Santralden prize

Elektrik santralleri, elektriklerini kullanan insanlardan genellikle uzaktadır. Hidroelektrik barajları dağlarda, rüzgâr santralleri rüzgârlı yerlerde, büyük santraller ise soğutma için suyun yakınında bulunur. Gücü onlarca ya da yüzlerce kilometre boyunca taşıyacak bir şey gerekir ve kablolar, gücün bir kısmını ısı olarak kaybeder.

Temel formüller. Elektrik gücü P = V × I, yani gerilim çarpı akımdır. Bir kablonun küçük bir R direnci vardır ve içinden I akımı geçtiğinde güç ısı olarak kaybolur:

P_loss = I² × R

Şimdi püf noktası. Sabit bir P gücü iletmek için yüksek gerilim ve küçük akım ya da düşük gerilim ve büyük akım kullanabilirsin. Kayıp I karesiyle arttığı için küçük akım çok daha avantajlıdır. Gerilimi 10 kat artırırsan aynı güç için akım onda bire düşer ve kayıp yüzde bire iner.

Çözümlü örnek (varsayılan hat). Toplam direnci 10 Ω olan bir hat üzerinden 100 MW gönderelim. Bu, basitleştirilmiş tek devreli bir model ve öğretim amaçlı bir değerdir; gerçek üç fazlı hatlar daha karmaşıktır.

• 11 kV değerinde: I = 100 MW / 11 kV ≈ 9.091 A. Kayıp = 9,091² × 10 Ω ≈ 826 MW. Bu, göndermek istediğin 100 MW'dan daha fazladır: bu şekilde çalışamaz.
• 110 kV değerinde: I ≈ 909 A. Kayıp ≈ 909² × 10 ≈ 8,3 MW, yani yaklaşık yüzde 8.
• 400 kV değerinde: I = 250 A. Kayıp = 250² × 10 = 0,625 MW, yani yaklaşık yüzde 0.6.

Uzun hatların yüzlerce kilovolt ile çalışmasının nedeni budur.

Gerilimi nasıl değiştirirsiniz? Bir transformatör ile: ortak bir demir çekirdek üzerindeki iki tel bobini. İlk bobindeki alternatif akım, değişen bir manyetik akı oluşturur ve bu da ikinci bobinde bir EMK indükler. Gerilimlerin oranı, sarım sayılarının oranına eşittir: V₂ / V₁ = N₂ / N₁. Bir transformatör yalnızca değişen akıyla çalışır; bu nedenle şebekede alternatif akım (AC) kullanılır. (Bazı çok uzun veya deniz altından geçen hatlarda bunun yerine elektronik dönüştürücülerle HVDC kullanılır.) Kendi bobinlerini sarmak istersen Field Lab'de bir transformatör çalışma düzeneği bulunur.

Yaygın basamaklar (gerilimler ülkeye göre değişir):

• Jeneratör: yaklaşık 11 ila 25 kV.
• Yaklaşık 110 ila 400 kV veya daha yüksek iletim gerilimine yükseltilir.
• Dağıtım için genellikle 11 ila 33 kV'a düşürülür.
• Yeniden priz gerilimine düşürülür: dünyanın büyük bölümünde 230 V, Kuzey Amerika'da 120 V.

Ne kaybolur? Santral çitinden prizine kadar tüm yol boyunca, birçok ülkede kayıplar genellikle elektriğin yüzde 5 ila 10'u kadardır; bazı yerlerde daha da yüksektir. Kayıpların büyük bir bölümü yüksek gerilim hatlarında değil, daha düşük gerilimli yerel kablolarda meydana gelir.