เหตุใดระบบส่งกำลังจึงสร้างการสูญเสีย?

การส่งกำลังทำให้เกิดการสูญเสียเนื่องจากปัจจัยทางกายภาพและทางปฏิบัติที่หลากหลาย ซึ่งส่งผลให้พลังงานกระจายไปในรูปของความร้อนและความไร้ประสิทธิภาพอื่นๆ การสูญเสียเหล่านี้เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการส่งพลังงานไฟฟ้าในระยะทางไกลจากโรงไฟฟ้าไปยังผู้บริโภค สาเหตุหลักที่ทำให้สูญเสียการส่งกำลัง ได้แก่:

ความต้านทานของสายส่ง:สายส่งซึ่งใช้ในการส่งกระแสไฟฟ้าในระยะทางไกล มีความต้านทานต่อการไหลของกระแสโดยธรรมชาติ ความต้านทานนี้ทำให้พลังงานไฟฟ้าบางส่วนถูกแปลงเป็นความร้อนตามกฎของโอห์ม (V=I * R) เมื่อกระแสไหลผ่านสายส่ง พลังงานส่วนหนึ่งจะสูญเสียไปเป็นความร้อนเนื่องจากความต้านทานของตัวนำ

เครื่องทำความร้อนจูล:เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวนำที่มีความต้านทาน จะทำให้เกิดความร้อนแบบจูล นี่คือปรากฏการณ์ที่พลังงานถูกแปลงเป็นความร้อนเนื่องจากความต้านทานของวัสดุ ยิ่งกระแสไฟฟ้าสูง ความร้อนก็จะยิ่งมากขึ้น ส่งผลให้สูญเสียมากขึ้น

ผลกระทบต่อผิวหนัง:ที่ความถี่สูงหรือด้วยไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) การกระจายของกระแสภายในตัวนำมีแนวโน้มที่จะมีสมาธิไปที่พื้นผิวมากขึ้น สิ่งนี้เรียกว่าเอฟเฟกต์ผิวหนัง เนื่องจากส่วนนอกของตัวนำมีพื้นที่หน้าตัดน้อยกว่า ความต้านทานจึงเพิ่มขึ้น ส่งผลให้สูญเสียพลังงานมากขึ้น

ปฏิกิริยาแบบเหนี่ยวนำและแบบ Capacitive:สายส่งยังมีรีแอคแทนซ์แบบเหนี่ยวนำและแบบคาปาซิทีฟซึ่งเป็นคุณสมบัติที่ส่งผลต่อการไหลของกระแสสลับ รีแอคแทนซ์เหล่านี้ทำให้เกิดความแตกต่างของเฟสระหว่างกระแสและแรงดันไฟฟ้า ส่งผลให้พลังงานส่วนหนึ่งแกว่งไปมาโดยไม่ได้รับการถ่ายทอดอย่างมีประสิทธิภาพ

การปลดปล่อยโคโรนา:ที่แรงดันไฟฟ้าสูง อาจมีปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการปล่อยโคโรนา ซึ่งอากาศรอบๆ สายส่งเกิดการแตกตัวเป็นไอออนเนื่องจากสนามไฟฟ้า สิ่งนี้สามารถนำไปสู่การสูญเสียพลังงานในรูปของแสงและความร้อน รวมถึงการรบกวนทางวิทยุ

การสูญเสียของหม้อแปลง:หม้อแปลงไฟฟ้าใช้ในการเพิ่มหรือลดแรงดันไฟฟ้าเพื่อการส่งและการกระจายที่มีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม หม้อแปลงยังประสบกับความสูญเสียเนื่องจากความต้านทานในขดลวดและแกนกลาง การสูญเสียเหล่านี้เรียกว่าการสูญเสียทองแดง (การสูญเสีย I²R) และการสูญเสียธาตุเหล็ก (การสูญเสียฮิสเทรีซิสและการสูญเสียกระแสหมุนวน)

การไหลของพลังงานปฏิกิริยา:พลังงานปฏิกิริยาเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการรักษาระดับแรงดันไฟฟ้าในระบบไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม การส่งพลังงานปฏิกิริยายังทำให้เกิดการสูญเสียเพิ่มเติมอีกด้วย

ไม่ตรงกันระหว่างรุ่นและการบริโภค:การผลิตและการใช้พลังงานไม่สมดุลเสมอไป การส่งพลังงานในระยะทางไกลอาจทำให้เกิดการสูญเสียได้หากกำลังไฟฟ้าที่ผลิตได้เกินความต้องการหรือหากความต้องการสูงกว่ากำลังไฟฟ้าที่ผลิตได้

แรงดันไฟฟ้าตก:การส่งกำลังในระยะทางไกลอาจส่งผลให้แรงดันไฟฟ้าตกตามแนวสายส่ง ซึ่งอาจต้องใช้แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นที่จุดสิ้นสุดของการผลิตเพื่อชดเชย สิ่งนี้สามารถนำไปสู่การสูญเสียที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากสนามไฟฟ้าที่สูงขึ้นและการสูญเสียโคโรนา

มีการพยายามลดการสูญเสียเหล่านี้ให้เหลือน้อยที่สุดด้วยวิธีการต่างๆ เช่น การใช้วัสดุที่มีความนำไฟฟ้าสูง การเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบสายส่ง การใช้หม้อแปลงที่มีประสิทธิภาพ และการใช้เทคโนโลยี เช่น การส่งผ่านกระแสไฟฟ้าแรงสูงโดยตรง (HVDC) ที่สามารถลดการสูญเสียบางประเภทได้ อย่างไรก็ตาม การสูญเสียในระดับหนึ่งเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้เนื่องจากหลักการพื้นฐานของการนำไฟฟ้าและการถ่ายโอนพลังงาน