Dari pembangkit listrik ke stop kontak

Pembangkit listrik sering kali jauh dari orang-orang yang menggunakan listriknya. Bendungan hidro berada di pegunungan, ladang angin berada di tempat yang berangin, dan pembangkit besar berada di dekat air untuk pendinginan. Sesuatu harus membawa listrik melewati puluhan atau ratusan kilometres, dan kabel kehilangan sedikit energi sebagai panas.

Rumus-rumus utama. Daya listrik adalah P = V × I, yaitu tegangan dikali arus. Sebuah kabel memiliki hambatan kecil R, dan arus I yang mengalir melaluinya membuang daya sebagai panas:

P_loss = I² × R

Sekarang triknya. Untuk mengirimkan daya tetap P, kamu bisa menggunakan tegangan tinggi dan arus kecil, atau tegangan rendah dan arus besar. Karena kehilangan daya bergantung pada I kuadrat, arus kecil jauh lebih unggul. Naikkan tegangan sebanyak 10 kali dan, untuk daya yang sama, arus turun menjadi sepersepuluh, sehingga kehilangan daya turun menjadi seperseratus.

Contoh perhitungan (saluran yang diasumsikan). Kirimkan 100 MW melalui saluran dengan hambatan total 10 Ω. Ini adalah model satu rangkaian yang disederhanakan, sebuah angka untuk pembelajaran; saluran tiga fase nyata lebih rumit.

• Pada 11 kV: I = 100 MW / 11 kV ≈ 9.091 A. Kehilangan daya = 9,091² × 10 Ω ≈ 826 MW. Itu lebih besar daripada 100 MW yang ingin kamu kirimkan: cara ini tidak bisa digunakan.
• Pada 110 kV: I ≈ 909 A. Kehilangan daya ≈ 909² × 10 ≈ 8,3 MW, sekitar 8 persen.
• Pada 400 kV: I = 250 A. Kehilangan daya = 250² × 10 = 0,625 MW, sekitar 0.6 persen.

Itulah alasan saluran jarak jauh beroperasi pada tegangan ratusan kilovolt.

Bagaimana cara mengubah tegangan? Dengan transformator: dua kumparan kawat pada inti besi yang sama. Arus bolak-balik pada kumparan pertama menghasilkan fluks magnet yang berubah-ubah, yang menginduksi GGL pada kumparan kedua. Rasio tegangan sama dengan rasio jumlah lilitan: V₂ / V₁ = N₂ / N₁. Transformator hanya bekerja dengan fluks yang berubah, itulah sebabnya jaringan listrik menggunakan arus bolak-balik (AC). (Untuk beberapa saluran yang sangat panjang atau berada di bawah laut, digunakan HVDC dengan konverter elektronik.) Field Lab memiliki meja kerja transformator jika kamu ingin membuat kumparanmu sendiri.

Urutan yang umum (tegangan berbeda-beda di setiap negara):

• Generator: sekitar 11 hingga 25 kV.
• Naikkan tegangan ke transmisi sekitar 110 hingga 400 kV atau lebih.
• Turunkan tegangan ke distribusi, biasanya 11 hingga 33 kV.
• Turunkan lagi ke stopkontak: 230 V di sebagian besar dunia, 120 V di Amerika Utara.

Apa yang hilang? Di sepanjang jalur, dari pagar pembangkit listrik hingga stopkontakmu, kehilangan biasanya sekitar 5 hingga 10 persen listrik di banyak negara, dan lebih tinggi di beberapa negara. Sebagian besar kehilangan terjadi di kabel lokal bertegangan lebih rendah, bukan di saluran bertegangan tinggi.