory cievok malé, vznikajú vo vinutí straty, a preto býva sekundárne napätie zaťaženého transformátora o 2 % až 10 % menšie ako zodpovedá trans­formačnému pomeru. V transformátore vznikajú straty zahrievaním vodičov cievok, vírivými prúdmi a periodickým premagnetovávaním jadra. Tieto straty sa nedajú úplne potlačiť, a preto býva účinnosť malých transformátorov 90 % až 95 % a veľkých transformátorov až 98 %.

V súlade sa zákonom zachovania energie musí sa príkon P1 trans­formátora pri zanedbateľne malých stratách rovnať jeho výkonu P2 v sekundárnej časti (za predpokladu, že je transformátor plne zaťažený a záťaž má len rezistanciu). Pre činné výkony teda platí P1 = P2 alebo

Pri uvedených podmienkach sú hodnoty j1 a j2 malé (cosj1 = cosj2 = 1) a platí

               

To znamená, že prúdy sa transformujú v obrátenom pomere počtu závitov. Pri vyššom sekundárnom napätí môžeme z transformátora odoberať menší prúd a naopak.

Jednofázové transformátory sa používajú tam, kde potrebujeme meniť hodnotu prúdu alebo napätia, napr. v rozhlasových prijímačoch a tele­vízoroch, v meracích prístrojoch a pod. K transformácii trojfázového prúdu v energetike sa používajú trojfázové transformátory. Ich konštruk­cia je podobná ako u transformátorov jednofázových. Jadro trojfázového transformátora je rozvetvené do troch paralelných jadier – pre každú fázu jedno osobitné jadro (obr. 4-11). Každá fáza má vlastné primárne a sekundárne vinutie. Cievky primárneho, resp. sekundárneho vinutia sú navzájom spojené do hviezdy alebo do trojuholníka.

Obr. 4-11 Trojfázový transformátor

 

Poznámka

Transformátory pre veľké výkony sa pri práci značne zahrievajú, a preto
sa musia chladiť. Väčšie transformátory bývajú ponorené v špeciálnej nádobe
s olejom, ktorý odvádza teplo a chladí sa cez steny nádoby vzduchom.

Úlohy

1.                Primárna cievka transformátora má 600 závitov a sekundárna cievka má
30 závitov. Primárna cievka je pripojená na zdroj striedavého napätia 230 V. Určte sekundárne napätie nezaťaženého transformátora.

2.                Príkon transformátora je 800 W, účinnosť 96 %. Aký prúd prechádza sekun­dárnym vinutím, ku ktorému je pripojený rezistor, ak sekundárne napätie je 100 V?

3.                Určte transformačný pomer transformátora, ktorý pripojíme na sieťové na­pätie 230 V a zo sekundárneho vinutia chceme odoberať prúd 2 A pri napätí 10 V. Aký prúd prechádza primárnym vinutím transformátora? Straty ne­uvažujeme, sekundárne vinutie je zaťažené rezistorom.

 

 

 

4.5     Energetika a životné prostredie

 

Energetika je jedným z technických odborov, ktoré rozhodujúcim spôsobom ovplyvňujú rozvoj ekonomiky. Štáty s vyspelou ekonomikou sú závislé na hustote svojej energetickej siete. Základom energetickej prenosovej sústavy sú siete elektrických vedení vysokého napätia 220 kV a 400 kV a tie sú prepojené s energetickými sieťami susedných štátov.

Prenos elektrickej energie vysokým napätím je nutný preto, aby sa znížili straty elektrickej energie vo vedení. Veľkosť týchto strát je určená stratovým výkonom P = RI2, kde R je odpor vedenia a I je prúd vo vodi­čoch. Ak sa prenos uskutočňuje pri vysokom napätí, prechádza vedením menší prúd, a teda aj straty sú menšie.

Na vedenie základnej siete prenosovej sústavy nadväzujú ďalšie vede­nia vysokého napätia 110 kV a napätie sa ďalej transformuje na 22 kV pre prenos na menšie vzdialenosti. Prenosovú sústavu ukončujú transfor­mačné stanice, v ktorých sa získava trojfázové napätie spotrebiteľskej siete 3 ´ 400 V/230 V, ktoré sa rozvádza prevažne pomocou podzem­ných káblov k jednotlivým spotrebiteľom.

K hlavným článkom prenosovej sústavy patria elektrárne, v ktorých sa elektrická energia získava premenou iných foriem energie. Je to napr. energia uvoľňovaná spaľovaním fosílnych palív pevných, kvapalných alebo plynných (tepelné elektrárne), premena kinetickej energie vody (vodné elektrárne) alebo jadrová energia (jadrové elektrárne).

V tepelných elektrárňach sa spaľovaním uhlia alebo iných palív (napr. oleja, plynu) v špeciálnych kotloch získava prehriata para s vysokou teplotou a tlakom. Tou sa poháňa turboalternátor a v ňom sa mecha­nická energia otáčania turbíny mení na elektrickú energiu striedavého prúdu s vysokým napätím (obvykle 6,3 kV až 16,5 kV). Turboalterná­tor sa otáča so značnou frekvenciou (obvykle 3 000 otáčok za minútu).

Obdobne pracuje jadrová elektráreň, ktorá sa líši od tepelnej elek­trárne tým, že k výrobe pary sa nepoužíva energia získaná spaľovaním uhlia. Zdrojom energie je jadrový reaktor, v ktorom prebieha jadrová reakcia spojená s uvoľňovaním značnej energie. Tá sa prenáša vhodnou látkou (obvykle vodou) do výmenníka tepla a tam sa získava para pre pohon turboalternátora.

V Slovenskej republike sú v prevádzke dve jadrové elektrárne. Elektráreň v Jaslovských Bohuniciach tvorí komplex dvoch elektrární (V-1 a V-2), z nich každá má inštalovaný elektrický výkon 880 MW, t. j. celkom 1760 MW. Rovnaký výkon má tiež jadrová elektráreň v Mochovciach, kde sú štyri bloky s výkonom 440 MW. Tieto jad­rové elektrárne pokrývajú približne 50 % spotreby elektrickej energie v Slovenskej republike.

Odlišnú konštrukciu má vodná elektráreň, v ktorej je pohonnou jednotkou alternátora vodná turbína. Celá sústava turboalternátora je vo zvislej polohe. Pretože frekvencia otáčania vodných turbín je nižšia než frekvencia otáčania parnej turbíny, používajú sa alternátory s väčším počtom cievok statora a pólov rotora (viacpólové alternátory) alebo sa medzi turbínu a alternátor zaradí mechanický prevod, ktorý upravuje frekvenciu otáčania rotora.

Výstavba a činnosť elektrární je síce pre ekonomiku nutná, prináša však aj niektoré negatívne dôsledky, ktoré nepriaznivo ovplyvňujú životné prostredie. Tepelné elektrárne napríklad produkujú značné množstvo plynov (oxid uhličitý, oxid siričitý) a ďalších škodlivín, ktoré unikajú do ovzdušia. Náhradou tepelných elektrární sú jadrové elektrárne, u ktorých je však určité riziko možnej havárie s ťažko odstrániteľnými dôsledkami.

Použité jadrové palivo je po „vyhorení“ ešte dlhý čas vysoko rádio­aktívne a musí sa skladovať na odľahlých a bezpečných miestach. To značne zvyšuje finančné náklady na výrobu elektrickej energie v jadro­vej elektrárni a obvykle aj vyvoláva problémy so zásahmi do prírody pri budovaní skladovacích priestorov.

Obmedzenie negatívnych vplyvov energetiky na životné prostredie predstavuje zložitý problém. Jeho riešenie vyžaduje značné prostriedky, najmä na obmedzenie množstva oxidu siričitého a popolčekov, ktoré sa dostávajú do ovzdušia pri spaľovaní uhlia v tepelných elektrárňach.

Najlacnejšiu cestu ku zlepšeniu životného prostredia však predstavuje obmedzenie spotreby elektrickej energie – jednak úsporami energie, jednak využívaním výrobných technológií, ktoré sú energeticky menej náročné. Kladný vplyv má i širšie využívanie ušľachtilejších palív, napr. zemného plynu, pri spaľovaní ktorého síce nevzniká oxid siričitý, ale produkuje sa mnoho oxidu uhličitého. Skúmajú sa aj alternatívne zdroje energie, založené napr. na využití slnečnej energie (fotovoltaické zdroje), geotermálnej energie a energie prúdiaceho vzduchu (veterné elektrárne).

Úlohy

1.                Uveďte elektrické výkony spotrebičov, ktoré používate v domácnosti.

2.                Uveďte príklady náhrady starších elektrických spotrebičov modernými spotrebičmi s menším výkonom.

3.                Ako by sa dala obmedziť spotreba elektrickej energie, napr. pri zohrievaní vody?

4.                Aké sú pravidlá bezpečného zaobchádzania s elektrickými spotrebičmi?

 

 

 

 

 

Súhrn učiva – Striedavý prúd v energetike

 

V energetike sa využíva trojfázová sústava striedavého prúdu. Zdrojom trojfázového prúdu je alternátor. Zo zdroja k spotrebiču sa trojfázový prúd prenáša troma fázovými vodičmi a jedným nulovacím vodičom. Napätie medzi fázovým vodičom a nulovacím vodičom je napätie fázové (v elektrickej sieti 230 V). Napätie medzi fázovými vodičmi je napätie združené (400 V). Spotrebiče na trojfázový prúd sa zapájajú do hviezdy alebo do trojuholníka.

Najdôležitejším motorom na trojfázový prúd je asynchrónny elektro­motor. Prúd v cievkach statora vytvára točivé magnetické pole, v ktorom sa otáča rotor v podobe kotvy s klietkovým vinutím nakrátko. Pri otá­čaní kotvy vzniká sklz, ktorého veľkosť závisí od zaťaženia motora.

Dôležitou súčasťou prenosovej sústavy energetiky je transformátor, ktorý sa skladá z uzavretého oceľového jadra, z primárneho a sekun­dárneho vinutia. Pre činnosť transformátora platí vzťah

       

(U1, U2 sú primárne a sekundárne striedavé napätie, I1, I2 je primárny
a sekundárny striedavý prúd, N1, N2 je počet závitov primárnej a sekun­dárnej cievky, k je transformačný pomer).

Pri transformácii je výkon v obvode primárneho vinutia (ak zanedbáme straty) rovnaký, ako výkon v obvode sekundárneho vinutia. Preto sa prúdy transformujú v prevrátenom pomere napätia. Pre prenos energie striedavým prúdom sa v energetike využíva transformácia na vysoké napätie. Tým sa znižujú straty vo vedení.