هر بار که شما یک سوئیچ را روشن می کنید، برق ممکن است بیش از ۱۰۰۰ کیلومتر را طی کرده باشد تا از یک مزارع بادی در غرب به خانه ای در شرق شما برسد.آیا برق از سیم ها در طول مسیر مانند آب از لوله "خلاصه" می شود؟
جواب کوتاهش اينه:نه، نه به اون شکلي که تو فکر ميکنياما اونجاهستبیایید فیزیک انتقال انرژی را در مسافت های طولانی آشکار کنیم.
1. "سرکه" که سرکه نیست
در یک خط ولتاژ بالا که به درستی کار می کند،در حال حاضر در داخل هدایت کننده باقی می ماند.عایق و هوا در اطراف خط به عنوان موانع موثر عمل می کنند. شما جرقه هایی را نمی بینید که به زمین پرش می کنند (مگر اینکه یک نقص وجود داشته باشد).
با این حال،هنوز انرژی از دست رفتهاین چیزیه که مهندسان بهش میگنضایعات خط (یا ضایعات فنی)این تفاوت بین برق تولید شده در نیروگاه و برق تحویل داده شده به خانه شما است.
2مقصر واقعی: گرما (از دست دادن I2R)
چرا این فقدان اتفاق می افتد؟ دلیل اصلی این استمقاومتحتی بهترین هادی های مس و آلومینیوم هم مقاومت دارند. وقتی جریان از طریق مقاومت جریان پیدا می کند.گرما.
این همان اصل است که باعث می شود توستر شما کار کند، اما در یک خط انتقال، این انرژی هدر رفته است. مهندسان این ضرر را با استفاده از یک فرمول ساده اما قدرتمند محاسبه می کنند:P = I2R.
- من= جریان
- R= مقاومت
مربع کليد استتوجه داشته باشید که این ضرر متناسب بامربعاگر جریان را نصف کنید، از دست دادن گرما بهیک چهارماین مهم ترین مفهوم در انتقال قدرت است.
3"جرم استاد: چرا ما از ولتاژ بالا استفاده می کنیم"
اگر از دست دادن گرما به مربع جریان بستگی دارد، چطور می توانیم آن را کاهش دهیم؟با افزایش ولتاژ
برای هر مقدار قدرت داده شده (P = V × I) ، اگر ولتاژ (V) را افزایش دهید، می توانید جریان (I) را کاهش دهید.
- ولتاژ پایین (LV):جریان بالا → از دست دادن گرما I2R در مسافت های طولانی
- ولتاژ بالا (HV):جریان کم → حداقل از دست دادن گرما
به همین دلیل است که ما فرآیند "قدم به بالا / قدم به پایین" را داریم:
- نسل:قدرت تولید می شود (به عنوان مثال، 20kV).
- قدم به جلو:ترانسفورماتورها ولتاژ رو به500kV، 800kV، یا حتی 1000kV+ (UHV).
- انتقال:جریان کم در سراسر کشور حرکت می کنه با کمترین ضرر
- قدم به پايين:در نزدیکی شهر ولتاژ برای توزیع امن کاهش می یابد.
4چرا فقط ولتاژ رو بالا نمياري؟
اگه ولتاژ بالا اينقدر خوب باشه، چرا از 1 استفاده نکنيد؟000هزار ولت همه جا؟
چونفیزیک قیمت داره.با افزایش ولتاژ:
- هزینه های عایق بندی به شدت افزایش می یابد:شما به عایق ضخیم تر، برج های بلندتر و شکاف های وسیع تر بین سیم ها نیاز دارید.
- تخليه از بيماريهاي کرونا:در ولتاژ فوق العاده بالا، میدان الکتریکی می تواند هوا را یونیزه کند، یک نور بنفش و یک صدای سیب زن ایجاد کند، انرژی را هدر می دهد.
- ایمنی و پیچیدگی:تجهیزات بزرگ و گران می شود.
طراحی شبکه یک تعادل است:خسارت در مقابل سرمایه گذاری در مقابل امنیت
5خسارت های دیگر: فقط سیم ها نیستند
در حالی که I2R بزرگترین عامل است، اجزای دیگر نیز انرژی مصرف می کنند:
- ترانسفورماتورها:آنها از میدان های مغناطیسی برای تغییر ولتاژ استفاده می کنند، که باعث ایجاد گرما (از دست دادن هسته) می شود.
- راکتورها:برای تثبیت شبکه استفاده می شوند، همچنین مقدار کمی انرژی مصرف می کنند.
- کرونا:همانطور که ذکر شد، خطوط ولتاژ بالا می توانند انرژی را به صورت نور و سر و صدا رادیویی به هوا "ریخته" کنند.
6. ایمنی: هیچ "سرخشی" نیست، اما هنوز خطرناک است
فقط به خاطر اینکه برق به زمین نریخته به این معنی نیست که منطقه اطراف خط امن است.
- میدان های مغناطیسی:خطوط ولتاژ بالا EMF های قوی تولید می کنند.
- قوس زدن:اگر خیلی نزدیک شوید (به عنوان مثال، پرواز بادبادک یا استفاده از جرثقیل) ، برق می تواند از طریق هوا پرش کند.
- خطوط شکسته:اگه يه سيم سقوط کنهازش دور بمونزمین خودش می تونه انرژی پیدا کنه.
خلاصه
برق از خطوط انتقال مانند آب از یک لوله نوری نشت نمی کند.گرما نامرئیبا استفاده از ولتاژ های فوق العاده بالا، ما این تلفات را به حداقل می رسانیم، و این امکان را فراهم می کند که گیگاوات قدرت را به طور کارآمد از قاره به قاره ارسال کنیم.
"شبکه برق فقط یک شبکه از سیم ها نیست؛ این یک اقتصاد انرژی با دقت تنظیم شده است که در آن هر ولت اهمیت دارد".
بحث:آیا تا به حال "نور بنفش" تخلیه کرونا را در یک خط ولتاژ بالا در شب دیده اید؟ یا صدای یک ترانسفورماتور را احساس کرده اید؟ تجربیات خود را با نیروهای نامرئی شبکه زیر به اشتراک بگذارید!
