Uwaga! Wysokie napięcie

Na liniach wysokiego napięcia i innych tego rodzaju urządzeniach spotykamy napis: „Uwaga! Wysokie napięcie”, niekiedy z trupią głową. Takie linie przebiegają w wielu miejscach naszego kraju. Znają je praktycznie wszyscy, gdyż weszły w skład naszego krajobrazu. Wielkie maszty stalowe ze wspornikami, do których podwieszone są izolatory dźwigające przewody, po których płynie prąd elektryczny wysokiego napięcia – tak wyglądają te linie.

Możemy się zastanowić dlaczego przesyłamy energię elektryczną pod wysokim napięciem? Aby to zrozumieć weźmy np. pod uwagę lokomotywę elektryczną. Musi ona pociągnąć ciężki wagon i to z określoną prędkością. Praca jaka jest potrzebna, aby ten pociąg „przeciągnąć” np. z Krakowa do Wrocławia, lokomotywa musi wykonać w ściśle określonym czasie, a do tego jest potrzebna ściśle określona moc jej silników. Gdyby silniki te nie miały odpowiedniej mocy, to pociąg wprawdzie dojechałby do miejsca przeznaczenia, ale z opóźnieniem.

Podobnie do oświetlenia miasta potrzebna jest moc równa mocy wszystkich zainstalowanych źródeł światła (oświetlenie mieszkań, ulic, biur itd.). Każde elektryczne urządzenie charakteryzuje się więc miedzy innymi parametrami również mocą, której dostarcza (np. prądnica) lub którą 1odbiera (np. silnik elektryczny). W pierwszym przypadku mamy do czynienia ze źródłem prądy, a w drugim z odbiornikiem.

Linie wysokiego napięcia rozprowadzają energię elektryczną po całym kraju. Linie elektryczne dostarczają odbiornikom niezbędnej im mocy, czyli umożliwiają im wykonanie określonej pracy w określonym czasie. Jak wiemy moc elektryczna jest iloczynem napięcia i natężenia prądu. Prąd elektryczny płynąc w przewodach nagrzewa je i na to zużywa część energii. Energia, którą przesyłamy przewodami, nie dociera więc w całości do odbiorników, część traci się po drodze. Traci się zaś dlatego, że ciepło „ulatnia się” z przewodów bez żadnego pożytku.

Wysokie napięcie to najtańszy i najskuteczniejszy sposób zmniejszenia strat przemysłowych. Wymaga on jednak wielu zabiegów. Linia wysokiego napięcia musi być odpowiednio izolowana. Pozostaje jeszcze jedna kwestia: w jaki sposób wytwarza się wysokie napięcie? Jest to możliwe dzięki temu, że elektrotechnika dysponuje pewnym doskonałym sposobem zamiany napięć niskich na wysokie i odwrotnie.

Za co płacimy elektrowni?

Gdyby zadać to pytanie przeciętnemu człowiekowi, zapewne usłyszelibyśmy odpowiedzi typu: za prąd elektryczny, za światło, za elektryczność itd. Jednak wszystkie te odpowiedzi są, jeśli nie całkiem błędne, to na pewno niedokładne. Jedno jest pewne. Elektrownia coś nam sprzedaje, a my za to „coś” płacimy.

Z rachunkiem z elektrowni jest tak, że płacimy za kilowatogodziny, bo to właśnie kilowatogodzina jest jednostką miary, w której oblicza się zużytą przez nas energię elektryczną. Postarajmy się zrozumieć czy tak naprawdę jest owa tajemnicza kilowatogodzina. Gdy w mieszkaniu zapalamy żarówkę elektryczną, to przez nią zaczyna płynąć prąd elektryczny. Zupełnie tak samo, jak wówczas, gdy odkręcimy kurek wodociągu i płynie z niego woda.

Wyobraźmy sobie strumień wody płynący kanałem, w którym woda spływa z pewnej wysokości i trafia u dołu na łopatki koła wodnego. Nietrudno się domyśleć, że praca tego koła będzie zależeć od ilości spadającej wody na łopatki koła w ciągu sekundy. Gdy strumień będzie dwa razy obfitszy, to otrzymana praca będzie dwa razy większa lub gdy wysokość, z której spada woda wzrośnie dwukrotnie otrzymamy dwa razy większą pracę. Praca takiego koła wodnego zależeć będzie również od czasu pracy tego koła. Zatem ostateczna formuła na wykonaną pracę głosi, że praca ta jest wprost proporcjonalna do wysokości spadku wody, ilości wody wpływającej na łopatki w ciągu sekundy i czasu trwania pracy.

Możemy teraz zastosować analogie pomiędzy przepływem wody, a przepływem prądu elektrycznego. Wysokość spadku wody jest miarą ciśnienia, a ciśnienie odpowiada napięciu elektrycznemu (wyrażonemu w woltach). Wielkość przepływu wody to, w naszym porównaniu, natężenie prądu (wyrażone w amperach). Czas trwania pracy pozostaje w obu przypadkach taki sam. podsumowując praca prądu elektrycznego jest wprost proporcjonalna do iloczynu napięcia, natężenia i czasu trwania pracy. Jednostką tej pracy jest watosekunda, która jest blisko spokrewniona z kilowatogodziną.

Jeżeli weźmiemy 1000 watów, to otrzymamy kilowat, jeżeli weźmiemy 3600 sekund, otrzymamy godzinę. Wynika stąd, że 3 600 000 watosekund równa się kilowatogodzinie (3 600 000 Ws = 1 kWh). I to jest ostateczna odpowiedź, co to jest kilowatogodzina, za którą płacimy elektrowni.