สายส่งไฟฟ้าคืออะไร?
ทำไมโรงไฟฟ้าถึงอยู่ไกลมาก?
การผลิตไฟฟ้าเป็นงานใหญ่มาก! การสร้างและเดินเครื่องโรงไฟฟ้าต้องใช้งบประมาณมหาศาล ยิ่งไปกว่านั้น โรงไฟฟ้าหลายแห่งยังต้องการบ่อน้ำขนาดใหญ่เพื่อระบายความร้อน และพูดตรงๆ ก็คือ คนส่วนใหญ่ไม่ได้ต้องการโรงงานอุตสาหกรรมขนาดยักษ์อยู่ติดกัน! ดังนั้น โรงงานเหล่านี้จึงมักสร้างขึ้นในพื้นที่ชนบทซึ่งมีที่ดินราคาถูกกว่าและมีพื้นที่มากกว่า
นั่นหมายความว่าเราต้องใช้พลังงานไฟฟ้าจำนวนมากเดินทางเป็นระยะทางไกลจากแหล่งผลิตไปยังจุดที่เราใช้งาน สายไฟคือคำตอบที่ชัดเจน แต่การร้อยสายไฟเพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอหากเราต้องการให้มีประสิทธิภาพ
ปัญหาใหญ่: พลังงานที่สูญเปล่า!
แม้แต่สายไฟคุณภาพดีอย่างที่ทำจากทองแดงหรืออะลูมิเนียม ก็ยังต้านทานกระแสไฟฟ้าได้เล็กน้อย คุณจะเห็นสิ่งนี้ได้ที่บ้าน:
- เสียบไดร์เป่าผมเข้ากับเต้าเสียบโดยตรงแล้วใช้งานได้ดีเลย
- เสียบเข้ากับสายไฟต่อพ่วงที่ยาวและบางมาก อาจใช้งานไม่ได้ดีเท่าที่ควร หรือสายไฟอาจร้อนได้!
ความอบอุ่นนั้นหมายความว่าพลังงานกำลังสูญเสียไปในรูปของความร้อนเนื่องจากความต้านทานของสายไฟ บริษัทไฟฟ้าจะได้รับเงินเฉพาะค่าไฟฟ้าที่เข้าถึงมิเตอร์ของคุณเท่านั้น ไม่ใช่ค่าพลังงานที่สูญเสียไประหว่างทาง ดังนั้น พวกเขาจึงต้องการหลีกเลี่ยงการสิ้นเปลืองพลังงานอย่างแท้จริง!
โซลูชั่นสุดอัจฉริยะ: แรงดันไฟฟ้าสูง!
นี่คือเคล็ดลับสุดฉลาด: ปริมาณพลังงานที่สูญเสียไปในรูปของความร้อนนั้นขึ้นอยู่กับปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน (เราเรียกว่า "กระแสไฟฟ้า") และความต้านทานของสายไฟ อันที่จริง หากคุณลดกระแสไฟฟ้าลงครึ่งหนึ่ง คุณจะสูญเสียพลังงานในรูปของความร้อน น้อยลงถึงสี่เท่า ! ต่างกันมากทีเดียว!
แล้วเราจะลดกระแสไฟฟ้าลงได้อย่างไร แต่ยังคงส่งพลังงานเท่าเดิม? เราเพิ่ม แรงดันไฟฟ้า ! ลองนึกถึงแรงดันไฟฟ้าว่าเป็น “แรงผลัก” หรือ “แรงดัน” ของกระแสไฟฟ้า ถ้าคุณมี “แรงผลัก” มาก คุณก็ไม่จำเป็นต้องใช้ “กระแส” (กระแส) มากเท่าเดิมเพื่อให้ทำงานได้เท่าเดิม
ในโรงไฟฟ้า อุปกรณ์พิเศษที่เรียกว่า หม้อแปลงไฟฟ้า จะช่วยเพิ่มแรงดันไฟฟ้าขึ้นอย่างมาก บางครั้งถึงหลายแสนโวลต์! วิธีนี้ช่วยลดกระแสไฟฟ้าในสายส่ง ซึ่งช่วยลดการสูญเสียพลังงานลงอย่างมาก ทำให้มั่นใจได้ว่าไฟฟ้าจะไปถึงบ้านเรือนของเรามากที่สุด
แม้แต่การสาธิตก็ยังทำได้! หากลองนำสายไฟเส้นเล็กมาใช้กับไดร์เป่าผม สายไฟเส้นเล็กจะละลายเพราะกระแสไฟฟ้าไหลผ่านมากเกินไป ทำให้เกิดความร้อนสูงเกินไป แต่หากใช้หม้อแปลงเพิ่มแรงดันไฟฟ้าก่อนสายไฟเส้นเล็ก แล้วใช้หม้อแปลงอีกตัวเพื่อลดแรงดันไฟฟ้าลง ไดร์เป่าผมก็จะทำงานได้อย่างสมบูรณ์แบบ! สายไฟเส้นเล็กสามารถรับกระแสไฟฟ้าได้เพราะกระแสไฟฟ้าต่ำกว่ามาก
การอยู่ให้ปลอดภัย: การควบคุมแรงดันไฟฟ้าสูง
แต่เดี๋ยวก่อน มีข้อควรระวัง! ไฟฟ้าแรงสูงนั้นอันตรายมาก หมายความว่าไฟฟ้าสามารถเคลื่อนที่ได้จริง ๆ และอาจกระโดดทะลุสิ่งของที่เรามักคิดว่าไม่นำไฟฟ้า เช่น อากาศ!
วิศวกรจะต้องระมัดระวังเป็นพิเศษเมื่อออกแบบเส้นเหล่านี้:
- เสาส่งไฟฟ้าสูง: เสาส่งไฟฟ้ามีความสูงมากเพื่อป้องกันไม่ให้ผู้ที่อยู่บนพื้นเข้าใกล้สายไฟมากเกินไปโดยไม่ได้ตั้งใจ และอาจทำให้เกิดไฟฟ้ากระโดดได้
- ช่องว่างอากาศ: สายไฟฟ้าระยะไกลส่วนใหญ่ไม่มีฉนวนหนาๆ ล้อมรอบ แต่จะใช้อากาศเป็นฉนวนแทน โดยเพียงแค่เว้นระยะห่างระหว่างสายไฟฟ้าเท่านั้น
- ฉนวน: ตัวนำไฟฟ้าเชื่อมต่อกับเสาไฟฟ้าโดยใช้แผ่นเซรามิกที่พันกันเป็นเส้นยาว แผ่นเซรามิกเหล่านี้เปรียบเสมือนกำแพงกั้นที่แข็งแกร่งเป็นพิเศษ คอยกั้นสายไฟที่มีกระแสไฟฟ้าให้ห่างจากเสาไฟฟ้าโลหะที่ต่อสายดิน หากเปียกน้ำ กระแสไฟฟ้าจะต้องเดินทางเป็นระยะทางที่ยาวและคดเคี้ยวกว่าปกติเพื่อหนีออกไป ซึ่งทำให้ยากขึ้น (เกร็ดความรู้: คุณสามารถประมาณค่าแรงดันของสายไฟฟ้าคร่าวๆ ได้โดยการนับแผ่นเซรามิกบนฉนวน! เพียงแค่คูณจำนวนแผ่นเซรามิกด้วย 15 ดังนั้น หากคุณเห็นแผ่นเซรามิก 9 แผ่น นั่นอาจเป็นสายไฟขนาด 138 กิโลโวลต์!)
- สายป้องกัน: คุณมักจะเห็นสายไฟขนาดเล็กวางเรียงกันตามยอดเสาไฟฟ้า สายไฟเหล่านี้ไม่ได้ส่งกระแสไฟฟ้า แต่มีไว้เพื่อป้องกันสายไฟหลักจากฟ้าผ่า!
มากกว่าแค่สายไฟ: ความท้าทายในการออกแบบ
ไม่ใช่ แค่เรื่องการส่งไฟฟ้าไปที่นั่นเท่านั้น แต่ยังเกี่ยวกับการให้แน่ใจว่าสายไฟอยู่ที่นั่นและไม่ก่อให้เกิดปัญหาอีกด้วย!
- ความแข็งแกร่งเทียบกับความต้านทาน: วิศวกรต้องเลือกวัสดุที่มีความแข็งแรงเพียงพอที่จะยืดได้หลายไมล์แต่ยังนำไฟฟ้าได้ดีมากอีกด้วย
- ความร้อนและการหย่อน: เมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านมาก สายไฟอาจร้อนจัดและหย่อนลงมากขึ้น ซึ่งอาจเป็นปัญหาได้หากสายไฟอยู่ใกล้ต้นไม้มากเกินไป!
- ลม: ลมสามารถทำให้สายไฟสั่นไหวและสั่นคลอน ซึ่งอาจทำให้สายไฟเสียหายได้ในระยะยาว คุณอาจเห็นตุ้มถ่วงเล็กๆ ที่เรียกว่า "stockbridge damper" อยู่บนสายไฟ ซึ่งจะช่วยหยุดการสั่นไหว!
- สนามแม่เหล็ก: สายส่งไฟฟ้าแรงสูงสร้างสนามแม่เหล็กที่มองไม่เห็น ซึ่งบางครั้งอาจทำให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านวัตถุโลหะที่อยู่ใกล้เคียง เช่น รั้ว หรือแม้แต่ทำให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เสียหายได้ วิศวกรออกแบบเสาไฟฟ้าเหล่านี้เพื่อให้สนามแม่เหล็กเหล่านี้อยู่ต่ำในจุดที่ผู้คนอาจอยู่
- เสียงรบกวน: บางครั้งสายเหล่านี้อาจส่งเสียงดังได้ ดังนั้นวิศวกรจึงต้องคำนึงถึงเรื่องนี้ด้วย!
อนาคตแห่งพลัง
วิธีการผลิตไฟฟ้าของเราเปลี่ยนแปลงอยู่เสมอ ผู้คนจำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ กำลังติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์บนบ้านเรือนของตนเอง ผลิตไฟฟ้าใช้เองบางส่วน และอาจส่งกลับเข้าสู่ระบบไฟฟ้าเพิ่มเติม! ซึ่งหมายความว่าต้องใช้ไฟฟ้าน้อยลงในการขนส่งบนสายส่งไฟฟ้าขนาดใหญ่และยาวเหล่านั้น
ในทางกลับกัน ปัจจุบันมีการซื้อขายไฟฟ้ากันในระยะทางไกลมาก ดังนั้น “ทางด่วนไฟฟ้า” เหล่านี้จึงยังคงมีความสำคัญอย่างยิ่ง
คราวหน้าที่คุณเห็นเสาไฟฟ้าขนาดยักษ์เหล่านั้นทอดยาวไปทั่วผืนแผ่นดิน โปรดจำไว้ว่าพวกมันไม่ใช่แค่สายไฟธรรมดาๆ แต่มันเป็นตัวอย่างอันน่าทึ่งของวิศวกรรมอันชาญฉลาด ที่ทำให้เราทุกคนมีพลังงานที่จำเป็น!
