El transporte de grandes cantidades de energía eléctrica a largas distancias se realiza con líneas de transmisión de alto voltaje, y la pregunta es: ¿por qué alto voltaje? Ciertamente tiene un aspecto de seguridad negativo, ya que una línea de bajo voltaje no sería dañina (por ejemplo, puede poner las manos en una batería de automóvil de 12 V, ni siquiera la sentirá; pero asegúrese de no poner metal a través de las terminales, obtendrá una gran corriente y una chispa desagradable!). La energía eléctrica se transporta a través del campo con líneas de alto voltaje porque las pérdidas de línea son mucho menores que con las líneas de bajo voltaje.
Todos los cables utilizados actualmente tienen cierta resistencia (el desarrollo de superconductores de alta temperatura probablemente cambiará esto algún día). Llamemos a la resistencia total de la línea de transmisión que conduce desde una estación de energía a su subestación local R. Digamos también que la comunidad local exige una potencia P = IV de esa subestación. Esto significa que la corriente consumida por la subestación es I = P / V y cuanto mayor es el voltaje de la línea de transmisión, menor es la corriente. La pérdida de línea viene dada por Ploss = I²R, o, sustituyendo I,
Ploss = P²R / V²
Como P está fijado por la demanda de la comunidad, y R es tan pequeño como puede hacerlo (usando un cable de cobre grande y grueso, por ejemplo), la pérdida de línea disminuye fuertemente con el aumento del voltaje . La razón es simplemente que desea la menor cantidad de corriente que pueda usar para entregar la potencia P. Otra nota importante: la fracción de pérdida
Ploss / P = PR / V²
aumenta con el aumento de la carga P: la transmisión de potencia es menos eficiente en momentos de mayor demanda. Nuevamente, esto se debe a que la potencia es proporcional a la corriente, pero la pérdida de línea es proporcional a la corriente al cuadrado. La pérdida de línea puede ser bastante grande en largas distancias, hasta un 30% más o menos. Por cierto, la potencia de pérdida de línea entra en el calentamiento del cable de línea de transmisión que, por metro de longitud, no es mucho calor.
¿Por qué utilizamos alto voltaje para transmitir energía eléctrica?
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Una de las principales preocupaciones en la transmisión de electricidad es la pérdida de energía en las líneas de transmisión, disipadas como calor debido a la resistencia de los conductores.
Las líneas de transmisión de alto voltaje se utilizan para transmitir energía eléctrica a largas distancias. Normalmente, las líneas de transmisión de alto voltaje (HV) están hechas de líneas de cobre y / o aluminio de alto voltaje (entre 138 y 765 kilovoltios).
Suponga que la potencia a transmitir es P, y la resistencia de la línea de transmisión es r.
Si la potencia se transmite con voltaje V, entonces el flujo de corriente a través de la línea de transmisión es I = P / V.
La pérdida de potencia P
pérdida
= Yo
2
* r = (P / V)
2
* r
Dado que P y r son condiciones fijas, se perderá menos potencia si se usan voltajes altos V.
Algunos estudiantes plantearán preguntas como: De la ley de Ohm. Si el voltaje aumenta, la corriente también aumentará. ¿Por qué la corriente es menor cuando se usa alto voltaje para transmitir la potencia?
Los libros de texto olvidaron decirles a los estudiantes que la línea de transmisión necesita un transformador para reducir el voltaje.
Y el transformador no tiene una impedancia fija. Si se usa un voltaje más alto para transmitir la potencia, la relación del transformador también cambiará, lo que cambiará la impedancia del transformador.
El siguiente applet fue desarrollado para ayudarlo a comprender la línea de transmisión de alta potencia.
Puede cambiar la potencia / voltaje V y la resistencia r en la línea de transmisión con controles deslizantes.
Mostraré el flujo de corriente a través de la línea de transmisión.
Z es la impedancia total de la línea de transmisión, Zt es la impedancia del transformador.
N: n muestra la relación del transformador de alta tensión (suponga que la tensión del usuario es de 100V).
La eficiencia de la línea de alimentación también se muestra en el lado derecho.
Espero que este applet lo ayude a comprender más sobre la línea de transmisión de energía.
Las líneas eléctricas tienen resistencia. Cuando la corriente fluye a través de la resistencia, el potencial de voltaje de un extremo de la resistencia al otro se reduce en proporción a la cantidad de corriente que fluye a través de la resistencia.
La energía eléctrica perdida por la resistencia está representada por la caída de voltaje a través de la resistencia (al cuadrado) dividida por el valor de la resistencia. Es decir: P = E ^ 2 / R.
En una línea eléctrica, la energía perdida debido a la resistencia de la línea se irradia como calor y no es recuperable.
Para mejorar la eficiencia de la línea eléctrica, es obvio reducir la cantidad de corriente que fluye en la línea. Sin embargo, se debe entregar la misma cantidad de energía. La única solución es aumentar el voltaje de línea en consecuencia.
Debería poder manipular la ecuación para determinar cómo se relaciona el voltaje con la corriente en la línea para una cantidad dada de potencia.
Hay muchas ventajas de usar High Voltage para transmitir potencia:
- Corriente de línea reducida para una cantidad dada de energía
Para que se transfiera la misma cantidad de energía, la corriente de línea se reducirá y también la capacidad de carga de corriente de los conductores.
La capacidad de corriente reducida dará como resultado un menor volumen de conductor para una longitud dada.
Contrariamente a los sistemas de distribución, no existen restricciones legales sobre la regulación de voltaje en caso de transmisión de energía a granel (en algunos casos, el voltaje varía hasta un 40%), el único criterio para transmitir energía es la economía de los conductores.
- Pérdida I ^ 2R reducida
Con la reducción en la corriente de línea viene la reducción en la pérdida I ^ 2R.
- Mejor eficiencia
Con pérdidas de línea menores debido a la pérdida de I ^ 2 * R reducida, aumenta la eficiencia de la transmisión.
- Regulación de voltaje mejorada
Con la corriente de línea disminuida, la caída de voltaje a través de la línea disminuirá y esto mejorará la regulación del voltaje ya que el voltaje del extremo receptor será mayor.
La regulación de voltaje se define como (Vs-Vr / Vs)
- Mejor eficiencia debido a la regulación de voltaje mejorada
Regresando a la eficiencia de la transmisión, dado que los voltajes son altos, la transferencia de potencia aumentará, lo que se confirma por el hecho
P = Vs * Vr * sin (8) / Xs
Ahora tiene sentido utilizar los voltajes más altos posibles para la transmisión, ya sea CA o CC / HVDC, pero en la práctica el límite superior de voltaje se decide por la economía de la transmisión, que incluye el costo acumulado del conductor, las torres, la longitud de los brazos cruzados, distancia al suelo, aislamiento b / w torre y tierra.
Agregando a lo que el usuario ha escrito:
Para distancias más grandes, se encuentra que la transmisión de CC de alto voltaje (en adelante, después de HVDC) es rentable.
Una cuadrícula HVDC se ve así. No te preocupes demasiado por los tecnicismos.
Otras ventajas son:
- Controlable: dado que aquí se utilizan convertidores y otros dispositivos, el voltaje de CC es controlable en gran medida.
- Como se usa DC, las fallas asociadas con AC están ausentes, a saber. problemas de sincronización, efecto de piel, problemas de ángulo de fase, etc.
- Dado que se puede controlar el flujo de potencia y el ángulo de fase, aumenta la estabilidad del sistema.
- Reduce el costo: las líneas HVDC son conductores desnudos, por lo tanto, el costo de aislamiento es nulo. El np. de líneas requeridas son menores, en comparación con la transmisión de CA trifásica
- Reduce las pérdidas de energía : esto responde a la segunda parte de su pregunta. Las pérdidas en el conductor dependen de la corriente que fluye a través de ellos. Cuando duplica el voltaje, la cantidad de energía que puede transmitirse es mayor, en menos corriente. Wiki explica así:
El alto voltaje se utiliza para la transmisión de energía eléctrica para reducir la energía perdida en la resistencia de los cables. Para una cantidad dada de potencia transmitida, duplicar el voltaje entregará la misma potencia a solo la mitad de la corriente. Dado que la energía perdida como calor en los cables es proporcional al cuadrado de la corriente para un tamaño de conductor dado, pero no depende del voltaje, duplicar el voltaje reduce las pérdidas de línea por unidad de energía eléctrica entregada por un factor de 4. Si bien la energía perdida en la transmisión también se puede reducir aumentando el tamaño del conductor, los conductores más grandes son más pesados y más caros
Desventajas
- Para distancias más pequeñas, es ineficiente, consulte el gráfico anterior.
- Las estaciones convertidoras y la otra parafernalia son muy costosas.
Otras lecturas :
- Corriente continua de alto voltaje
- Transmisión de energía eléctrica
- Transmisión HVDC – KR Padiyar
Gracias por el A2A.
Hola !
Pérdida de potencia por calor = i ² R
i = corriente a través del conductor
R = Resistencia en el cable.
Ahora sabemos que en la estación de generación la potencia se genera en MW.
Entonces esta potencia = I * V (I = corriente, V = Voltaje) se puede transmitir de dos maneras,
- Ya sea a alto voltaje y baja corriente
- Alta corriente y bajo voltaje.
Ahora el problema con la alta corriente y el bajo voltaje se ve como pérdida de calor como se dijo anteriormente.
Por lo tanto, se prefiere transmitir la corriente en alta tensión y baja corriente.
Gracias.
Espero eso ayude.
Muy buena pregunta, especialmente para los estudiantes que toman su primer curso en Sistemas de Potencia, es decir, Transmisión y Distribución.
Debe distinguir los voltajes de nivel de generación, transmisión y distribución en blanco y negro. Los voltajes de generación y distribución a lo largo de los años no han cambiado significativamente. Por ejemplo, los voltajes de generación son en su mayoría alrededor de 11 kV (en realidad puede encontrar algunos con 6.8, 13.8, 22 kV) y los voltajes de distribución son trifásicos 440/400 V o alrededor o trifásicos 220/200 V. La transmisión solo los voltajes han experimentado una tendencia cada vez mayor desde el momento en que tuvo lugar el cambio de CC a CA, comenzando alrededor de 2,3 kV en 1893 a 765 kV en 1969 y ahora en 1000 y 1200 kV. ¿Por qué estos aumentos significativos solo en los voltajes de transmisión? La respuesta es :
En la práctica, la necesidad de mayor y mayor los voltajes de transmisión ocurren cuando son cada vez más grandes Deben transmitirse grandes cantidades de energía a distancias cada vez mayores debido a razones técnicas y económicas. Así, tanto la potencia a transmitir como la distancia de transmisión deciden el voltaje de transmisión.
¿Qué es la razón técnica? Para apreciar esto, debe saber que una línea corta sin compensación se carga normalmente a aproximadamente 1,5 veces su carga de impedancia de sobretensión (SIL). SIL en MW = (VxV) / Zo, donde V es el voltaje de línea en kV y Zo = La impedancia de sobretensión varía en b / w aproximadamente 400 a 250 ohmios (valor más bajo para líneas de mayor voltaje con conductores agrupados). Entonces, una línea de 66 kV puede transmitir prácticamente 1.5x (66 × 66/400) = aproximadamente 16 MW, una línea de 132 kV de aproximadamente 65 MW, una línea de 220 kV de aproximadamente 180 a 200 MW (valor de Zo reducido) o una línea de 400 kV alrededor 960 MW (usando Zo = 250 ohmios). Ahora, si desea transmitir, digamos, 400 MW, entonces necesitamos 25 líneas de 66 kV, 7 líneas de 132 kV <- técnicamente imposible. Con 220 kV, puede ser necesaria una línea de doble circuito (d / c), pero el aumento futuro de la potencia no puede ser acomodado. También tenga en cuenta que todos estos cálculos son para líneas cortas. Normalmente, las líneas de voltaje extra alto (EHV) son bastante largas y la capacidad de carga de estas líneas (ahora decididas por consideraciones de estabilidad y prácticamente = 0.5xVxV / (XxLength of line, donde X es la reactancia inductiva de la línea serie) no puede alcanzar 1.5 veces SIL sin compensación extensiva, por lo que teniendo en cuenta los requisitos futuros, una línea de 400 kV sería la opción.
Los autores de muchos libros de texto afirman que cuanto mayor sea el voltaje, menor será la corriente y se reducirán las pérdidas. Algunos incluso implican que el nivel de voltaje aumenta para reducir las pérdidas. Esto es engañoso. Tenga en cuenta que la eficiencia de las líneas de transmisión es bastante alta, alrededor del 95%, por lo que una reducción de 0.5 a 1% es insignificante.
Por lo tanto, la razón principal de los voltajes de transmisión más altos es hacer posible la transmisión de energía a granel a larga distancia económica y técnicamente. La pequeña reducción en la pérdida de línea que ocurre es solo una bonificación.
Muy buena pregunta, especialmente para los estudiantes que toman su primer curso en Sistemas de Potencia, es decir, Transmisión y Distribución.
Debe distinguir los voltajes de nivel de generación, transmisión y distribución en blanco y negro. Los voltajes de generación y distribución a lo largo de los años no han cambiado significativamente. Por ejemplo, los voltajes de generación son en su mayoría alrededor de 11 kV (en realidad puede encontrar algunos con 6.8, 13.8, 22 kV) y los voltajes de distribución son trifásicos 440/400 V o alrededor o trifásicos 220/200 V. La transmisión solo los voltajes han experimentado una tendencia cada vez mayor desde el momento en que tuvo lugar el cambio de CC a CA, comenzando alrededor de 2,3 kV en 1893 a 765 kV en 1969 y ahora en 1000 y 1200 kV. ¿Por qué estos aumentos significativos solo en los voltajes de transmisión? La respuesta es :
En la práctica, la necesidad de voltajes de transmisión cada vez más altos se produce cuando se deben transmitir cantidades de energía cada vez mayores a distancias cada vez mayores debido a razones técnicas y económicas. Así, tanto la potencia a transmitir como la distancia de transmisión deciden el voltaje de transmisión.
¿Qué es la razón técnica? Para apreciar esto, debe saber que una línea corta sin compensación se carga normalmente a aproximadamente 1,5 veces su carga de impedancia de sobretensión (SIL). SIL en MW = (VxV) / Zo, donde V es el voltaje de línea en kV y Zo = La impedancia de sobretensión varía en b / w aproximadamente 400 a 250 ohmios (valor más bajo para líneas de mayor voltaje con conductores agrupados). Entonces, una línea de 66 kV puede transmitir prácticamente 1.5x (66 × 66/400) = aproximadamente 16 MW, una línea de 132 kV de aproximadamente 65 MW, una línea de 220 kV de aproximadamente 180 a 200 MW (valor de Zo reducido) o una línea de 400 kV alrededor 960 MW (usando Zo = 250 ohmios). Ahora, si desea transmitir, digamos, 400 MW, entonces necesitamos 25 líneas de 66 kV, 7 líneas de 132 kV <- técnicamente imposible. Con 220 kV, puede ser necesaria una línea de doble circuito (d / c), pero el aumento futuro de la potencia no puede ser acomodado. También tenga en cuenta que todos estos cálculos son para líneas cortas. Normalmente, las líneas de voltaje extra alto (EHV) son bastante largas y la capacidad de carga de estas líneas (ahora decididas por consideraciones de estabilidad y prácticamente = 0.5xVxV / (XxLength of line, donde X es la reactancia inductiva de la línea serie) no puede alcanzar 1.5 veces SIL sin compensación extensiva, por lo que teniendo en cuenta los requisitos futuros, una línea de 400 kV sería la opción.
Los autores de muchos libros de texto afirman que cuanto mayor sea el voltaje, menor será la corriente y se reducirán las pérdidas. Algunos incluso implican que el nivel de voltaje aumenta para reducir las pérdidas. Esto es engañoso. Tenga en cuenta que la eficiencia de las líneas de transmisión es bastante alta, alrededor del 95%, por lo que una reducción de 0.5 a 1% es insignificante.
Por lo tanto, la razón principal de los voltajes de transmisión más altos es hacer posible la transmisión de energía a granel a larga distancia económica y técnicamente. La pequeña reducción en la pérdida de línea que ocurre es solo una bonificación. en el tiempo persistente es una vasta investigación para la transmisión en forma de CC. se usan o se usan para la transmisión.
Energía eléctrica suministrada a alta tensión porque: –
- Las conexiones máximas se conectan en configuración paralela, si está en serie, habrá un momento en que la caída de voltaje en el último extremo se convierta en cero, entonces se requiere voltaje.
- La fuente de voltaje se puede crear fácilmente.
- Debido a la resistencia interna (P = I * V) si I aumenta y V disminuye manteniendo la potencia constante, entonces habrá un efecto en la corriente debido a la resistencia interna del cable de transmisión. Además, la corriente más alta requería el área máxima del cable (I = neAVd). Pero un voltaje más alto se puede transmitir fácilmente a través de un área menor.
Donde, Vd = velocidad,
P = potencia
I = actual
V = voltaje
Nunca tuve clases que abordaran específicamente la ingeniería de la red eléctrica, pero sé que la respuesta simple es evitar pérdidas. Es más probable que ocurran pérdidas en situaciones de alta corriente. Si bien esto puede no ser una analogía perfecta, piense en la fuerza de arrastre en la dinámica de fluidos. La fuerza de arrastre es proporcional a la velocidad al cuadrado. Como la corriente está relacionada con la velocidad de los electrones, una corriente más alta conducirá a una fuerza de arrastre más fuerte. Existe una ley similar que relaciona la corriente eléctrica con las pérdidas. La pérdida de potencia en los sistemas eléctricos viene dada por la corriente al cuadrado multiplicada por la resistencia. Por lo tanto, las pérdidas son proporcionales al cuadrado de la corriente. La potencia es el voltaje multiplicado por la corriente. Entonces, para la misma potencia, un voltaje más alto significa una corriente más baja. Por lo tanto, la energía se transfiere a alto voltaje para permitir una corriente más baja, lo que conduce a pérdidas más bajas.
Tratemos de verlo de una manera mucho más simple, hasta el nivel atómico .
Contestaré tus preguntas en tres partes
- ¿Qué es la energía eléctrica?
- ¿Qué es la resistencia en realidad (sugiero que comience desde aquí)
- La respuesta real
La energía eléctrica es lo que realmente funciona, el trabajo eléctrico.
Pero, ¿qué hace que la energía eléctrica se desarrolle de todos modos ?
Bueno, sabemos que el potencial de cualquier cuerpo es su capacidad para trabajar. Cuando decimos que tenemos el potencial para completar una tarea, queremos decir que tenemos la capacidad, el poder, para hacer ese trabajo.
El potencial eléctrico, de manera similar, es propiedad de cada pieza de carga eléctrica para realizar el trabajo. Cuando se introduce otra carga cerca de ella, un campo eléctrico creado entre ellos hace que las cargas desarrollen fuerzas de repulsión o atracción. Esta repulsión o atracción hace que las cargas se muevan una hacia la otra o lejos una de la otra. Tan pronto como las cargas comienzan a moverse, constituyen una corriente eléctrica.
Si nos fijamos en la fórmula del trabajo en el caso de la mecánica,
[matemáticas] W = F * d [/ matemáticas]
o
[matemáticas] W = M * a * d [/ matemáticas]
Ahora, veamos esta fórmula en un ángulo ligeramente diferente:
M = masa del cuerpo
Masa del cuerpo, de hecho, es el potencial del cuerpo para hacer el trabajo . Esto es análogo al potencial eléctrico [matemática] V [/ matemática] en caso de electricidad.
El otro término,
[matemáticas] a * d [/ matemáticas] = aceleración del cuerpo multiplicado por la distancia recorrida por él en la dirección de aplicación de la fuerza
Esta cantidad es análoga a los tiempos actuales la duración durante la cual fluye la corriente . [matemáticas] (I * T) [/ matemáticas]. Los electrones que constituyen una corriente tienen una velocidad de deriva y una aceleración instantánea muy pequeña, y durante el tiempo durante el cual se mueven, da la cantidad análoga a [math] a * d [/ math].
Por lo tanto,
[matemáticas] W = V * I * T [/ matemáticas]
o
la tasa de trabajo, poder:
[matemáticas] P = V * I [/ matemáticas]
Ahora consultemos al Sr. Ohm y veamos si podemos modificar esta ecuación.
Yo: Hola, señor Ohm, ¿qué podemos hacer con esta fórmula?
Sr. Ohm : Bueno, ¿qué tal si reemplazas V con I * R? ¿Recuerdas la ley que formulé?
Yo: Gracias Sr. Ohm, resolvió la mitad de mi problema.
Entonces ahora tenemos
[matemáticas] P = I ^ 2 * R [/ matemáticas]
Esta es la pérdida de potencia cuando se transmite corriente eléctrica. Cuanto mayor es la corriente, mayor es la pérdida de potencia, debido a la resistencia del cable. Por qué ? Debido a la resistencia que ofrece el conductor, hace que se caliente. ¿De dónde viene este calor? Es una parte del poder (energía) que fluye en el conductor.
Espera genio.
[matemáticas] P = V ^ 2 / R [/ matemáticas]
(La audiencia es lo suficientemente inteligente como para contactar al Sr. Ohm también. |:)
La pérdida de potencia debe ser directamente proporcional a V también. Derecha ?
Espere. Vamos a bajar al nivel atómico.
Ahora, el voltaje es la propiedad característica de cada carga, ya sea estática o en movimiento.
Pero, la resistencia se ofrece solo cuando los cargos comienzan a moverse. La resistencia es la obstrucción ofrecida al flujo libre de iones / electrones a través de un conductor.
A menos que y hasta que la carga comience a moverse, no se ofrecerá resistencia, y no habrá pérdida de potencia.
El conductor puede permanecer allí, cargado, con voltajes de órdenes 10 ^ 10, simplemente no hará ningún trabajo (o perderá energía), a menos que ponga en marcha una carga.
Tan pronto como la corriente comienza a fluir en el conductor, se ofrece resistencia y aparecen pérdidas de energía. Solo por el tiempo que fluya la corriente.
Y esta es la razón por la cual la pérdida de potencia es una función de la corriente y la resistencia, NO del voltaje y la resistencia.
Por lo tanto,
Pérdida de potencia en un conductor [matemática] = I ^ 2 * R [/ matemática]
Ahora supongamos que tenemos que transmitir 10 ^ 6 megavatios de potencia.
Probémoslo a 100V,
desde la función de potencia, la corriente en el conductor será
I = P / V = 10 ^ 5 amperios.
Incluso si el cable está formado por el mejor conductor del mundo, poseerá cierta resistencia, aunque de menos de 0.001 ohm.
Pérdida de potencia = 10 ^ 5 * 0.001 = 100 vatios
Se desperdiciarán 100 julios de energía cada segundo. DIOS MIO !
Además, esto calentará el conductor bastante rápido, hasta que se convierta en plasma. (‘-‘) Para compensar, necesitaremos incluso resistencias bajas e incluso cables más gruesos. La mayoría de las líneas de transmisión están hechas de aluminio y ofrece una resistencia considerable.
Permite bombear esta CA a través de un transformador elevador que aumenta el voltaje a 10 ^ 5 voltios.
La corriente que se transmite en este caso será,
I = P / V = 10 amperios.
Pérdida de potencia = 10 * 10 * 0.001 = 0.1 vatios
0,1 julios desperdiciados por segundo . |:
Bien, verdad? Felicitaciones al Sr. Tesla, por hacer inevitable este cambio de DC a AC.
Y es por eso que los altos voltajes son adecuados para transmisiones de CA.
Aunque hay muchos peligros al transmitir tensiones tan altas, los ahorros son enormes. Además, la mayoría de estas líneas de alto voltaje pasan por áreas completas que están deshabitadas.
La potencia se transmite a un voltaje más alto para reducir las pérdidas de potencia durante la transmisión.
La potencia transmitida es producto del voltaje y la corriente.
P = V * I
I = P / V
Entonces, cuando se transmite la misma cantidad de energía a voltajes más altos, la corriente en los conductores es más baja. Esto conduce a una menor pérdida de potencia en el conductor (línea de alimentación) ya que la pérdida de potencia es proporcional al cuadrado de la corriente.
P (pérdida) = (i ^ 2) * R
Entonces, para el mismo valor es R y potencia, las pérdidas de potencia son menores si la corriente es menor, esto se puede lograr transmitiendo potencia a voltajes más altos.
La respuesta es muy simple. Voltajes más altos significan corriente más baja. Y corrientes más bajas significan pérdidas más bajas. La potencia a través de la línea será la misma sin importar el voltaje, la corriente simplemente cambiará. Para mostrar cómo funciona esto:
[matemática] Potencia = Voltaje * Corriente [/ matemática]
[matemáticas] Pérdidas = (Actual) ^ 2 * Resistencia [/ matemáticas]
Dado que la resistencia de una línea eléctrica permanece constante (una línea eléctrica ideal para nuestro ejemplo), para reducir pérdidas, debemos reducir la corriente. ¿Y cómo conseguimos una corriente más baja? La primera ecuación muestra que a medida que la potencia permanece constante, para reducir la corriente, ¡debemos aumentar el voltaje!
La transmisión de potencia a altos voltajes ayuda a reducir las pérdidas debidas al calentamiento de Joule en los cables de transmisión.
H = ([matemáticas] I ^ 2) * R * t [/ matemáticas]
Y como podemos ver, el calentamiento es directamente proporcional al cuadrado de la corriente que se transmite. Y dado que desea transmitir POTENCIA (P = IV), deberá transmitirlo a
- Bajo voltaje y alta corriente: El único beneficio es que gastará menos en aislamiento. ¡Pero tus cables se calentarán como el infierno!
- Alto voltaje y baja corriente: el único problema son las dificultades de aislamiento que se sumarían a su inversión inicial, pero a la larga, ganará a la larga.
Entonces, la mejor opción disponible aquí es transmitir tanta potencia como sea posible reduciendo las pérdidas debidas al calentamiento mediante el uso de alto voltaje.
Es por eficiencia. La electricidad se entrega como potencia en vatios. La potencia es el producto del voltaje (voltios) y la corriente (amperios). La potencia perdida en las líneas de distribución es el producto de la corriente al cuadrado y la resistencia (ohmios) en los cables, una constante. Por lo tanto, reducir la corriente al aumentar el voltaje para distribuir la misma energía al cliente resulta en menos pérdidas en el sistema de distribución. Además, la reducción de la corriente en las líneas eléctricas les permite construirse con cables más pequeños, lo que también reduce los costos.
Oye,
Estuve luchando con esta pregunta durante mucho tiempo porque nunca pude encontrar una derivación de la relación entre la pérdida de potencia y la potencia entregada en términos de los valores de los transformadores y resistencias. Aquí está esa derivación.
Tenemos una fuente de voltaje de CA para representar nuestra planta de energía, un transformador elevador [matemático] T_1 [/ matemático] para aumentar nuestro voltaje y un transformador reductor [matemático] T_2 [/ matemático] para devolverlo a los niveles residenciales. [math] R_ {loss} [/ math] es la resistencia en nuestra larga línea eléctrica, y [math] R_ {load} [/ math] es nuestros consumidores finales que usan electricidad. En nuestro modelo, la única fuente de alimentación proviene de nuestra fuente de voltaje, y la única fuente de alimentación es de [matemática] R_ {pérdida} [/ matemática] y [matemática] R_ {carga} [/ matemática]
Ecuaciones:
- [matemáticas] N_ {T1} = \ dfrac {V_1} {V_2} [/ matemáticas]
- [matemática] N_ {T2} = \ dfrac {V_3} {V_4} [/ matemática] (Relación de vueltas de transformadores – cuánto estamos cambiando el voltaje)
- [matemáticas] V_1 \ veces I_1 = V_2 \ veces I_2 [/ matemáticas]
- [matemáticas] V_3 \ veces I_2 = V_4 \ veces I_4 [/ matemáticas] (Ecuaciones de potencia del transformador)
- [matemáticas] V_4 = I_4 \ veces R_ {carga} [/ matemáticas]
- [math] (V_2-V_3) = I_2 \ times R_ {loss} [/ math] (ecuaciones de la ley de ohmios)
- [matemáticas] P_ {pérdida} = (V_2-V_3) \ veces I_2 [/ matemáticas]
- [matemáticas] P_ {carga} = V_4 \ veces I_4 [/ matemáticas]
- 2, 4] [matemáticas] I_2 \ veces N_ {T2} = I_4 [/ matemáticas] (La ecuación 9 se construye con las ecuaciones 2+ 4)
- 6, 7] [matemáticas] P_ {pérdida} = {I_2} ^ 2 \ veces R_ {pérdida} [/ matemáticas]
- 5, 8] [matemática] P_ {carga} = {I_4} ^ 2 \ veces R_ {carga} [/ matemática]
- 9, 11] [matemáticas] P_ {carga} = {I_2} ^ 2 \ veces {N_ {T2}} ^ 2 \ veces R_ {carga} [/ matemáticas]
- 10, 12] [matemáticas] \ dfrac {P_ {pérdida}} {P_ {carga}} = \ dfrac {R_ {pérdida}} {R_ {carga} \ veces {N_ {T2}} ^ 2} [/ matemáticas]
Observe que la relación final que derivamos es la relación entre la pérdida de potencia y la potencia entregada. Solo depende de nuestros dos valores de resistencia y la relación de giro del transformador final. Si mantenemos nuestro voltaje muy alto en la sección de transporte de nuestra línea ([math] V_2 [/ math] y [math] V_3 [/ math]) y luego lo reducimos un poco para los consumidores en sentido descendente, podemos ahorrar un Mucha energía.
Sea P la potencia generada por la estación generadora.
Para la transmisión a larga distancia tenemos dos opciones:
1: alto voltaje y baja corriente. (Ya que P = Vi = constante).
2: bajo voltaje y alta corriente.
Ahora llegando a las líneas de transmisión, dejemos que R sea su resistencia.
Pérdida de calor por segundo = i × i × R = V ‘× V’ / R
Claramente, si usamos alto voltaje y baja corriente, la pérdida de calor será menor.
Ahora, la idea errónea que tienen la mayoría de ellos es que cuando usamos corriente baja, el voltaje será alto y la pérdida de calor que es proporcional al voltaje cuadrado será mayor.
Debe entenderse claramente que la pérdida de calor es proporcional al cuadrado de voltaje caído a través de la resistencia y que V (voltaje generado) no es igual a V ‘(voltaje caído a través de la resistencia).
Como la corriente (i) es baja, según la ley de ohmios V ‘= iR, el voltaje V’ también será menor y, por lo tanto, la pérdida de calor será menor.
Así que lo probamos al revés.
Creo que se transmite a alto voltaje debido al calor generado en la transmisión de electricidad: cuanto menor es el amperaje transmitido, menos calor genera la resistencia intrínseca de los cables. Luego, transmite la misma potencia con 10 voltios y 1,000 amperios que 10,000 voltios y 1 amperio, pero el calor generado en el cable es el opuesto al amperaje: más amperios = más calor. Entonces, si el amperaje es muy alto, el calor será muy alto y los cables explotarán. En cambio, si el voltaje es muy alto, el amperaje y el calor serán muy bajos. Sin embargo, a alto / muy alto voltaje, el aislamiento eléctrico es muy crítico debido a las posibilidades de ionizar el aire e inducir chispas.
En un circuito eléctrico, hay una caída de voltaje causada por las resistencias ineludibles de los cables que transportan la corriente. Cuanto mayor sea la corriente, mayor será la caída de voltaje. Entonces, para distancias muy largas, es ineficiente usar sistemas de menor voltaje y mayor corriente.
- Las caídas de voltaje se volverían intolerables y se necesitarían estaciones ‘de refuerzo’ para que los voltajes volvieran a la normalidad.
- Cuanto mayor sea la corriente, más grande se requiere un cable para transportar dicha corriente. El cobre es costoso, por lo que resulta muy costoso tender cables grandes a largas distancias.
Como el consumo total de energía (vatios) es una función de la corriente x el voltaje, es posible aumentar el voltaje dramáticamente con un transformador y cortar la corriente correspondientemente. Todavía tiene la misma potencia disponible, pero a una corriente mucho más baja, por lo que las caídas de voltaje son mucho menores (más eficientes) y se pueden usar cables más pequeños para transportarlo (más barato)
Una vez que llega su potencia a donde la necesita, se usa otro transformador para bajar el voltaje a un nivel utilizable, con un aumento correspondiente en la corriente disponible.
Considere que la energía es constante, si transmitimos energía eléctrica usando alta corriente y bajo voltaje,
Entonces, lo primero que debemos tener en cuenta es la resistencia del conductor, esa resistencia debe ser mínima. De la fórmula de resistencia,
R = (ro) * L / A
Donde, A = área de la sección transversal del conductor.
Para minimizar la resistencia, tenemos que reducir la longitud del conductor o aumentar la sección transversal del conductor. Pero el problema es que al reducir la longitud, no podemos transmitir energía a largas distancias y para aumentar la sección transversal necesitamos más conductores, por lo que el costo y el mantenimiento se convierten en un punto de consideración.
Ahora, al usar alto voltaje y baja corriente, para baja corriente, la resistencia del conductor debe ser alta, lo que se puede compensar reduciendo la sección transversal del conductor. Por lo tanto, se requiere menos conductor y el costo se minimiza.
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