Kraftöverföring genererar förluster på grund av en mängd olika fysiska och praktiska faktorer som leder till att energi försvinner i form av värme och annan ineffektivitet. Dessa förluster uppstår under processen att överföra elektrisk kraft över långa avstånd från kraftverk till konsumenter. De främsta orsakerna till kraftöverföringsförluster inkluderar:
Motstånd hos transmissionsledningar:Transmissionsledningar, som används för att transportera elektricitet över långa avstånd, har inneboende motstånd mot strömflödet. Detta motstånd gör att en del av den elektriska energin omvandlas till värme, i enlighet med Ohms lag (V=I * R). När strömmen flyter genom transmissionsledningarna går en del av energin förlorad som värme på grund av ledarnas motstånd.
Joule uppvärmning:När elektrisk ström flyter genom en ledare med motstånd orsakar det Joule-uppvärmning. Detta är fenomenet där energi omvandlas till värme på grund av materialets motstånd. Ju högre strömmen är, desto mer värme genereras, vilket leder till högre förluster.
Hudeffekt:Vid höga frekvenser eller med växelström (AC) tenderar fördelningen av ström inom en ledare att koncentreras mer mot ytan. Detta är känt som hudeffekten. Eftersom den yttre delen av ledaren har mindre tvärsnittsarea ökar motståndet, vilket resulterar i högre energiförluster.
Induktiv och kapacitiv reaktans:Transmissionsledningar har också induktiv och kapacitiv reaktans, vilket är egenskaper som påverkar växelströmsflödet. Dessa reaktanser leder till en fasskillnad mellan ström och spänning, vilket gör att en del av energin svänger fram och tillbaka utan att effektivt överföras.
Corona urladdning:Vid höga spänningar kan det finnas ett fenomen som kallas koronaurladdning, där luften som omger transmissionsledningarna joniseras på grund av det elektriska fältet. Detta kan leda till energiförlust i form av ljus och värme, samt radiostörningar.
Transformatorförluster:Transformatorer används för att öka eller sänka spänningen för effektiv överföring och distribution. Transformatorer upplever dock också förluster på grund av motstånd i deras lindningar och kärna. Dessa förluster är kända som kopparförluster (I²R-förluster) och järnförluster (hysteres- och virvelströmsförluster).
Reaktivt effektflöde:Reaktiv effekt är nödvändig för att upprätthålla spänningsnivåerna i kraftsystemet. Men överföringen av reaktiv effekt leder också till ytterligare förluster.
Missmatch mellan generation och förbrukning:Kraftproduktion och förbrukning är inte alltid balanserade. Att överföra kraft över långa avstånd kan leda till förluster om den genererade effekten överstiger efterfrågan eller om efterfrågan är högre än den genererade effekten.
Spänningsfall:Kraftöverföring över långa avstånd kan resultera i spänningsfall längs överföringsledningarna, vilket kan kräva högre spänningar vid generationens slut för att kompensera. Detta kan leda till ökade förluster på grund av högre elektriska fält och koronaförluster.
Ansträngningar görs för att minimera dessa förluster på olika sätt, såsom att använda material med hög ledningsförmåga, optimera transmissionsledningskonstruktioner, använda effektiva transformatorer och implementera tekniker som överföring av högspänningslikström (HVDC) som kan minska vissa typer av förluster. En viss nivå av förlust är dock oundviklig på grund av de grundläggande principerna för elektrisk ledning och energiöverföring.
