Mengapa transmisi listrik jarak jauh terjadi pada tegangan yang meningkat
Saat ini, transmisi energi listrik jarak jauh selalu dilakukan pada tegangan yang dinaikkan, yang diukur dalam puluhan dan ratusan kilovolt. Di seluruh dunia, berbagai jenis pembangkit listrik menghasilkan gigawatt listrik. Listrik ini didistribusikan di kota dan desa menggunakan kabel yang dapat kita lihat misalnya di jalan raya dan rel kereta api, yang selalu dipasang pada tiang tinggi dengan isolator panjang. Tetapi mengapa transmisi selalu bertegangan tinggi? Kita akan membicarakannya nanti.
Bayangkan harus mengirimkan energi listrik melalui kabel minimal 1000 watt dengan jarak 10 kilometer dalam bentuk arus bolak-balik dengan kehilangan daya minimal, lampu sorot kilowatt yang kuat. Apa yang akan kamu lakukan? Jelas tegangan harus diubah, dikurangi atau ditingkatkan dengan satu atau lain cara. menggunakan transformator.
Misalkan sumber (generator bensin kecil) menghasilkan tegangan 220 volt, sedangkan yang Anda inginkan adalah kabel tembaga dua inti dengan penampang masing-masing inti 35 mm persegi. Untuk 10 kilometer, kabel seperti itu akan memberikan resistansi aktif sekitar 10 ohm.
Beban 1 kW memiliki resistansi sekitar 50 ohm. Dan bagaimana jika tegangan yang ditransmisikan tetap pada 220 volt? Ini berarti bahwa seperenam dari tegangan akan (turun) pada kabel transmisi, yaitu sekitar 36 volt. Jadi sekitar 130 W hilang di sepanjang jalan - mereka baru saja menghangatkan kabel transmisi. Dan pada lampu sorot kami tidak mendapatkan 220 volt, tetapi 183 volt. Efisiensi transmisi ternyata 87%, dan ini masih mengabaikan resistansi induktif dari kabel transmisi.
Faktanya adalah bahwa kerugian aktif pada kabel transmisi selalu berbanding lurus dengan kuadrat arus (lihat Hukum Ohm). Oleh karena itu, jika transfer daya yang sama dilakukan pada tegangan yang lebih tinggi, penurunan tegangan pada kabel tidak akan menjadi faktor yang merugikan.
Sekarang mari kita asumsikan situasi yang berbeda. Kami memiliki generator bensin yang sama yang menghasilkan 220 volt, kabel 10 kilometer yang sama dengan resistansi aktif 10 ohm dan lampu sorot 1 kW yang sama, tetapi di atas itu masih ada dua transformator kilowatt, yang pertama menguatkan 220 -22000 volt. Terletak di dekat generator dan terhubung melalui koil tegangan rendah, dan melalui koil tegangan tinggi - terhubung ke kabel transmisi. Dan trafo kedua, pada jarak 10 kilometer, adalah trafo step-down 22000-220 volt, ke koil tegangan rendah yang dihubungkan dengan lampu sorot, dan koil tegangan tinggi diumpankan oleh kabel transmisi.
Jadi, dengan daya beban 1000 watt pada tegangan 22000 volt, arus pada kabel transmisi (di sini Anda dapat melakukannya tanpa memperhitungkan komponen reaktif) hanya akan menjadi 45 mA, yang berarti 36 volt tidak akan jatuh. itu (seperti tanpa transformer), tetapi hanya 0,45 volt! Kerugian tidak lagi 130 W, tetapi hanya 20 mW. Efisiensi transmisi tersebut pada peningkatan voltase akan menjadi 99,99%. Inilah mengapa lonjakan lebih efektif.
Dalam contoh kami, situasinya dianggap kasar, dan penggunaan trafo mahal untuk keperluan rumah tangga yang begitu sederhana tentu saja merupakan solusi yang tidak tepat. Tetapi pada skala negara dan bahkan wilayah, jika menyangkut jarak ratusan kilometer dan daya pancar yang sangat besar, biaya listrik yang dapat hilang seribu kali lebih tinggi daripada semua biaya trafo. Itu sebabnya ketika mentransmisikan listrik jarak jauh, peningkatan voltase, diukur dalam ratusan kilovolt, selalu diterapkan — untuk mengurangi kehilangan daya selama transmisi.
Pertumbuhan konsumsi listrik yang terus menerus, pemusatan kapasitas produksi di pembangkit listrik, pengurangan kawasan bebas, pengetatan persyaratan perlindungan lingkungan, inflasi dan kenaikan harga tanah, serta sejumlah faktor lainnya, sangat menentukan kenaikan tersebut. dalam kapasitas transmisi saluran transmisi listrik.
Desain berbagai saluran listrik diulas di sini: Perangkat saluran listrik yang berbeda dengan tegangan yang berbeda
Interkoneksi sistem energi, peningkatan kapasitas pembangkit listrik dan sistem secara keseluruhan disertai dengan peningkatan jarak dan aliran energi yang disalurkan sepanjang saluran listrik.Tanpa saluran listrik bertegangan tinggi yang kuat, tidak mungkin memasok energi dari pembangkit listrik besar modern.
Sistem energi terpadu memungkinkan untuk memastikan transfer daya cadangan ke area yang membutuhkannya, terkait dengan pekerjaan perbaikan atau kondisi darurat, dimungkinkan untuk mentransfer kelebihan daya dari barat ke timur atau sebaliknya, karena pergantian sabuk pada waktunya.
Berkat transmisi jarak jauh, menjadi mungkin untuk membangun pembangkit listrik superpower dan memanfaatkan energinya sepenuhnya.
Investasi untuk transmisi daya 1 kW pada jarak tertentu pada tegangan 500 kV adalah 3,5 kali lebih rendah daripada pada tegangan 220 kV, dan 30 — 40% lebih rendah daripada pada tegangan 330 — 400 kV.
Biaya transfer 1 kW • h energi pada tegangan 500 kV dua kali lebih rendah daripada pada tegangan 220 kV, dan 33 — 40% lebih rendah daripada pada tegangan 330 atau 400 kV. Kemampuan teknis tegangan 500 kV (daya alami, jarak transmisi) adalah 2 — 2,5 kali lebih tinggi dari 330 kV dan 1,5 kali lebih tinggi dari 400 kV.
Saluran 220 kV dapat mengirimkan daya 200 — 250 MW pada jarak 200 — 250 km, saluran 330 kV — daya 400 — 500 MW pada jarak 500 km, saluran 400 kV — daya 600 — 700 MW pada jarak hingga 900 km. Tegangan 500 kV menyediakan transmisi daya 750 — 1000 MW melalui satu sirkuit pada jarak hingga 1000 — 1200 km.