זרם חילופין

הולכת חשמל לצרכנים רחוקים

ידוע לכולנו שאת החשמל הנוצר בתחנת כוח מעבירים אל הצרכנים בעזרת כבלי חשמל. לעיתים כבלי החשמל הללו נישאים למרחקים עצומים. לכבלי החשמל יש התנגדות חשמלית מסוימת התלויה ביחס ישר גם באורכם, לפי המשוואה,

R = ρ L / A

מכאן שלכבלי החשמל הארוכים התנגדות חשמלית גבוהה מאוד!

רק כדי לסבר את האוזן נחשב מהי ההתנגדות החשמלית של כבל חשמל עשוי נחושת בקוטר של 2 ס"מ הנישא למרחק של 100 ק"מ,

R = 59.6∙10⁶ ∙ 100,000 / (0.01²π)
R = ~19∙10¹⁵ Ω

הולכת חשמל למרחקים גדולים

תיאורטית ניתן לפעול להקטנת ההתנגדות החשמלית על-ידי הגדלה של חתך הרוחב שלהם ואו על-ידי בחירה של חומר בעל מוליכות טובה יותר, אך שתי אפשרויות אלו ייקרו מאוד את הכבלים והן לכן אינן מעשיות.

מאחר והתנגדות הכבלים גבוהה מאוד, אז הרי שהזרמת זרם חשמלי גבוה דרכם יגרום להתפתחות הספק חשמלי גדול עליהם אשר יתבזבז בצורת חום. זאת לפי המשוואה,

P = I² R

מכאן שחלק ניכר מההספק החשמלי והאנרגיה החשמלית שתחנת הכוח יכולה לייצר יתבזבז רק על משימת העברתם אל הצרכנים.

כדי לפתור בעיה זו ניתן להשתמש בזוג שנאים. שנאי אחד ימוקם ביציאה מתחנת הכוח והוא ישמש להורדת הזרם החשמלי היוצא ממנה (תוך כדי העלאת המתח). השנאי השני ימוקם לפני חיבור הכבל החשמלי למבנה הצרכן וישמש להעלאת הזרם החשמלי (תוך כדי הורדת המתח).

למשל, לשם הדוגמא, אם בשנאי הנמצא ביציאה מתחנת הכוח מספר הליפופים בצד של החיבור לכבלי החשמל (צד 2) גדול פי אלף ממספר הליפופים שבצד של החיבור לתחנת הכוח (צד 1), אז נקבל שהזרם החשמלי שיזרום בכבלים יקטן פי אלף –

I₂ = I₁ n₁/n₂
I₂ = I₁ ∙ 1/1,000

אם הזרם בכבלים קטן פי אלף, אז הרי שההספק החשמלי המתפתח עליהם קטן פי אלף בריבוע (פי מיליון!).

בעזרת שיטה זו יזרום זרם חשמלי נמוך בכבלים עצמם, הנישאים למרחקים עצומים, המובילים את האנרגיה החשמלית מתחנת הכוח אל הצרכן. זרם חשמלי נמוך זה מוריד במידה משמעותית את ההספק החשמלי המתבזבז על הכבלים.

הורדת הזרם החשמלי הזורם בתילים המוליכים במקביל להעלאת המתח החשמלי על-ידי השנאי אפשרית רק עבור זרם חילופין ואינה אפשרית במקרה של זרם ישר. מסיבה זו, של יעילות העברה של זרם חילופין למרחקים, נעשה שימוש בזרם חילופין בקווי החשמל שבין תחנות החשמל לצרכנים. כך הובלת החשמל מתחנת כוח לצרכנים מרוחקים הופכת למעשית ולרווחית!

[לפרק הקודם | לפרק הבא]

[ עמוד ראשי - מגנטיות | חשמל ומגנטיות - זרם חילופין : מבוא | מנוע זרם ישר | הכאמ המושרה בלולאה מסתובבת | מחולל | אלקטרומגנט | שנאי | הולכת חשמל לצרכנים רחוקים | סיכום ]