¿Por qué los altos voltajes reducen la pérdida de energía de las transmisiones de potencia?

Lo que importa no es el alto voltaje, es la baja corriente que resulta de transmitir la misma potencia con el alto voltaje.

Considere este circuito, que es un circuito simplificado y equivalente de una línea de transmisión de energía. Solo tiene en cuenta la resistencia de la línea, ignorando su inductancia y capacitancia.

Aquí, TR1 es el transformador en algún lugar de la línea (lo siento, no pude encontrar un símbolo de generador en Eagle), R1 y R2 son cables largos (que tienen una resistencia distinta de cero) y LMP1 es una carga, conectada a la transmisión línea (en realidad será otro transformador, pero quiero simplificar las cosas).

Es cierto que la energía entregada a la carga resistiva es el producto de la corriente que fluye a través de esta carga y la caída de voltaje a través de esta carga (para los puristas: estoy escribiendo sobre una carga resistiva, porque deliberadamente no quiero introducir un cambio de fase concepto aquí, ya que creo que complicaría las cosas más de lo necesario para responder la pregunta). En este circuito simplificado, LMP1 extrae energía de TR1 a través de los cables con resistencia R1 + R2. El truco es que la resistencia R1 no “sabe” cuál es el voltaje suministrado por el transformador. Solo “conoce” la corriente que fluye a través de él.

Ahora, imagine que la lámpara necesita 100W para funcionar. Consideremos dos formas de archivar esto.

  1. Usemos muy bajo voltaje, 5V. La corriente necesaria para alimentar una lámpara de 100W será de 100W / 5V = 20A.
  2. Usemos muy alto voltaje, 500V. La corriente necesaria para alimentar una lámpara de 100W será de 100W / 500V = 0.2A.

Ahora supongamos que cada cable tiene una resistencia constante, igual a 0.01ohm, o 10 miliohms, que es bastante baja, pero aún no es cero. La caída de voltaje a través de un cable, de la ley de Ohm, será: U = I * R.

  1. En el primer caso (100W = 5V * 20A), la caída de voltaje en un cable será de 20A * 0.01ohm = 0.2V. La potencia disipada por este cable será 0.2V * 20A = 4W, por lo que el transformador necesitará suministrar 100W para la bombilla + 8W para pérdidas en dos cables.
  2. En el segundo caso (100W = 500V * 0.2A), la caída de voltaje a través de un cable será 0.2A * 0.01ohm = 0.002V, o 2mV. La potencia disipada por este cable es igual a 0.002V * 0.2A = 0.0004W, o 0.4mW. El transformador necesita suministrar 100W para la bombilla + 0.8mW para pérdidas.

Lo que podemos notar es que:

  1. Aumentamos el voltaje 100 veces (de 5V a 500V)
  2. La corriente necesaria disminuyó 100 veces (de 20A a 0.2A)
  3. La caída de voltaje a través del cable disminuyó 100 veces (de 0.2V a 0.002V)
  4. La pérdida de potencia disminuyó 10000 (100 * 100) veces

¿Por qué la pérdida de potencia disminuyó cuadráticamente? Porque es proporcional tanto a la corriente como a la caída de voltaje a través del cable.

Esta explicación es bastante simplificada, en realidad no usamos resistencia de cable, pero su impedancia (debido a un componente inductivo distinto de cero en el cable largo) y esta impedancia no es constante (la resistencia pura tampoco es constante, dependiendo de la temperatura ), También supuse que la lámpara extraerá la corriente que necesita para obtener 100 W (si el voltaje cae), lo que en realidad no es el caso (tal vez una fuente de alimentación de modo conmutado sería un mejor ejemplo), pero el principio es el igual: cuanto mayor sea el voltaje, menor será la corriente (para la misma cantidad de energía suministrada), menor será la corriente, menor será la caída de voltaje a través de la resistencia del cable y menor será tanto la corriente como la caída de voltaje (mucho) Bajar la pérdida de potencia.

Considere un modelo de línea de transmisión corta como se muestra en la figura anterior

Potencia final de recepción [matemática] P_R = V_RI_Rcos (\ phi) [/ matemática]

Para una carga dada [matemática] P_R = P [/ matemática] en pf [matemática] cos (\ phi) [/ matemática],

[matemáticas] I_R = \ frac {P} {V_Rcos (\ phi)} \ Rightarrow I_R \ propto \ frac {1} {V_R} [/ math]

Entonces, si [math] V_R [/ math] es más alto, entonces [math] I_R [/ math] es más bajo.

Ahora, las pérdidas de línea para un modelo dado estarán dadas por [matemática] I_R ^ 2R [/ matemática] [matemática] (I_S = I_R) [/ matemática] donde [matemática] R [/ matemática] es la resistencia de la línea.

Ahora, si [math] I_R [/ math] es menor, en consecuencia, las pérdidas de línea también son menores.

Para calcular la potencia:

a) usando [matemáticas] I ^ 2R [/ matemáticas], busque la corriente a través de la sección / elemento

b) usando [math] \ frac {V ^ 2} {R} [/ math], busque la caída de voltaje en la sección / elemento.

Si ve la figura, la caída de voltaje a través de la línea es [matemática] (V_S – V_R) [/ matemática] y sabemos que el rango permisible de variaciones entre el voltaje final de envío y el extremo receptor es de 5%. Entonces, al final, la caída de voltaje a través de la línea es pequeña solamente.

mantener a un lado, inductancia de línea, factor de potencia, carga de impedancia de sobretensión, caída, etc., entonces,

En el cálculo de pérdida de potencia, Ploss = VI = (V ^ 2) / R, V es (voltaje final de envío – voltaje final de recepción).

Transmitido = Pload + Ploss, es decir

{Vsending x I} = {V recibiendo x I} + {(Vsending – Vreceiving) x I}, aquí es común, es decir, la misma corriente fluye desde el lado emisor al lado receptor ( hay una diferencia entre la corriente final de envío y la corriente final de recepción , pero para aclarar problemas, estamos poniendo fin a todo eso ).

Suponga que P = 8 vatios, es la potencia transmitida, ahora esto es constante, necesita transmitir esta potencia, por lo que debe decidir enviar voltajes y corrientes finales

Ahora los posibles combos en números reales simples para V e I son

V × I =

1 × 8

2 × 4

4 × 2

8 × 1

Aquí, V está enviando voltaje final.

Ahora todos sabemos que la pérdida de calor = ( I ^ 2 ) R Watt

Por lo tanto, si V es lo suficientemente pequeño, es decir, 1 V, más flujos de corriente, es decir, 8 A, ahora, para transportar tanta corriente, necesita líneas más gruesas, también, con esa cantidad de corriente que fluye, obtiene más pérdidas, es decir, {(8 × 8) R} vatios = (64R) vatios.

Y si V es lo suficientemente grande, es decir, 8 V, luego fluye menos corriente, es decir, 1 A, por lo tanto, menos pérdidas, es decir, {(1 × 1) R} Watt = (R) Watt, por lo que las líneas más delgadas son suficientes.

Gracias por el usuario de A2A Quora.

La transmisión de energía se realiza a altos voltajes en las líneas de transmisión.

¿POR QUÉ?

Nuestra principal preocupación son las pérdidas de transmisión. Dado que las líneas de transmisión son muy largas, en un rango de varios kilómetros, la potencia tardará en fluir a través de ellas. Como la potencia requerida es alta, el voltaje también es alto y se transmite a través de la línea de transmisión. El alto voltaje proporciona una baja cantidad de corriente. Una corriente más baja reduce las pérdidas de transmisión.

El aumento de voltaje de CA es fácil. Un transformador lo hará fácilmente sin pérdidas. Como la resistencia del cable de transmisión es constante, cuando aumentamos el voltaje también reducimos la corriente en el mismo factor. Por ejemplo, si duplica el voltaje, la corriente se reducirá a la mitad. Si triplica el voltaje, la corriente se reducirá a un tercio.

Lo mismo, si la corriente se reduce, también lo es la pérdida de potencia.

Sabemos que [matemáticas] P = I ^ 2R, [/ matemáticas] cuando la corriente se reduce a la mitad, la pérdida de potencia se reduce en un factor de 4. Cuando la corriente es un tercio, la pérdida se reduce en un factor de 9.

Es por eso que la potencia se transmite a un voltaje grande o se opera a un voltaje grande.

GRACIAS POR LEER.

Ashutosh Sharma

Porque cuando pasa una corriente a través de cualquier conductor normal, siempre se pierde algo de energía debido al calor. La pérdida de potencia viene dada por la ecuación P = I ^ 2 * R. Eso dice la cantidad de materia actual más que la resistencia del material, al determinar cuánta energía se pierde.

La transmisión de alto voltaje sigue este principio: la potencia es igual a la potencia de un transformador. P1 = P2 —-> recuerde que P = I * V (alimentación suministrada), entonces V1 * I1 = V2 * I2, esto significa que no importa qué cantidades a la izquierda o derecha bajen, la variable por la que se multiplican aumenta para mantener la ecuación satisfecha o verdadera.

Cómo se usa esa ecuación en la práctica es usando un transformador.

Faraday determinó en el siglo XIX que al mover un imán dentro y fuera de un circuito cerrado de alambre, uno puede generar un voltaje que luego produce su propia corriente. En otras palabras, descubrió que la electricidad se puede crear a partir del movimiento de un imán.

Ampere descubrió que una corriente eléctrica constante puede producir un campo magnético constante a su alrededor, y una corriente eléctrica cambiante produce un campo magnético cambiante.

Otro punto clave es que cuanto mayor sea el número de vueltas en la bobina, más voltaje se inducirá a través del devanado.

Así es como funciona un transformador. La corriente Ip que entra desde la izquierda produce un campo magnético a su alrededor, pero como es una corriente alterna, el campo magnético cambiante de la bobina produce un voltaje (fuerza electromotriz inversa) a través de ella que se llama autoinductancia. El núcleo del transformador se coloca allí para minimizar las pérdidas de energía y mejorar el campo magnético entre las bobinas.

A medida que el flujo magnético (la cantidad de campo magnético) cambia a través de la primera bobina a la izquierda, los cambios de flujo magnético inducen un voltaje en la bobina a la derecha a través del núcleo del transformador. Esto produce un voltaje más bajo en la bobina 2 que en la bobina 1, pero la corriente Is es más alta que la corriente Ip. Esto se llama transformador reductor. La clave aquí es esta:

Independientemente de qué corriente y voltaje se suministren a cada lado de un transformador ideal (un transformador que no pierda energía para el medio ambiente), la potencia de entrada es igual a la de salida

Entonces, el voltaje en el lado izquierdo es más alto que el derecho, y la corriente es más baja, pero en el lado derecho el voltaje es más bajo y la corriente es más alta. Los transformadores elevadores o reductores se refieren al voltaje , no a la corriente.

En conclusión: normalmente desea pasar de alta corriente, bajo voltaje, a baja corriente, alto voltaje para transmitir potencia. Entonces, para tener una idea de eso, simplemente voltee el proceso de la imagen, haga que Is, Vs en su forma actual sean la corriente y el voltaje de inicio y Ip, Vp sea la corriente y el voltaje inducidos. Date cuenta de lo que hemos hecho aquí, utilizamos un transformador para reducir los niveles de corriente mientras mantenemos la misma cantidad de energía a lo largo de la transmisión, y lo hicimos debido a la pérdida de energía P = I ^ 2 * R debido al cable, donde la cantidad de corriente es cuadrada, por lo que contribuye más a la pérdida de potencia, y ahora se ha resuelto usando un transformador elevador.

la R a la que se refiere es la resistencia de carga. Para simplificarlo: si desea enviar una gran cantidad de energía a larga distancia, debe lidiar con la limitación práctica de los cables. Cuanto mayor sea la corriente, mayor será el tamaño del cable conductor. Las tablas AWG, fáciles de buscar, muestran la resistencia del cable y la capacidad de corriente. Tabla de clasificación de amperaje del tamaño del cable eléctrico. Si uno quisiera enviar 1 megavatio a 110 vac, necesitaría cables que puedan manejar 10,000 amperios, lo que generaría cobre enorme, pesado y costoso. Al aumentar el voltaje con transformadores técnicamente simples, puede enviar 1o amperios a 100,000 voltios. Es un tamaño de cable que se puede hacer sin un cable costoso masivo.

Por su redacción al mostrar las ecuaciones de potencia, parece estar confundiendo la potencia necesaria en la carga y la pérdida de la resistencia en serie de los cables conductores.

Una mejor pregunta es por qué la transmisión de CA reduce la pérdida de energía en las líneas eléctricas. Llamemos a la resistencia de las líneas eléctricas R (que se vuelve bastante grande considerando la distancia que corren estos cables ya que R = resistividad * longitud / área). Si utilizamos la transmisión de CC y tenemos un circuito simple con una fuente V y resistencia R, la corriente I es V / R y la potencia perdida en R es I ^ 2 * R. La razón por la que no me gustan algunas de las otras respuestas aquí es porque siguen usando P = I ^ 2 * R o P = VI para explicar esto. La potencia también es V ^ 2 / R, por lo que el uso de alto voltaje no soluciona nada en un circuito de CC porque un voltaje más alto proporcionado por la fuente significaría una mayor corriente que fluye a través del circuito.

Ahora, con corriente / voltaje alterna, puede usar transformadores (que si necesita una explicación, puede leer la respuesta de Arrian Movahedi). Los transformadores nos permiten aumentar o disminuir los voltajes. En consecuencia, la corriente se ve afectada frente al voltaje. Si aumentó el voltaje en un factor cuadrado, la corriente se divide por ese factor cuadrado. Voy a elaborar, y espero que no esperaras una respuesta simple a esta pregunta porque me referiré a un circuito de distribución de energía simple para explicar esto (disculpa mis pobres habilidades de dibujo :).

Considera el primer bucle del circuito como el proveedor de energía (es decir, con edison), el segundo bucle como el canal de distribución y el tercer bucle como el receptor de energía (es decir, su hogar). Rt representa la resistencia de las líneas eléctricas. Los inductores están etiquetados 1–4 y cada par representa un transformador. Entonces, ¿qué sucede cuando el i1 actual pasa por L1? Bueno, se induce un voltaje, digamos V2, a través de L2 y se produce un i2. Digamos que este es un transformador elevador, lo que significa que el número de vueltas en la bobina L2 es mayor que el número de vueltas en la bobina L1, y la relación de las vueltas de L2 a L1 es a (y supongamos que es ideal, denotado por las líneas paralelas, lo cual está perfectamente bien para nuestros intentos y propósitos). Entonces, ¿cuál es la relación entre i1 e i2? Bueno, i2 = i1 / a ^ 2. Podrías imaginar que si la razón del número de vueltas es de cientos o miles, a ^ 2 puede ser un factor bastante grande, y en consecuencia i2 se reduce por ese factor bastante grande. La potencia perdida en Rt es i2 ^ 2 * Rt o (i1 / a ^ 2) ^ 2 * Rt. Si solo tuviéramos Rt en el primer bucle y desechamos el resto de este circuito, entonces la potencia perdida en Rt habría sido i1 ^ 2 * Rt. Por lo tanto, solo redujimos la potencia perdida en Rt por un factor de a ^ 2, que en el mundo real, ¡podría ser un factor en millones!

Ahora puede preguntar, bueno, simplemente bajé la corriente por un factor de a ^ 2, pero no puedo ignorar el hecho de que aumenté el voltaje por un factor de a ^ 2. ¿No sería la potencia perdida a través de Rt entonces la misma que sería (V2 * a ^ 2) ^ 2 * Rt? ¡No! Porque te estás olvidando de ese segundo inductor en el segundo bucle. Por KVL, la caída de voltaje a través de L2 = caída de voltaje a través de Rt + caída de voltaje a través de L3). Eso es exactamente, la mayor parte del voltaje de L2 va a L3 (que en el mundo práctico, se reduce a aproximadamente 120 V que se suministra a nuestros enchufes), y nuestra determinación de que la potencia perdida en Rt se redujo mucho es completamente válida. Este es el poder de la CA, y precisamente por qué Tesla ganó la batalla contra Edison en la transmisión de CA frente a la transmisión de CC. No podríamos usar transformadores con voltajes / corrientes de CC. ¡Espero que esto ayude!

Sí, puedo.

Oh, quieres decir, ¿podría explicarlo?

Bueno, a medida que aumenta el voltaje, la corriente disminuye para entregar la cantidad de energía requerida.

A medida que disminuye la corriente, disminuye la pérdida de energía en los cables debido a la resistencia. La pérdida de energía real es la resistencia al cuadrado actual multiplicada por el cable, multiplicada por el tiempo.

Entonces, dado que es proporcional al cuadrado actual, la reducción a la mitad de la corriente produce un ahorro de energía cuatro veces mayor. (whoopee! rápida recuperación de la inversión)

Esto supone que no cambiamos los cables … los cables son caros.

Cuando queremos establecer una planta de energía eléctrica, debe estar muy lejos del centro de consumo, y eso debido a que estas plantas tienen enormes emisiones de gases nocivos.

Luego, la energía eléctrica generada se transmitirá durante cientos de kilómetros o más desde la planta hasta el centro de carga. Aquí, las líneas de transmisión se han utilizado con sus componentes, incluidas torres, cables, etc.

La pérdida de potencia en los conductores viene dada por la relación: P (pérdidas) = ​​I² × R, mientras que I es la corriente que pasa a través del conductor y R es la resistencia óhmica del mismo.

Ahora déjame darte un ejemplo simple para que puedas obtener el papel del alto voltaje en la reducción de pérdidas. Suponga que hay una carga consumida de 100kw y un generador “que se encuentra a una gran distancia de la carga” está suministrando a la carga esta cantidad de energía generando una salida de 5000 voltios, 20 amperios, ahora la energía debe transmitirse por una línea de transmisión que tiene una resistencia de 2 ohmios, ahora después de que se transmite la potencia, las pérdidas en las líneas de transmisión serán I² × R = 800 vatios, pero si aumentamos el voltaje al comienzo de la línea de transmisión desde 5kv a 132kv “por ejemplo”, y aunque la potencia consumida por la carga sigue siendo la misma “100kw”, la corriente que pasa a través de los conductores se reducirá de 20 amperios a 0,757 amperios, y luego las pérdidas en la transmisión la línea será I² × R = 1.14 vatios solamente.

* El ejemplo que supone que la carga es una carga monofásica con factor de potencia unitario.

* El valor de voltaje se ha reducido “reducido” al final de cualquier TL, por lo que la carga puede funcionar en su valor de voltaje nominal.

La caída de voltaje a través de un conductor cambia según la cantidad de corriente que fluye a través del conductor. Si la resistencia del conductor (cable) se mantiene igual pero disminuye la cantidad de corriente que fluye a través del cable, disminuirá la caída de tensión perdida a través de ese cable. Para tener la misma potencia al final del cable, debe elevar el voltaje y mantener la corriente baja, y esto dará como resultado una menor pérdida de voltaje perdido cuando la corriente pasa por el cable. A medida que llega a donde el usuario final usa la energía, el voltaje y la corriente se reducen a un voltaje más bajo y a una corriente más alta a través de un transformador, y luego tiene que usar cables mucho más grandes para recorrer incluso una distancia corta sin la mayor parte del voltaje ser arrojado a través del cable. Es por eso que los cables de servicio que alimentan su hogar son mucho más grandes que los cables que se alimentan de poste a poste para la distribución a larga distancia. Se conoce comúnmente como la corriente (pérdida I2R) al cuadrado por la resistencia = voltaje. La resistencia es la del cable, que está relacionada en gran medida con el tamaño de la sección transversal del cable, así como con el tipo de material del que está hecho.

>> ¿significa esto que cada dispositivo con mayor voltaje y menor corriente tiene menos pérdida?

Si piensa puramente en la pérdida resistiva, sí.

Pero hay otras “pérdidas” especialmente en semiconductores complejos (microprocesadores y memoria RAM).

Cada uno de los transistores o “compuerta” en estos circuitos tiene una porción que actúa como un condensador. Debe cargarse o descargarse cada vez que se conmuta el transistor.

Estás empujando una gran cantidad de electrones dentro y fuera de muchos condensadores millones y millones (miles de millones) de veces por segundo. Es por eso que el procesador en su PC se calienta .

La energía para cargar un condensador está relacionada con el cuadrado del voltaje. Hay un gran impulso para bajar los voltajes en dispositivos sensibles a la energía como los teléfonos celulares. Donde solían ser 5V, luego 3.3V, ahora 2.6V y quizás 1.8V.

Para el caso más general (ya que menciona ‘dispositivo’ y no transmisión de potencia), considere la ley de ohm:

[matemáticas] I = E / R [/ matemáticas]

Podemos manipular esto algebraicamente para mostrar

[matemáticas] E = IR y R = E / I [/ matemáticas]

Las dos ecuaciones de potencia que estamos acostumbrados a usar son

[matemáticas] P = IE y P = I ^ 2 * R [/ matemáticas]

La última ecuación, leída “i cuadrado r” en realidad se verbaliza cuando se habla de pérdida de cobre o pérdida de bobinado, y otras situaciones (líneas de transmisión) donde la corriente en el conductor está causando el calentamiento de Joule. En estos casos, la corriente calienta el cobre, produciendo 1 vatio de calor por cada vatio de energía eléctrica, y generalmente se calcula en términos de I ^ 2 * R * t, donde t está en segundos de corriente efectiva que causa calor. En DC, el área de sección transversal aumenta la pérdida de cobre porque la corriente fluye de manera bastante uniforme en todo el grosor del cable. A frecuencias más altas, las distribuciones de corriente son más desiguales, lo que conduce, a frecuencias altas, al llamado “efecto piel”, donde la corriente solo fluye en la circunferencia de la sección transversal del cable, y el área reducida del flujo de corriente actúa como una resistencia mayor que si se estuviera utilizando todo el volumen del cable. Algunos de los enfoques para reducir las pérdidas del devanado, donde ocurre, son aumentar el diámetro del cable, usar cables múltiples aislados de forma independiente (cable Litz) o, en casos de muy alta frecuencia y alta potencia, usar conductores huecos. A medida que aumenta la frecuencia, estos conductores se mueven hacia el reino de las guías de onda.

Como se ha descrito bien en otras publicaciones para esta pregunta y sobre Quora en general, la pérdida de cobre es muy importante en las líneas de transmisión, por lo que la trampa elegante de aumentar el voltaje y disminuir la corriente para mantener la misma distribución de energía causa una reducción en la pérdida de energía, pero Como la caída de voltaje a lo largo de la línea de transmisión se mantiene al mínimo, E ^ 2 / R no es de interés para determinar la pérdida de potencia en la línea. I ^ 2 * R gobierna, y la potencia real gastada haciendo trabajo (debido a la baja caída de voltaje en las líneas en comparación con la caída de voltaje en los circuitos (motores, electrodomésticos, calentadores, etc.) asegura que la potencia relacionada con E ^ 2 / R es válido en el uso final.

Sin embargo, en dispositivos donde las corrientes son relativamente bajas y los voltajes también son relativamente bajos, pero las resistencias son altas (en comparación con las líneas de transmisión de baja resistencia), es decir, en componentes discretos y circuitos integrados, se usa energía en los componentes en lugar de simplemente dentro de los cables En estos casos, la corriente está regulada por el voltaje y viceversa, siempre que la resistencia permanezca constante, por lo que un aumento de voltaje provoca un aumento en la corriente. Debido a esto, tanto I ^ 2 * R como E ^ 2 / R aumentan y disminuyen juntos, y el aumento del voltaje junto con el aumento de la corriente hace que la potencia aumente como el cuadrado de cualquiera de los dos.

Por lo tanto, las líneas de transmisión se benefician del aumento de la tensión que conduce la disminución de la corriente a través de las líneas, los dispositivos se benefician de la disminución del voltaje que fuerza la disminución de la corriente a través de componentes y conexiones.

Por las siguientes razones:

  1. Corriente baja
  2. Reducción del tamaño del conductor.
  3. Bajas pérdidas
  4. Mejor eficiencia
  5. Mejor transmisión de potencia.
  6. Ahorro de costes

Saludos,

TheElectricalGuy: donde la ingeniería eléctrica se vuelve fácil – TheElectricalGuy

No necesita ninguna ecuación para comprender cómo el voltaje más alto reduciría las pérdidas. Solo recuerde que cuando proporciona electricidad, cuanto menos corriente fluye a través del cable, menos pérdidas de energía hay. Entonces, si su generador está lejos de la ciudad, se está considerando la resistencia de la línea de transmisión, ya que disminuirá el voltaje cuando llegue al otro extremo del cable. Esa caída de voltaje es una pérdida de potencia. En un transformador, la potencia es la misma en el devanado primario y secundario. Si tiene que entregar 500 kw del generador, eleva el voltaje tanto como sea posible para reducir la corriente mientras mantiene la misma potencia. En el otro extremo, reduce el voltaje con un transformador reductor a un nivel nominal con la misma potencia menos la pérdida de potencia en la línea de transmisión.

  • Las líneas de transmisión de alto voltaje se utilizan para transmitir energía eléctrica a distancias relativamente largas, generalmente desde una estación generadora central a subestaciones principales. También se utilizan para la transmisión de energía eléctrica de una estación central a otra para compartir la carga. Las líneas de transmisión de alto voltaje (HV) están hechas de alto voltaje (entre 138 y 765 kilovoltios) de líneas aéreas y subterráneas de cobre o aluminio.

  • Una de las preocupaciones clave en la transmisión de electricidad es la pérdida de energía en las líneas de transmisión (llamada pérdida de línea o pérdida de transmisión), disipada como calor debido a la resistencia de los conductores. Cuanto menor es el área de superficie de los conductores, menor es la pérdida por disipación de calor. Los altos voltajes requieren menos área de superficie, lo que resulta en una pérdida de línea reducida. Con líneas de alto voltaje, el voltaje puede incrementarse en la estación generadora, transmitirse a través de la red de transmisión a un centro de carga, y reducirse a los voltajes más bajos requeridos por las líneas de distribución.

Las pérdidas de transmisión se deben a la corriente que fluye en los conductores. Cuanto mayores sean las corrientes, mayor será la pérdida. Entonces, para reducir las pérdidas y tener una mejor eficiencia, la transmisión se realiza a corrientes más bajas. La potencia total debe ser la misma que la potencia = Voltaje * corriente cuando la corriente es baja, el voltaje es alto. Es por eso que la transmisión de alto voltaje tiene una pérdida menor.

Si se desea transmitir grandes cantidades de energía a bajo voltaje, entonces se deberán usar conductores muy grandes para reducir la caída de voltaje en el sistema de transmisión y distribución, lo que generará costos muy altos en los conductores.

Si uno usa voltajes muy altos, la corriente se reduce significativamente al igual que el área y, por lo tanto, el costo de los conductores.

Todo esto está cubierto por la Ley Kelvins (Elección económica del tamaño del conductor – Ley de Kelvin)

Es mucho más barato transferir energía haciendo que la bala sea más rápida que aumentar la masa de la bala. Es mucho más barato transferir energía eléctrica haciendo que el voltaje sea más alto que aumentar la cantidad de corriente. Si duplica la velocidad o el voltaje, en teoría transferirá cuatro veces más energía. Si duplica la corriente, las pérdidas en la transmisión serán cuatro veces más. Las balas pequeñas y los conductores pequeños son más baratos y ligeros. Pero a una supervelocidad ultra alta y un voltaje ultra alto, los incrementos de las energías transferidas serán menores que el incremento de velocidad y el incremento de voltaje. A más de 10,000 pies por segundo, la energía cinética transferida será marginal. A más de 1,500,000 voltios, la energía eléctrica transferida será marginal.

Su lógica es correcta, pero su comprensión no es precisa. La potencia perdida en la línea de transmisión es V ^ 2 / R, pero el V ^ 2 al cuadrado que debe usar es la caída de voltaje desde la fuente a la carga, no desde la fuente a tierra.

Entonces, si comienza en 220, y hay una caída de 1 voltio mientras viaja a través de una línea de 1 Ohm (lo que significa que estamos fluyendo 1 Amp), entonces perdemos (1 Volt * 1 Amp) = (1Amp ^ 2 * 1 Ohm) = (1Volt ^ 2/1 Ohm) = 1 vatio de potencia perdida en el cable mientras se entrega (219Volt * 1Amp) = 219 vatios a la carga. Por lo tanto, estamos perdiendo alrededor del 0.5% de la fuente de energía por la pérdida de energía de la línea de transmisión.

Si puede hacer que los amperios sean más pequeños, tendrá menos caída de voltaje en la resistencia de la línea de transmisión. I ^ 2 * R y V ^ 2 / R es la pérdida de potencia en la línea de transmisión, ambas fórmulas se benefician de una corriente más pequeña para la misma cantidad de resistencia.

Ok, te garantizo que el uso de tu fórmula es correcto. Sin embargo, está utilizando el voltaje incorrecto. El voltaje a utilizar en el cálculo de la pérdida de energía es la caída de voltaje a través de la línea de alimentación. Por lo tanto, suponemos que para todos los casos bajo evaluación, la línea eléctrica que se está considerando no cambia, por lo que la resistencia de la misma es fija. Digamos que la resistencia de la línea de alimentación es de 1 ohm y que es necesario transmitir 1,000,000 de vatios de potencia. Si hacemos eso a 10,000 voltios, entonces la corriente requerida es de 100 amperios, y la caída de voltaje será I * R = 100 voltios. Entonces la pérdida de potencia será VI = 100 x 100 = 10 kw.

Si aumentamos el voltaje a 100,000 voltios, entonces la corriente requerida es de 10 amperios, y la caída de voltaje será I * R = 10 voltios. Entonces la pérdida de potencia será VI = 10 x 10 = 100 vatios.