Tengo una duda sobre por qué las líneas de transmisión se envían a muy altos voltajes. También pasé por varias fuentes que decían que es para disminuir las pérdidas en las líneas. BUt. No estoy del todo satisfecho con las soluciones, ¿puede alguien, por favor, déjame la respuesta a este detalle? Su ayuda es muy apreciada.
El objetivo de la transmisión de alto voltaje es minimizar las pérdidas de energía.
¿Qué causa la pérdida de energía?
El enemigo principal es primera ley de Joule , o \ $ I ^ 2R \ $ pérdidas. La resistencia de nuestra línea de transmisión provoca una pérdida de potencia con una proporción cuadrada a nuestra corriente.
¿Cómo lo arreglamos?
Supongamos que queremos transmitir cierta cantidad de energía, lo llamaremos \ $ P \ $.
Sabemos \ $ P = VI \ $. Esto significa que 1 voltio y 1 amperio tienen la misma cantidad de energía que 1000 voltios y 1 miliamperio.
Ahora, para minimizar nuestras pérdidas \ $ I ^ 2R \ $, necesitamos minimizar tanto \ $ R \ $ como \ $ I \ $. \ $ R \ $ es difícil de cambiar. Tendríamos miles de km, si no más de cable tendríamos que cambiar. Además, \ $ R \ $ es una relación directa, mientras que \ $ I \ $ está en una relación cuadrada, por lo que cambiar \ $ I \ $ tiene un efecto mayor. Lo que es más fácil de cambiar para nuestro sistema de alimentación de CA es \ $ I \ $.
Hacemos esto con un transformador. Un transformador ideal le permite poner una cierta cantidad de energía a un voltaje dado, y recibir la misma cantidad de energía a un voltaje diferente.
Ahora porque \ $ P = VI \ $ eso significa que también cambia nuestra corriente. \ $ V \ $ y \ $ I \ $ están en una relación inversa en el poder, si \ $ V \ $ sube, \ $ I \ $ baja.
Por lo tanto, aumentamos \ $ V \ $ para disminuir \ $ I \ $. Al aumentar el voltaje en la línea eléctrica, disminuimos la corriente, lo que reduce nuestra pérdida de potencia \ $ I ^ 2R \ $.
Para una potencia dada que queremos transmitir (\ $ P = VI \ $), un voltaje más alto significa menos corriente, lo que significa que si usamos un voltaje más alto, minimizamos las corrientes, minimizando \ $ I ^ 2R \ $ pérdidas.
¿Por qué no aumentamos el voltaje?
Así que aumentamos el voltaje y disminuimos la pérdida, entonces, ¿por qué no aumentar el voltaje tan alto como podamos? Resulta que demasiado alto en realidad aumenta nuestras pérdidas, debido a un efecto diferente. Finalmente, llegamos a un punto donde el aire que rodea nuestro cable comienza a ionizarse.
La ionización hace que el aire deje de actuar como un aislante y permite que la corriente fluya. Este proceso se conoce como secreción coronal , y significa que eventualmente comenzamos a perder algo de poder cuando hay un Nueva trayectoria a tierra u otra línea de transmisión presente debido a los altos voltajes. También se degrada lentamente nuestro cable a medida que los átomos se extraen de la superficie del cable.
Si fuéramos aún más lejos, finalmente llegaríamos a avería eléctrica , lo que significa que ahora tenemos arcos volando a través del aire. El arco es extremadamente malo, y tanto degradará nuestro cable rápidamente, como lo hará para todos los propósitos y propósitos, lo que provocará una rápida pérdida de energía.
Las líneas de transmisión utilizan voltajes muy altos porque son más eficientes.
Sabemos que \ $ P = VI = V ^ 2 / R = I ^ 2R \ $.
La resistencia depende de la longitud, la sección y el material. Usamos cobre porque es el mejor compromiso entre costo y resistividad. La longitud no se puede cambiar, por lo que el único parámetro que se podría cambiar es la sección. Podemos reducir la resistencia de la sección, pero el costo del cobre, por lo que no podemos aumentar la sección hasta el infinito (y un peso más alto necesita pilones más robustos).
El resultado es que no podemos cambiar la resistencia, por lo que necesitamos operar con la corriente y el voltaje. Una corriente más alta genera más calor y el calor es la pérdida de energía. Esto se llama efecto Joule . De las fórmulas que escribí, se puede deducir que el voltaje y la corriente son inversamente proporcionales, de modo que 1 V y 10 A tienen la misma potencia de 10 V y 1 A. Para reducir las pérdidas necesitamos reducir la corriente y podemos reducir la corriente. corriente que aumenta la tensión.
Ahora estás pensando: "¿Por qué no podemos usar un voltaje más alto que el que hacemos actualmente?" La respuesta es simple: superado un cierto límite, los costos de los transformadores y los aisladores son más que el costo del cobre.
Cualquier conductor tiene cierta cantidad de resistividad y esta resistividad es proporcional a las dimensiones del conductor. Cuando necesita transferir energía eléctrica a largas distancias, obviamente necesita conductores muy largos, lo que significa que la resistividad aumenta.
Para la misma potencia, mayor voltaje significa menor corriente. Baja corriente significa menores pérdidas I ^ 2R.
La razón más simple es que las líneas eléctricas tienen que suministrar una gran cantidad de energía eléctrica.
La potencia se puede calcular como un producto de corriente y voltaje (es decir, P = IV), lo que significa que para proporcionar una gran cantidad de energía, se necesita una corriente muy alta, un voltaje muy alto o un nivel bastante alto de ambos.
Por ejemplo, si desea soportar una carga de 1MW (es decir, 1,000,000W), puede equilibrar la corriente y el voltaje de las siguientes maneras:
Debido a un efecto llamado calentamiento resistivo (también conocido como Joule Heating ), la cantidad de energía térmica emitida por un cable debido a la resistencia eléctrica del cable es proporcional al cuadrado de la corriente:
$$ Q \ propto I ^ 2 \ cdot R $$
Como tal, cada vez que dupliques la cantidad de corriente, multiplicas la energía térmica desperdiciada por un factor de cuatro. Cuanto más corriente necesite, mayor será la cantidad de energía térmica. Si quisiera ejecutar la infraestructura eléctrica de su país con 120 V en lugar de 120 kV, necesitaría 1000 veces la corriente y, por lo tanto, produciría 1,000,000 veces la energía térmica. Con la infraestructura que tenemos hoy, eso sería suficiente para derretir literalmente las líneas eléctricas . Intentar compensar esto simplemente no tiene ningún sentido.
El alto voltaje no tiene este problema. Aumentar el voltaje le permite disminuir la corriente a un nivel relativamente bajo, mientras mantiene la misma cantidad de energía (recuerde que P = IV), lo que reduce drásticamente sus pérdidas térmicas. Como tal, la forma más eficiente es proporcionar energía usando un voltaje muy alto y mantener la corriente muy baja.
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