7 12 Penghantaran Tenaga Elektrik Jarah Jauh

PELAJARAN 12 PENGHANTARAN TENAGA ELEKTRIK JARAK JAUH

melalui kabel jika kuasa yang dihantar pada voltan (a) 500 V (b) 20 kV Penyelesaian:

(a)Masalah Utama Masalah utama dalam penghantaran tenaga elektrik jarak jauh adalah masalah kehilangan kuasa melalui kabel penghantaran. Kehilangan kuasa adalah berubah secara langsung dengan rintangan kabel dan berkadar langsung dengan kuasa dua arus melalui kabel. ∆P

R dan

∆P

I2

Oleh itu kehilangan kuasa

Contoh 2 Kuasa elektrik sebanyak 80 MW dihantar dari sebuah stesen melalui kabel berintangan 5 pada voltan 80 kV.Tentukan (a) Kehilangan kuasa (b) Peratus kehilangan kuasa (c) Kecekapan penghantaran (d) Beza keupayaan merentasi kabel. Penyelesaian:

∆P = I2 R (b)Cara Mengatasinya Untuk mengurangkan kadar kehilangan kuasa ialah: (i) Gunakan kabel yang mempunyai rintangan yang rendah iaitu kabel yang tebal diperbuat daripada konduktor elektrik yang baik (Sebab ∆P R) (ii) Voltan yang tinggi dihantar supaya arus melalui kabel kecil (Sebab I = P V dan seterusnya kehilangan kuasa berkurangan (Sebab ∆P I2 ) Contoh 1 Sebuah stesen kuasa menghantar kuasa 40 kW melalui kabel yang mempunyai rintangan 8 . Berapakah kehilangan kuasa

(c) Model am sistem penghantaran tenaga elektrik jarak jauh

A.u.digunakan dalam penghantaran tenaga elektrik jarak jauh kerana a.u.boleh diubah voltannya dengan menggunakan transfomer. Transformer injak naik digunakan untuk meninggikan voltan sebelum

melalui kabel dan dengan arus yang akan melalui kabel menjadi kecil (Sebab I =P V dan seterusnya kehilangan kuasa melalui kabel menjadi lebih kecil (Sebab ∆P = I2R) Transformer injak turun digunakan sebelum tenaga sampai ke pengguna kerana voltan yang tinggi adalah merbahaya dan kebanyakan alat-alat elektrik menggunakan voltan rendah. Kabel-kabel elektrik yang menghantar tenaga elektrik pada voltan lampau tinggi disambung dalam satu rangkaian tertutup yang dipanggil sistem grid.Di antara kelebihan sistem grid ialah:-

(a) Kos penghasilan elektrik dikurangkan kerana penghantaran tenaga pada voltan tinggi mengurangkan kehilangan kuasa. (b) Pembekalan kuasa elektrik adalah berterusan apabila salah satu penjana rosak,penjana yang lain terus membekal tenaga elektrik kepada sistem grid. (c) Penjanaan tenaga elektrik boleh dikawal dengan mengawal bilangan penjana yang dihidupkan mengikut keperluan dan masa.

TUTORIAL 12 1

Hitungkan kehilangan kuasa dalam kabel yang mempunyai rintangan 0.2 apabila kuasa elektrik 20 kW dihantar menerusinya pada 10 kV. A C E

2

B D

0.6 W 0.8 W

Sebuah penjana menghasilkan voltan 20 kV. Jika jumlah rintangan kabel ialah 5 dan 100 kW kuasa dihantarkan ,berapakah tenaga yang hilang pada kabel itu? A C E

3

0.5 W 0.7 W 1.0 W

5W 125 W 1250 W

B D

25 W 625 W

Kuasa elektrik sebanyak 220 kW dihantar melalui kabel berintangan

50 pada voltan 11 kV.Berapa peratuskah kuasa yang hilang sebagai haba dalam kabel itu? A 0.5% 1.0% C 2.0% 9.0% E 10.0%

B D

4 Tenaga elektrik dihantarkan melalui suatu kabel pada voltan 10 kV pada kadar 20 kJ s-1. Jika purata rintangan dalam kabel itu ialah 1.0 km-1,berapakah kehilangan kuasa dalam kabel setiap kilometer? A C E 5

0.5 W 2.0 W 10.0 W

B D

1.0 W 4.0 W

7 Rajah menunjukkan rajah blok sistem penghantaran tenaga elektrik jarak jauh.Jenis transformer yang terdapat pada P dan Q adalah

A B C D 8

Kuasa elektrik sebanyak 25 MW dihantar melalui kabel yang berintangan 15 pada voltan 250 kV.Berapakah kuasa yang hilang dalam kabel sebagai haba? A 0.4% 0.6% C 1.0% E 15.0%

B D

12%

Kuasa elektrik sebanyak 10 MW dihantar melalui kabel berintangan 5 pada voltan 100 kV.Berapakah kecekapan kuasa penghantaran dalam kabel itu? A C E

99.5% 98.0% 96.5%

B D

99.0% 97.5%

Q Injak turun Injak naik Injak naik Injak turun

Kecekapan penghantaran kuasa elektrik melelui jarak jauh oleh kabel dapat dipertingkatkan dengan

A yang B yang C yang D yang 9

6

P Injak naik Injak turun Injak naik Injak turun

voltan yang rendah dan kabel tebal voltan yang rendah dan arus tinggi voltan yang tinggi dan kabel halus voltan yang tinggi dan kabel tebal

Mengapakah arus ulangalik dan bukan arus terus digunakan dalam penghantaran tenaga elektrik jarak jauh? A B C D

Hanya arus ulangalik boleh mengalir menerusi kabel Voltan arus ulangalik boleh diubah dengan transformer Kebanyakan alat elektrik hanya boleh berfungsi dengan arus ulang alik Penjanaan arus terus adalah lebih sukar daripada penjanaan arus ulang alik

10 Dalam penghantaran tenaga elektrik melelui kabel,tenaga yang hilang adalah berkadar langsung dengan A B C D

jejari kabel rintangan kabel arus melalui kabel arus melalui kabel

11 Antara berikut yang manakah sebab arus ulang alik digunakan dalam penghantaran tenaga elektrik jarak jauh? A B C

Tenaga elektrik hanya boleh dijanakan dalam bentuk arus ulangalik Kebanyakan alat elektrik hanya boleh beroperasi dengan arus ulang alik Voltan arus ulang alik boleh diubahkan dengan menggunakan transformer

(c) Hitungkan jumlah kuasa yang hilang dalam kabel.

(d) Berapakah beza keupayaan merentasi kabel PQ?

(e) Terangkan mengapa a.u. digunakan tetapi tidak a.t? …………………………………………… …… …………………………………………… …… …………………………………………… ……

12 Rajah menunjukkan bagaimana satu stesen kuasa membekalkan arus ulang alik kepada suatu alat elektrik yang memerlukan kuasa sebanyak 100 kW pada voltan 500 V.Dua kabel penghantar yang setiap satunya mempunyai rintangan 0.1 digunakan. (a) Apakah jenis transformer yang digunakan pada rajah? ………………………………………… …………… (b) Berapakah arus yang melalui kabel itu?

13 Rajah menunjukkan satu model talian kuasa yang menghantar kuasa elektrik dari sebuah stesen kuasa a.u. ke sebuah kampung.Bekalan kuasa dari stesen itu ialah 24W dan voltan merentasinya adalah 12V.Voltan merentasi sebiji mentol di kampung ialah 9V. (a) Apakah yang menyebabkan penurunan voltan dari stesen ke kampung?

………………………………………… ……… ………………………………………… ……… (b) Dua ammeter A1 dan A2 yang serupa disambungkan seperti rajah di atas. (i) Hitungkan bacaan ammeter A1. (ii) Apakah yang boleh dikatakan mengenai bacaan ammeter A2 berbanding dengan bacaan ammeter A1? …………………………………… …....... …………………………………… …….... (c) Hitungkan jumlah kehilangan kuasa semasa penghantaran dari stesen ke kampung.

(d) Seterusnya tentukan jumlah rintangan dalam talian kuasa itu.

14 (a) Dengan bantuan gambararajah terangkan bagaimana penghantaran tenaga elektrik jarak jauh dilakukan. (b) Nyatakan kepentingan diadakan sistem grid nasional dalam

penghantaran tenaga elektrik jarak jauh. (c) 660 kW kuasa dibekalkan pada voltan 33 kV ke suatu kilang melalui kabel yang mempunyai jumlah rintangannya 50 . Hitungkan (i) jumlah kuasa yang hilang dari kabel (ii) kecekapan penghantaran kuasa itu. (d) Terangkan peranan yang diambil oleh transformer bagi mengurangkan kehilangan kuasa dalam sistem penghantaran kuasa elektrik.