Pregunta sobre el uso de salidas de alta corriente de bajo voltaje

Hay un ejemplo perfecto de un dispositivo de bajo voltaje y alta corriente: un soldador . Voltaje tan bajo como unas pocas decenas de voltios, corrientes de más de 100A. Eso es kilovatios.
La razón por la que no ve la combinación de baja tensión / alta corriente que a menudo es que es una forma bastante ineficiente de obtener la energía requerida: necesita cables gruesos para llevar la alta corriente. Es mucho más práctico ejecutar el hervidor de agua de 1.5 kW en 230 V CA, de modo que solo necesita 6.5 A, que hacerlo en 20 V, donde se necesita un cable grueso para transportar el 75A. Recuerde que ya obtenemos el alto voltaje de 230V / 115V de la red.

Primero, puede ayudar pensar que el voltaje es presión y la corriente como flujo. Se utilizan varias combinaciones de alta / baja tensión / corriente. Por ejemplo, la baja tensión y la alta corriente se utilizan para hacer funcionar el motor de arranque en su automóvil. Es solo 12V, pero puede exceder los 100A. Sin embargo, tenga en cuenta el inconveniente, que son los cables gruesos que van al arrancador.

Desde un punto de vista de potencia pura, cualquier producto de voltaje y corriente que resulte en el mismo valor es equivalente. Sin embargo, las pérdidas en los sistemas reales pueden ser proporcionales a la corriente, especialmente cuando la energía eléctrica debe moverse a cierta distancia.

Supongamos que tiene que entregar 1kW a 100 m de distancia. En teoría, 10A a 100V y 100A a 10V son equivalentes. Sin embargo, de vuelta a la realidad, estamos atascados con cables reales, no teóricos. La tensión que un cable tiene para poder manejar los efectos de cómo está aislado. La corriente de un cable tiene que ser capaz de manejar los efectos del grosor del conductor. Aislar a 100V es trivial. Casi cualquier capa de aislamiento que coloque en el cable hará 100V. No ahorraría dinero tratando de hacer que un cable solo sea bueno para soportar 10V. Solo para superar los esfuerzos mecánicos externos y la abrasión normal, el aislamiento será lo suficientemente grueso como para soportar 100 V sin mucho costo adicional. Sin embargo, el conductor más grueso cuesta dinero real. El cobre o lo que sea que use como conductor tendrá un costo significativo para llevar 100 A por 100 m. Ahora considere que la potencia perdida en el cable (una resistencia para este propósito) es proporcional al cuadrado de la corriente a través de él. Para obtener la misma pérdida de potencia total en el cable a 100A que en 10A, realmente necesita 100 veces como mucho material conductor.

Ahora piense en transferir 100s de MW entre estaciones de generación de energía y ciudades. La economía favorece que el voltaje sea lo más alto posible y, por lo tanto, disminuya la corriente para el mismo nivel de potencia. Dichas líneas de transmisión generalmente funcionan en el rango de 500kV a 1MV. Hay costos a voltajes muy altos también. Las compañías de energía estudian cuidadosamente las ventajas y desventajas para decidir a qué voltaje se dirige una línea de transmisión.

Siempre me gusta dar una analogía con el agua y la plomería aquí.

Si piensa que el voltaje es el diámetro de una tubería y la corriente como la fuerza de la bomba que mueve el agua. El agua que sale del extremo de la tubería, por ejemplo, en galones por minuto, es la potencia.

Ahora, si aumenta el diámetro de la tubería (el voltaje), puede obtener más agua a la vez, lo que aumenta la "potencia".

Además, si aumenta la fuerza de la bomba (la corriente), fuerza el agua más rápido. Sin embargo, esto aumenta la presión dentro de la tubería, por lo que necesita usar una tubería con una pared más gruesa. Esto es equivalente al tamaño del conductor. Los conductores más grandes (o tuberías de paredes más gruesas) pueden contener más corriente sin "estallar" (derretirse).

Por supuesto, hacer que la tubería sea demasiado grande (un voltaje demasiado alto) y que los eco-manifestantes se vuelvan hacia arriba y comiencen a quejarse del daño que la tubería hace al campo, y la gente comienza a salir herida (electrocución), por lo que necesita construir barreras más grandes y mejores para mantener a las personas alejadas (aislamiento).

Entonces, puede ver que siempre hay un acto de equilibrio entre el grosor de la pared de la tubería y el diámetro de la tubería para obtener la cantidad de agua que necesita a través de ella.

Sí, sé que la analogía no es del 100% correcta, pero es buena para comprender las relaciones entre ellos.