植物からコンセントへ

発電所は、電気を使う人々から遠く離れていることがよくあります。水力ダムは山の中にあり、風力発電所は風の強い場所にあり、大きな発電所は冷却用の水の近くにあります。電力を数十キロメートル、または数百キロメートル運ぶものが必要で、その間に電線は熱として少し電力を失います。

重要な公式。 電力は P = V × I、つまり電圧×電流です。電線には小さな抵抗 R があり、そこに電流 I が流れると、電力が熱として失われます：

P_loss = I² × R

ここがポイントです。一定の電力 P を送るには、高い電圧と小さな電流、または低い電圧と大きな電流を使えます。損失は I の2乗に比例するので、電流が小さいほうが大幅に有利です。電圧を10倍にすると、同じ電力では電流は10分の1になり、損失は100分の1になります。

計算例（仮想の送電線）。 合計抵抗が10 Ωの送電線で、100 MWを送るとします。これは簡略化した単一回路モデルで、学習用の数値です。実際の三相送電線はもっと複雑です。

• 11 kVの場合：I = 100 MW / 11 kV ≈ 9,091 A。損失 = 9,091² × 10 Ω ≈ 826 MW。送りたかった100 MWを超えているため、これではうまくいきません。
• 110 kVの場合：I ≈ 909 A。損失 ≈ 909² × 10 ≈ 8.3 MW、約8パーセントです。
• 400 kVの場合：I = 250 A。損失 = 250² × 10 = 0.625 MW、約0.6パーセントです。

これが、長い送電線が数百キロボルトで運用される理由です。

電圧はどうやって変える？ 変圧器を使います。変圧器は、共通の鉄心に巻いた2つのコイルでできています。1つ目のコイルに流れる交流電流が変化する磁束をつくり、それによって2つ目のコイルに起電力（EMF）が生じます。電圧の比は巻き数の比と同じです：V₂ / V₁ = N₂ / N₁。変圧器は変化する磁束があるときだけ動作するため、送電網では交流（AC）が使われています。（非常に長い送電線や海底送電線の一部では、電子変換器を使ったHVDCも使われます。）自分でコイルを巻いてみたいなら、Field Labに変圧器の実験台があります。

通常の段階（電圧は国によって異なります）：

• 発電機：約11～25 kV。
• 送電用に約110～400 kV以上へ昇圧。
• 配電用に、通常11～33 kVへ降圧。
• さらにコンセント用に降圧：世界の多くの地域では230 V、北米では120 V。

何が失われる？ 発電所の敷地のフェンスから家庭のコンセントまで、経路全体で見ると、多くの国では失われる電気は通常、電気全体の5〜10パーセントほどで、一部の国ではそれより多くなります。大部分は高電圧線ではなく、低電圧の地域の電線で失われます。