物理基礎

発電所から交流の電気を送り出す時、電圧を大きくすることによって、送電線で発生するジュール熱を小さく抑えられるのはなぜですか？

No.1 ベストアンサー 回答者： 佐藤俊夫 回答日時： 2023/08/16 11:44

電圧を上げることによって、送電線で発生するジュール熱を小さく抑えることができるのは、オームの法則に基づく電力損失の関係に起因しています。

オームの法則によれば、電力損失（ジュール熱）は、電流の2乗に比例することがわかっています。すなわち、以下の関係が成り立ちます。

電力損失 = 抵抗 × 電流の2乗

送電線の抵抗は一定なため、電力損失を減少させるためには電流の2乗を小さくする必要があります。そして、電流は電圧に対して逆に比例するため、電圧を上げることによって電流を小さくすることができます。具体的な数式で表すと、次のようになります。

電流 = 電圧 / 抵抗

この式からも分かるように、電圧を上げることで電流が下がり、それに伴って電力損失も減少します。したがって、発電所から送電する際に電圧を高めることで、送電線でのエネルギー損失を最小限に抑えることができるのです。

No.4 回答者： isoworld 回答日時： 2023/08/16 17:37

同じ量の電気エネルギーを送電するとき、電圧を高くして送ると、流れる電流はそれに逆比例して減ります。

送電線の送電損失（ジュール熱などになってしまう）は電流の２乗で効いてきますから、送電電圧を２倍に高めると送電損失は1/4になります。

No.3 回答者： angkor_h 回答日時： 2023/08/16 12:20

ジュール熱と言うのは、送電線の抵抗分Rと送電線電流Iによって生じる

電力損失PL=I*I*Rの事を言います。
送電線で送られる電力Pは、電圧Vにより、P=V*Iになります。
つまり、送る電力が同じPならば、Vを大きくするとIが小さくて済み、
先のPLも小さくなるのです。
その他、送電線による電圧降下VL=I*Rも小さくできる利点があります。

No.2 回答者： yhr2 回答日時： 2023/08/16 12:13

同じ電力を伝送するのに、

　電力 = 電圧 × 電流
ですから、電圧を大きくすれば「電流」を小さくできます。

発電した電力
　W0 = V0 × I0　　　①
を電力の需要家に伝送するとします。
電流自体は途中で消滅したり湧き出したりはしませんから、需要家には「電圧低下」して届きます。つまり
　W1 = V1 × I0　　　②

オームの法則から、送電線の抵抗を R とすると、電圧低下は
　V0 - V1 = R･I0
となります。
これを変形して
　V１ ＝V0 - R･I0
として②に代入すれば
　W1 = V0 × I0 - R･I0^2　　　③

③は、つまり「需要家に届く電力は、発電した電力①から R･I0^2 だけマイナスしたもの」になるということです。
この「ロス R･I0^2」がジュール熱になるわけですから、電流が小さいほどロスが少なくて済みます。

つまり、伝送する電圧を高くして電流を小さくするほど、ロスとなるジュール熱は小さくて済みます。