Miksi sähkönsiirrossa käytetään korkeaa jännitettä?
Sähkönsiirto tapahtuu korkeilla jännitteillä (esim. 20 000 V tai 400 000 V), koska se vähentää tehohäviöitä ja parantaa siirron tehokkuutta. Mutta miksi näin tapahtuu? Perustellaan asia sähköalan peruskaavoilla.
Sähköteho ja jännitteen merkitys
Sähköteho lasketaan kaavalla:
\[ P = U \cdot I \]missä:
- \( P \) on teho (watteina),
- \( U \) on jännite (voltteina),
- \( I \) on virta (ampeereina).
Tämä tarkoittaa, että sama teho voidaan siirtää joko korkealla jännitteellä ja pienellä virralla tai matalalla jännitteellä ja suurella virralla.
Johtimien resistanssi ja häviöt
Johtimilla on aina jonkin verran sähköistä vastusta \( R \), ja kun sähkövirta kulkee niiden läpi, syntyy häviöitä:
\[ P_h = R \cdot I^2 \]missä:
- \( P_h \) on häviöteho (watteina),
- \( R \) on johtimen resistanssi (ohmeina),
- \( I \) on virta (ampeereina).
Tästä nähdään tärkeä asia: häviöt kasvavat virran neliössä. Jos virta kaksinkertaistuu, häviöt nelinkertaistuvat!
Korkea jännite vähentää häviöitä
Koska teho on vakio (\( P = U \cdot I \)), voidaan vähentää virran määrää nostamalla jännitettä. Pienempi virta tarkoittaa myös pienempiä häviöitä, koska häviöt riippuvat virran neliöstä.
Esimerkki:
- Jos sähkö siirretään 230 V jännitteellä, tarvitaan 4348 A virta, jotta voidaan siirtää 1 MW tehoa.
- Jos jännite nostetaan 400 kV:iin, tarvitaan vain 2,5 A virta saman tehon siirtämiseen.
Pienempi virta vähentää merkittävästi johtimien kuumenemista ja häviöitä, mikä tekee sähkönsiirrosta paljon tehokkaampaa.
Johtojen paksuus ja kustannukset
Suuri virta vaatisi erittäin paksut kaapelit, mikä olisi kallista ja epäkäytännöllistä. Korkea jännite mahdollistaa ohuempien ja kevyempien johtojen käytön, mikä vähentää kustannuksia ja helpottaa kaapelointia.
Miksi kotitalouksissa käytetään 230 V?
Vaikka korkea jännite on tehokas sähkönsiirrossa, se on myös vaarallinen. Kotitalouksissa käytetään 230 V, koska:
- Se on turvallisempi kuin korkea jännite.
- Se sopii hyvin kotitalouslaitteille.
- Jännite muunnetaan muuntajilla ennen jakelua.
Yhteenveto
- Korkeampi jännite mahdollistaa pienemmän virran, mikä vähentää siirtohäviöitä.
- Pienempi virta tarkoittaa ohuempia ja edullisempia kaapeleita.
- Pitkän matkan sähkönsiirto olisi mahdotonta matalalla jännitteellä suurten häviöiden vuoksi.
- Kotitalouksiin jännite muunnetaan turvalliselle tasolle ennen käyttöä.
Tästä syystä sähkö siirretään korkeilla jännitteillä ja muunnetaan matalajännitteiseksi vasta loppukäyttäjille.
Vastaa