Wie wird der Strom gesenkt, wenn die Spannung bei der Wechselstromübertragung erhöht wird?

120Die Idee ist, dass mit den unterschiedlichen Spannungen eine andere Last verwendet wird. Als einfaches Beispiel:

• bei 120 V: Eine Glühbirne mit 120 V/120 W hat 120 Ohm (im heißen Zustand) und verbraucht 1 Ampere.
• bei 240 V: Eine 240-V-/120-W-Glühbirne hat 480 Ohm (im heißen Zustand) und zieht 1/2 Ampere.

In beiden Fällen beträgt die Last 120 Watt, aber durch Verdoppeln der Spannung kommen wir mit 1/2 des Stroms davon, was kleinere Drähte ermöglicht.

In ähnlicher Weise könnten wir mit 240 V 1/2 A beginnen, das in einen 2: 1-Transformator stecken und 120 V 1 A für die 120 V-Glühbirne herausholen. Für den 240-V-Teil der Übertragung können wir die Kabelgröße aufgrund des geringeren Stroms reduzieren. Skalieren Sie dies jetzt auf 10-kV-Übertragungsleitungen, die in die 120-V-/240-V-Wohnverkabelung gehen.

Die Wechselspannung wird mit Transformatoren hoch- oder heruntertransformiert, und Transformatoren leiten Leistung (Spannung mal Strom), nicht Spannung oder Strom weiter.

Wenn ich eine 1200-Watt-120-Volt-Heizung habe, zieht sie 10 Ampere. Wenn die lokale Versorgungsspannung des Energieversorgungsunternehmens 12.000 Volt beträgt, verwenden sie einen 100:1-Abwärtstransformator, um 120 Volt an mich zu liefern. Dieser Transformator wird den 10-A-Strom, den ich benötige, um einen Faktor von 100: 1 heruntersetzen, sodass auf seiner Seite des Transformators nur 0,1 A vorhanden sind und 0,1 A mal 12.000 Volt immer noch 1200 Watt sind. (Echte Transformatoren sind nicht zu 100 % effizient, daher muss der Energieversorger möglicherweise tatsächlich 1250 Watt liefern, anstatt der 1200 Watt, die ein perfekter Transformator benötigen würde.)

Leistung ist das Produkt aus Spannung und Strom:

$P = IE$

Verdoppeln Sie die Spannung und den halben Strom, und die Leistung bleibt gleich. Oder verdoppeln Sie den Strom und die halbe Spannung. Wir können Spannung gegen Strom oder Strom gegen Spannung tauschen und nicht gegen das Energieerhaltungsgesetz verstoßen, weil die Leistung so lange gleich bleibt wie das Produkt$IE$bleibt konstant.

Es könnte intuitiver sein, wenn Sie an mechanische Kraft denken, anstatt an elektrische Kraft. Leistung ist auch das Produkt aus Kraft und Geschwindigkeit:

$P = Fv$

Sie können etwas Schweres mit einem Hebel heben, aber Sie müssen den Hebel schneller bewegen, wenn Sie die gleiche Menge an Heben in der gleichen Zeit erreichen möchten. Oder Sie können mit einem Hebel etwas weit bewegen, müssen aber stärker drücken.

Das Ohmsche Gesetz wird nicht verletzt, weil ein Transformator auch die Impedanz transformiert, wie ein Hebel das scheinbare Gewicht von etwas transformieren kann. Die im AC-Verteilungssystem verwendeten Transformatoren sind elektrische Hebel mit einem Nettoeffekt wie dem folgenden:

Indem wir das Windungsverhältnis der Transformatoren zwischen dem Kraftwerk und der elektrischen Last anpassen, können wir den Drehpunkt dieses Hebels in beide Richtungen bewegen. Isolierung ist billiger als Leiter, daher platzieren wir den Drehpunkt in der Nähe des Kraftwerks, um die Kosten zu minimieren.