ولتاژ بالا (High Voltage): دروازهی دنیای برق قدرتمند
ولتاژ چیست؟ از باتری تا پریز دیواری
برای درک ولتاژ بالا، ابتدا باید با مفهوم سادهی «ولتاژ» آشنا شویم. ولتاژ را میتوان به فشار الکتریکی تشبیه کرد. همانطور که فشار آب در یک شیلنگ، باعث جریان یافتن آب میشود، ولتاژ نیز نیروی محرکهای است که باعث جاری شدن بارهای الکتریکی (جریان الکتریکی) در یک سیم میگردد. واحد اندازهگیری ولتاژ ولت۳ است.
ولتاژ بالا معمولاً به مقادیری گفته میشود که از حد ولتاژهای معمول خانگی و صنعتی پایین (مثلاً ۱۰۰۰ ولت به بالا) بیشتر است. در مهندسی برق، این مقادیر به دستههای مختلفی تقسیم میشوند.
| دستهبندی | محدوده ولتاژ (ولت) | کاربردهای نمونه | وضعیت خطر |
|---|---|---|---|
| ولتاژ پایین (LV) | تا 1000 ولت | تأسیسات خانگی، روشنایی خیابان | خطر متوسط |
| ولتاژ متوسط (MV) | 1000 تا 33000 ولت | توزیع شهری، صنایع کوچک و متوسط | خطرناک |
| ولتاژ بالا (HV) | 33000 تا 230000 ولت | انتقال برق بین شهرها | بسیار خطرناک |
| ولتاژ فوقبالا (EHV) | بیش از 230000 ولت | انتقال برق در مسافتهای بسیار طولانی (بین کشورها) | فوقالعاده خطرناک |
چرا از ولتاژ بالا استفاده میکنیم؟ معجزهی انتقال انرژی
شاید این سؤال پیش بیاید که چرا با وجود خطرات زیاد، از ولتاژ بالا استفاده میکنیم؟ پاسخ در یک فرمول مهم فیزیک نهفته است: توان تلف شده در یک خط انتقال.
توان الکتریکی ($P$) از ضرب ولتاژ ($V$) در جریان ($I$) به دست میآید: $P = V \times I$.
حال فرض کنید میخواهیم مقدار ثابتی توان (مثلاً برق یک شهر) را از یک نیروگاه دورافتاده انتقال دهیم. از آنجا که $P = V \times I$ ثابت است، اگر ولتاژ را زیاد کنیم، جریان به نسبت معکوس کاهش مییابد. با کاهش جریان، مقدار $I^2$ بسیار کوچکتر شده و در نتیجه تلفات انرژی به صورت گرمای بیحاصل در طول خطوط انتقال به حداقل میرسد. به همین دلیل است که دکلهای بلند و خطوط قوی، برق را با ولتاژهای بسیار بالا (مثلاً ۴۰۰۰۰۰ ولت) در کشور جابهجا میکنند.
ولتاژ بالا در عمل: از جرقهی شمع تا تصویربرداری پزشکی
ولتاژ بالا فقط برای خطوط انتقال نیست. کاربردهای عملی و جالب آن در اطراف ما پراکنده است:
شبکهی برق سراسری: همانطور که توضیح دادیم، قلب سیستم انتقال انرژی است. ترانسفورماتورها در پستهای برق، ولتاژ را برای انتقال بالا میبرند و در نزدیکی شهرها دوباره برای مصرف پایین میآورند.
سیستم احتراق خودرو: در موتور بنزینی، کویل احتراق ولتاژ باتری (۱۲ ولت) را به هزاران ولت تبدیل میکند تا جرقهای قوی در شمع ایجاد کند و سوخت را مشتعل نماید.
لامپهای فلورسنت و نئون: برای یونیزه کردن گاز داخل لامپ و شروع تابش نور، به یک ولتاژ راهانداز بالا نیاز است.
تجهیزات پزشکی: دستگاههای پیشرفتهای مانند توموگرافی کامپیوتری (CT) و پرتو ایکس برای تولید پرتوهای نافذ، از ولتاژهای بسیار بالا در محدودهی دهها تا صدها کیلوولت استفاده میکنند.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاسخ: بله، ولتاژهای بالا (بالای ۱۰۰۰ ولت) همواره بالقوه مرگبار هستند. حتی نزدیک شدن به هادیهای برقدار با ولتاژ بالا، بدون تماس فیزیکی، ممکن است به دلیل قوس الکتریکی یا تخلیهی الکتریکی از طریق هوا، باعث برقگرفتگی شدید شود. احتیاط مطلق و رعایت فاصلهی ایمنی ضروری است.
پاسخ: خیر، معمولاً نمیشوند. زیرا برای برقراری جریان و برقگرفتگی، باید اختلاف پتانسیل بین دو نقطه از بدن پرنده وجود داشته باشد. وقتی پرنده فقط روی یک سیم مینشیند، بدنش همپتانسیل با آن سیم است و جریانی از آن نمیگذرد (مانند اینکه شما فقط یک پایهی باتری را لمس کنید). اما اگر پرنده همزمان با بال یا بدنش دو سیم با ولتاژهای مختلف یا سیم و دکل را لمس کند، دچار برقگرفتگی میشود.
پاسخ: آب خالص رسانای خوبی نیست، اما آب معمولی (حاوی نمک و ناخالصی) رسانای نسبتاً خوبی برای جریان الکتریسیته است. رطوبت بالا یا باران میتواند یک لایهی رسانا روی سطوح عایق تشکیل دهد و مسیر ناخواستهای برای عبور جریان به سمت بدن ایجاد کند. همچنین احتمال اتصال بدنهی وسایل برقی افزایش مییابد. بنابراین رعایت ایمنی در این شرایط حیاتی است.
پاورقی
۱ ایمنی (Safety): مجموعه اقدامات و شرایطی که برای جلوگیری از حوادث و صدمات رعایت میشود.
۲ ترانسفورماتور (Transformer): وسیلهای که با استفاده از القای الکترومغناطیسی، سطح ولتاژ جریان متناوب (AC) را افزایش یا کاهش میدهد.
۳ ولت (Volt): واحد SI برای اندازهگیری ولتاژ، اختلاف پتانسیل الکتریکی و نیروی محرکهی الکتریکی. به نام آلساندرو ولتا فیزیکدان ایتالیایی نامگذاری شده است.
۴ مقاومت (Resistance): خاصیت یک ماده در مقابل عبور جریان الکتریکی. واحد آن اهم (Ω) است.
۵ قوس الکتریکی (Electric Arc): تخلیهی الکتریکی پیوسته و با نور زیاد از طریق گازی که رسانا شده است (مانند رعد و برق کوچک).
