Kaveripiirissä tuli keskustelua sähköjen hinnan noususta, sähkön kulutuksesta jne. Jouduimme toteamaan kaikkien keskusteluun osallistuneiden tiedot puutteellisiksi ja päätimme kääntyä tämän forumin puoleen. Saa nauraa vapautuneesti, jos kysymykset tuntuvat alkeellisilta…
1. Generaattorin pyörittämiseen tarvittavan työn määrä voimalassa. Onko niin, että pelkän potentiaalieron tuottaminen ei vaadi generaattorilta työtä (paitsi tietenkin pyörimisen kitkan voittamiseksi), vaan sitä vaaditaan ainoastaan sitten kun virtapiiri(t) sulkeutuu ja elektronien on mahdollista liikkua? Toisin sanoen, mitä enemmän sähkölaitteita on silmukoissa kytkettynä päälle, sitä enemmän työtä vaaditaan elektronien liikutteluun johtimissa, vastuksissa jne. (vai vaaditaanko työtä pelkästään vastuksien ja muiden ”työtä tekevien” osien kohdalla, ei johtimissa???). Ja ”sähkön kulutus” siis syntyy tämän myötä siitä, että turbiiniin joudutaan tuottamaan enemmän voimaa, jotta generaattori jaksaisi edelleen pyöriä samalla 50 hz:n nopeudella. Näin me päättelimme, vaikka hieman hämäävältä tuntuukin se, että sähkövirran kohdatessa suuremman vastuksen (=virran pientyessä) roottori(?) joutuu siis tekemään vähemmän työtä. Äkkiseltään tuntuisi, että mitä vähemmän vastusta virtapiirissä (=suurempi virta), sitä kevyemmin elekronit pääsisivät liikahtelemaan ja roottorin pyörimiseenkin tulisi vähemmän "vastusta". Mut näinhän asia ei mitä ilmeisimmin ole, vai?
2. Tämä kohta on oikeastaan tarpeeton, jos 1. kohta meni noin kuin ajattelimme. Joku heitti ajatuksen, että kun roottori kerran pyörii, niin miksei saman tien heitettäisi 3 vaiheen sijasta enempää määrää vaiheita siihen. Mut tietenkään uusista vaiheista ja silmukoista ei ole itseisarvoisesti mitään hyötyä, mikäli jokaisen uuden vaiheen varrella suljetut virtapiirit lisäisivät generaattorin pyörittämiseen vaadittavan työn määrää.
3. Voimalat ja sähköverkko. Taas on puhuttu merikaapelien ym. rakentamisesta Suomen sähkötilanteen helpottamiseksi, niin mietimme sitä, miten eri lähteistä tulevat jännitteet ja sitä kautta sähkövirrat saadaan uppoamaan johonkin tiettyyn sähkön jakeluverkkoon. Eihän joka voimalaitoksella voi olla omaa sähköverkkoaan. Eli kun eri voimaloista tulee vaihtovirtaa, niin miten kustakin voimalasta tuleva tietyn vaiheen taajuus saadaan sovitettua päällekkäin muista voimaloista tulleiden ”samojen” vaiheiden kanssa, vai täytyykö niitä edes saada ”taimaamaan” yhteen?
Tässäpä taisi olla päällimmäiset kysymykset, mukava jos joku jaksaa vastata.
1. Generaattorin pyörittämiseen tarvittavan työn määrä voimalassa. Onko niin, että pelkän potentiaalieron tuottaminen ei vaadi generaattorilta työtä (paitsi tietenkin pyörimisen kitkan voittamiseksi), vaan sitä vaaditaan ainoastaan sitten kun virtapiiri(t) sulkeutuu ja elektronien on mahdollista liikkua? Toisin sanoen, mitä enemmän sähkölaitteita on silmukoissa kytkettynä päälle, sitä enemmän työtä vaaditaan elektronien liikutteluun johtimissa, vastuksissa jne. (vai vaaditaanko työtä pelkästään vastuksien ja muiden ”työtä tekevien” osien kohdalla, ei johtimissa???). Ja ”sähkön kulutus” siis syntyy tämän myötä siitä, että turbiiniin joudutaan tuottamaan enemmän voimaa, jotta generaattori jaksaisi edelleen pyöriä samalla 50 hz:n nopeudella. Näin me päättelimme, vaikka hieman hämäävältä tuntuukin se, että sähkövirran kohdatessa suuremman vastuksen (=virran pientyessä) roottori(?) joutuu siis tekemään vähemmän työtä. Äkkiseltään tuntuisi, että mitä vähemmän vastusta virtapiirissä (=suurempi virta), sitä kevyemmin elekronit pääsisivät liikahtelemaan ja roottorin pyörimiseenkin tulisi vähemmän "vastusta". Mut näinhän asia ei mitä ilmeisimmin ole, vai?
2. Tämä kohta on oikeastaan tarpeeton, jos 1. kohta meni noin kuin ajattelimme. Joku heitti ajatuksen, että kun roottori kerran pyörii, niin miksei saman tien heitettäisi 3 vaiheen sijasta enempää määrää vaiheita siihen. Mut tietenkään uusista vaiheista ja silmukoista ei ole itseisarvoisesti mitään hyötyä, mikäli jokaisen uuden vaiheen varrella suljetut virtapiirit lisäisivät generaattorin pyörittämiseen vaadittavan työn määrää.
3. Voimalat ja sähköverkko. Taas on puhuttu merikaapelien ym. rakentamisesta Suomen sähkötilanteen helpottamiseksi, niin mietimme sitä, miten eri lähteistä tulevat jännitteet ja sitä kautta sähkövirrat saadaan uppoamaan johonkin tiettyyn sähkön jakeluverkkoon. Eihän joka voimalaitoksella voi olla omaa sähköverkkoaan. Eli kun eri voimaloista tulee vaihtovirtaa, niin miten kustakin voimalasta tuleva tietyn vaiheen taajuus saadaan sovitettua päällekkäin muista voimaloista tulleiden ”samojen” vaiheiden kanssa, vai täytyykö niitä edes saada ”taimaamaan” yhteen?
Tässäpä taisi olla päällimmäiset kysymykset, mukava jos joku jaksaa vastata.
Vastaukset 4
Vanhimmat
Käsitelkööt muut noita toisia. Verkon eri generaattorit tahdistetaan käynnistyksessä siten, että generaattori ajetaan ensin samaan tahtiin muun verkon kanssa. Kaikki generaattorit pyörivät siis samalla taajuudella ja itseasiassa taitaa olla niin, että jos käyttävä akseli kytkettäisiin irti, jatkaisi generaattori pyörimistä verkon mukana.
Vanäjällä verkon taajuus on perinteisesti heitellyt aika paljon ja tämän tyyppiset ongelmat hoidetaan tasasuuntaamalla epästandardin verkon jännite ja muuttamalla se sitten meille sopivaan jännitteeseen ja taajuuteen.
Verkkoyhtiöt joutuvat nykyisin ostamaan pientuottajien sähkön ja voidaan olettaa että pienet jännite/taajuussovittemet halpenevat ja yleistyvät.
"1. Generaattorin pyörittämiseen tarvittavan työn määrä voimalassa. Onko niin, että pelkän potentiaalieron tuottaminen ei vaadi generaattorilta työtä (paitsi tietenkin pyörimisen kitkan voittamiseksi), vaan sitä vaaditaan ainoastaan sitten kun virtapiiri(t) sulkeutuu ja elektronien on mahdollista liikkua?"
Jos tarkoitat potentiaaliero generaattorista lähtevien johtimien välillä, niin kyllä siihen aina tarvitaan työtä eli generaattorin pyörittämistä. Jos generaattori ei pyöri, on potentiaaliero 0.
Niin, sen ymmärsimme kyllä, että pyörimisen aikaan saamiseksi tarvitaan tietenkin aina työtä. Lähinnä mietimme sitä, että jos pyörimiseen tarvittava työn määrä on vakio (huolimatta siitä, miten virta pääsee johtimissa kulkemaan tai montako johdinta on), niin eikö generaattoriin voisi samalla kytkeä useampia napoja ja johtimia, kuin vain nykyiset kolme vaihetta. Tällöin siis samalla pyörimiseen käytetyllä työllä saisi sähkövirtaa tuotettua useampiin johtimiin. Mutta jos asia olisi näin yksinkertainen, niin tällä tavalla olisi varmaankin toimittukin. Eli osaako joku selittää, miksi tuossa ajattelussa on pielessä???
Potentiaalieron synnyttäminen ei vaadi itsessään työtä, vaan se syntyy kun generaattori pyörii. Pyörimistä vastustavan kitka- yms- voimien voittamiseen liittyvää työtä ei siis edellisessä lasketa sähköpotentiaalin vaatimaksi työksi. Eihän taskulampun patterikaan tee mitään työtä säilyttäessään potentiaalienergiansa silloin kun lamppu ei ole kytketty palamaan.
Työtä tehdään vasta silloin kun elektronit pannaan liikkeeseen ja törmäilemään atomeihin, jolloin tämä törmäilyn sekasotku tunnetaan ulkoapäin työtä vaativana aineen lämpöliikkeenä. Tätä työtä vaativaa lämpöliikettä syntyy koko sähkösilmukassa, johon kuuluvat generaattorin sähköjohdot - sähkölinjojen johdot - lopullisen sähköapparaatin johdot. Generaattorin ja sähkölinjojen lämpeneminen pyritään optimoimaan mahdollisimman vähäiseksi johtojen vahvuudella ja siirtojännitteiden muutoksilla. Päämäärä on, että sähköenergian kulutus tapahtuisi valtaosin viimisimiisssä kulutuslaitteiisa.
Lisävaiheiden kytkeminen generaattoriin ei tuo sen energiaa. Aivan sama tulos saavutetaan kytkemällä generaattorin vaiheiden napoihin useampia sähköjohtoja. (Toki muista syistä voidaan napoja lisäillä, ja useampinapaisilla generaattoreilla on rakenteellisia eroja, mutta sähköenergiaa saadaan aina saman verran samalla voimalla pyöritetystä generaattorista.)