Fysik

Højspænding

05. november 2018 af Buster1989 - Niveau: 9. klasse
Hvordan forklarer man bedst, hvad højspænding er? ( Udover at der er en høj spænding)
Hvorfor er effekttabet mindre ved højspænding?
Hvilken rolle spiller transformere?

Brugbart svar (0)

Svar #1
05. november 2018 af mathon

 "Effekttabet er mindre ved lavstrøm" - men der er mere fynd over "højspænding".

  \small P_{tab}=R\cdot I^2\qquad \textup{\textit{R} er fast men \textit{I} kan reguleres ved transformation.}

                     \small I_s=\frac{N_p}{N_s}\cdot I_p                 

Uden transformation:
                                           \small P_{tab}=R\cdot {I_p}^2

Med transformation:
                                           \small P_{tab}=\left ( \frac{N_p}{N_s} \right )^2\cdot R\cdot {I_p}^2


Brugbart svar (1)

Svar #2
05. november 2018 af ringstedLC

\begin{align*} U{\sim } &>1000\;{VAC}\;er\;h\o jsp\ae nding \\ U{= } &>1500\;{VDC}\; er\;h\o jsp\ae nding\; (iflg.\;IEC) \\ \end{align*}

Højspænding bruges til at sende den elektriske effekt fra elværket, igennem forsyningsnetttet og ud til forbrugerne. Eller rettere næsten ud til forbrugerne, for spændingen hos forbrugeren er "kun" 230 VAC.

Generatoren på elværket laver 230 VAC, der transformeres op og ledes ud på nettet i flere 400 kV's kabler, der i stjerneform leverer effekten ud til et antal fjerntliggende hovedtransformatorer. Disse leverer effekten videre, igen i stjerneform, men nu ved en lavere spænding ud til endnu flere transformatorstationer, der ligger tættere på hovedtransformatoren. De yderste transformatorer i nettet har så en udgangsspænding på 230 VAC, der typisk forsyner fx en eller to villaveje.

Grunden til disse transformeringer, først op og derefter ned igen, er Ohm's lov. Effekt er produktet af strøm og spænding, men da det kun er strømmen, der giver tab i fosyningskablerne (se første formel i #1), er det ønskeligt at den så lille som muligt. Bemærk at formlen siger I2 ⇒ dobbelt strøm ⇒ 4 gg tab. Derfor bruger vi de meget store spændinger, når afstanden er stor.

Når du så ikke har 400 kV i stikkontakten, skyldes det kravet til isolation mellem de to (eller flere) kabler. En spændig på 1000 V danner en gnist i fri luft på ca. 1 mm. Hvis du står i nærheden af en 400 kV's mast i tæt tåge kan du høre strømmen gnistre mellem kablerne og fra kablerne og ind på selve stålstativet og ned i jorden. Det kræver altså god "plads" for at overføre effekten via højspænding.

Tabet i nettet er også afhængig af modstanden R, men fordi det er en fysisk egenskab ved det materiale, der anvendes, dets dimension og længde, er den værdi konstant. Kobber har en god elektrisk ledeevne og lang levetid, men da det er relativt dyrt, kan man ikke bare lave kablerne ekstra tykke for at mindske modstanden.

Sammenfatning: Stor afstand ⇒ stor modstand ⇒ stort tab. Løsning: Højere spænding, der hænger oppe i store master ⇒ lavere strøm (- for at bevare effekten.

Mindre afstand ⇒ mindre modstand ⇒ mindre tab. Løsning: Lavere spænding, der kan være i en stikkontakt ⇒ højere strøm (- for at bevare effekten).

For at ændre (transformere) spændingen bruges transformatorer. De kan uden energitilførsel omdanne en spænding til en anden fx:

\begin{align*} U_{ind}\rightarrow &\;U_{ud}\;,\; 2000\;V{\sim }\rightarrow 1000\;V{\sim} \\ P_{ind} = &\;P_{ud}\;(teoretisk)\Downarrow \\ P = &\;U_{ind}\cdot I_{ind}=U_{ud}\cdot I_{ud}\Downarrow \\ \frac{U_{ind}}{U_{ud}} =&\;\frac{I_{ud}}{I_{ind}} \\ \frac{U_{ind}}{U_{ud}} =&\;\frac{2000}{1000}=\frac{2}{1} \Rightarrow \;\frac{I_{ud}}{I_{ind}}=\;\frac{2}{1} \Rightarrow I_{ud}=2\cdot I_{ind} \end{align*}


Brugbart svar (1)

Svar #3
06. november 2018 af mathon

Det er vigtigt at forstå, at

nedbringelse af effekttabet kræver nedbringelse af strømstyrken.

                 \small \begin{array}{lrclrcl} \textup{Amp}\mathrm{\acute{e}}\textup{re-vindingstallet} \\ \textup{er bevaret:}&I_s\cdot N_s&=&I_p\cdot N_p\\\\ \textup{s\aa \ }&I_s&=&\frac{N_p}{N_s}\cdot I_p&&N_s>>N_p \end{array}

At ovenstående ikke er muligt uden samtidig at øge spændingen, som bliver højere (højspænding transformeligningen) er en anden sag:

                   \small \begin{array}{lrclrcl} \textup{transformerligningen:}&U_s\cdot I_s&=&U_p\cdot I_p \end{array}

Men førstegangs indigtsmæssigt hvad det mindsker effekttabet at højøge spændingen, er ikke direkte indlysende.


Skriv et svar til: Højspænding

Du skal være logget ind, for at skrive et svar til dette spørgsmål. Klik her for at logge ind.
Har du ikke en bruger på Studieportalen.dk? Klik her for at oprette en bruger.