การส่งกำลังไฟฟ้า

การส่งกำลังไฟฟ้าคือการเคลื่อนย้ายพลังงานไฟฟ้า จำนวนมาก จาก แหล่ง กำเนิดเช่นโรงไฟฟ้าไปยังสถานีไฟฟ้าย่อย ตัวนำยาวที่ใช้เพื่ออำนวยความสะดวกในการเคลื่อนย้ายดังกล่าวเรียกว่าสายส่ง สายส่งที่เชื่อมต่อกันก่อให้เกิดเครือข่ายส่งกำลังในอุตสาหกรรมพลังงาน การส่งกำลังไฟฟ้าแตกต่างจากการเดินสายในท้องถิ่นระหว่างสถานีไฟฟ้าย่อยแรงดันสูงและลูกค้า ซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่าการจำหน่ายพลังงานไฟฟ้าแม้ว่าการจำหน่ายพลังงานจะเป็นประเภทหนึ่งของการส่งกำลังไฟฟ้าในภาษาพูดทั่วไปก็ตาม เครือข่ายการส่งและการจำหน่ายรวมกันเป็นส่วนหนึ่งของ การ ^ส่งไฟฟ้าซึ่งเรียกว่าโครงข่ายไฟฟ้า^{[ 2} ]

สายส่งไฟฟ้าส่งผ่านได้ทั้งกระแสสลับ (AC) หรือกระแสตรง (DC) เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการส่งกระแสไฟฟ้าในระยะทางไกล มักจะเพิ่ม แรงดันไฟฟ้าสำหรับการส่ง แล้วลดแรงดันไฟฟ้าลงสำหรับการจ่ายไฟในพื้นที่ เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นจะสอดคล้องกับกระแสไฟฟ้า ที่ต่ำลง และการสูญเสียที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าก็จะน้อยลง ระดับแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับมักจะถูกปรับเปลี่ยนโดยใช้หม้อแปลงไฟฟ้า

ระบบโครงข่ายไฟฟ้าแบบซิงโครนัสในพื้นที่กว้างซึ่ง ในอเมริกาเหนือ เรียกว่าระบบเชื่อมต่อ (interconnection ) จะเชื่อมต่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่จ่ายกระแสไฟฟ้าสลับ (AC) ที่มี ความถี่สัมพัทธ์เดียวกันไปยังผู้บริโภคจำนวนมากโดยตรง อเมริกาเหนือมีระบบเชื่อมต่อหลักสี่ระบบ ได้แก่ระบบตะวันตกระบบตะวันออกระบบควิเบกและระบบเท็กซัสส่วนยุโรป ภาคพื้นทวีปส่วนใหญ่ มีเพียงระบบเดียวที่เชื่อมต่อโครงข่ายเดียว

ในอดีต สายส่งและสายจำหน่ายมักเป็นของบริษัทเดียวกัน แต่ตั้งแต่ทศวรรษ 1990 เป็นต้นมา หลายประเทศได้เปิดเสรีการกำกับดูแลตลาดไฟฟ้าในลักษณะที่นำไปสู่การแยกบริษัทที่ดำเนินการส่งและจำหน่าย^{[ 3 ]}

สายส่งไฟฟ้าส่วนใหญ่ในอเมริกาเหนือเป็นไฟฟ้า กระแสสลับ สามเฟส แรงดันสูง แม้ว่า บางครั้งจะใช้ไฟฟ้ากระแสสลับเฟสเดียว ใน ระบบไฟฟ้าของทางรถไฟก็ตาม เทคโนโลยี DC ใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในระยะทางที่ไกลกว่า โดยทั่วไปหลายร้อยไมล์ เทคโนโลยี ไฟฟ้ากระแสตรงแรงดันสูง (HVDC) ยังใช้ในสายเคเบิลไฟฟ้าใต้น้ำ (โดยทั่วไปยาวกว่า 30 ไมล์ (50 กม.)) และในการแลกเปลี่ยนพลังงานระหว่างโครงข่ายที่ไม่ซิงโครไนซ์กัน การเชื่อมต่อ HVDC ช่วยรักษาเสถียรภาพของเครือข่ายการกระจายพลังงาน ซึ่งโหลดใหม่ที่เกิดขึ้นอย่างกะทันหัน หรือไฟฟ้าดับ ในส่วนหนึ่งของเครือข่าย อาจส่งผลให้เกิดปัญหาการซิงโครไนซ์และความล้มเหลวแบบต่อ เนื่องได้ ^{[ 4 ]}

การส่งกระแสไฟฟ้าใช้แรงดันสูงเพื่อลดการสูญเสียพลังงานเนื่องจากความต้านทานที่เกิดขึ้นในระยะทางไกล โดยปกติแล้วพลังงานจะถูกส่งผ่านสายส่งไฟฟ้าเหนือพื้นดินการส่งกระแสไฟฟ้าใต้ดินมีต้นทุนการติดตั้งที่สูงกว่ามากและมีข้อจำกัดในการใช้งานมากกว่า แต่มีต้นทุนการบำรุงรักษาต่ำกว่า การส่งกระแสไฟฟ้าใต้ดินพบได้บ่อยในเขตเมืองหรือสถานที่ที่มีความสำคัญทางด้านทัศนียภาพ

โดยทั่วไปแล้ว การผลิตพลังงานไฟฟ้าจะต้องมีอัตราเท่ากับการใช้งาน ระบบควบคุมที่ซับซ้อนจึงจำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่าการผลิตพลังงานไฟฟ้าสอดคล้องกับความต้องการอย่างใกล้ชิด หากความต้องการเกินกว่าปริมาณการผลิต ความไม่สมดุลนี้อาจทำให้โรงไฟฟ้าและอุปกรณ์ส่งไฟฟ้าตัดการเชื่อมต่อหรือปิดระบบโดยอัตโนมัติเพื่อป้องกันความเสียหาย ในกรณีที่เลวร้ายที่สุด อาจนำไปสู่การปิดระบบเป็นลูกโซ่และไฟฟ้าดับครั้งใหญ่ในระดับภูมิภาค ได้

The US Northeast faced blackouts in 1965, 1977, 2003, and major blackouts in other US regions in 1996 and 2011. Electric transmission networks are interconnected into regional, national, and even continent-wide networks to reduce the risk of such a failure by providing multiple redundant, alternative routes for power to flow should such shutdowns occur. Transmission companies determine the maximum reliable capacity of each line (ordinarily less than its physical or thermal limit) to ensure that spare capacity is available in the event of a failure in another part of the network.

A four-circuit, two-voltage power transmission line; Bundled 2-ways

A typical ACSR. The conductor consists of seven strands of steel surrounded by four layers of aluminium.

High-voltage overhead conductors are not covered by insulation. The conductor material is usually an aluminium alloy, formed of several strands and possibly reinforced with steel strands. Copper was sometimes used for overhead transmission, but aluminum is lighter, reduces yields only marginally and costs much less. Overhead conductors are supplied by several companies. Conductor material and shapes are regularly improved to increase capacity.

Conductor sizes range from 12 mm² (#6 American wire gauge) to 1,092 mm² (2,156,000 circular mils area), with varying resistance and current-carrying capacity. For large conductors (more than a few centimetres in diameter), much of the current flow is concentrated near the surface due to the skin effect. The center of the conductor carries little current but contributes weight and cost. Thus, multiple parallel cables (called bundle conductors) are used for higher capacity. Bundle conductors are used at high voltages to reduce energy loss caused by corona discharge.

Today, transmission-level voltages are usually considered to be 110 kV and above.^[5] Lower voltages, such as 66 kV and 33 kV, are usually considered subtransmission voltages, but are occasionally used on long lines with light loads. Voltages less than 33 kV are usually used for distribution. Voltages above 765 kV are considered extra high voltage and require different designs.

อุณหภูมิแวดล้อมที่เพิ่มขึ้นในช่วงเหตุการณ์ความร้อนจัดสามารถลดประสิทธิภาพของการส่งและกระจายไฟฟ้า โดยเฉพาะในระบบสายส่งเหนือศีรษะ การขยายตัวเนื่องจากความร้อนทำให้สายส่งเหนือศีรษะหย่อนตัวลง ลดการไหลของกระแสไฟฟ้า และเพิ่มความเสี่ยงต่อการเกิดประกายไฟ โดยไม่ตั้งใจ หากมีพืชพรรณอยู่ใกล้เคียง^{[ 6 ]} สายส่งเหนือศีรษะอาศัยอากาศเป็นฉนวน ทำให้สายส่งต้องมีระยะห่างขั้นต่ำ สภาพอากาศที่ไม่เอื้ออำนวย เช่น ลมแรงและอุณหภูมิต่ำ จะทำให้การส่งกระแสไฟฟ้าหยุดชะงัก ความเร็วลมต่ำเพียง 23 นอต (43 กม./ชม.) ก็สามารถทำให้ตัวนำไฟฟ้าล้ำเข้าไปในระยะห่างในการทำงาน ส่งผลให้เกิดประกายไฟและไฟฟ้าดับ^{[ 7 ]}การเคลื่อนที่แบบสั่นของสายส่งเรียกว่าการแกว่งของตัวนำ หรือการสั่นไหวขึ้นอยู่กับความถี่และแอมพลิจูดของการสั่น

• 
  เสาส่งไฟฟ้าแรงสูง 500 กิโลโวลต์ (500 kV) แบบสามเฟส ในรัฐวอชิงตัน สายส่งนี้ถูกมัดรวมกันเป็น 3 ทาง
• 
  เสาไฟฟ้าแรงสูงสามต้นเรียงกันในเมืองเวบสเตอร์ รัฐเท็กซัส

การส่งกระแสไฟฟ้าสามารถทำได้โดยใช้สายเคเบิลไฟฟ้าใต้ดินสายเคเบิลใต้ดินไม่กินพื้นที่สาธารณะ มองเห็นได้ยาก และได้รับผลกระทบจากสภาพอากาศน้อยกว่า อย่างไรก็ตาม สายเคเบิลต้องมีฉนวนหุ้ม ค่าใช้จ่ายในการวางสายเคเบิลและการขุดเจาะสูงกว่าการก่อสร้างเหนือพื้นดินมาก การค้นหาและซ่อมแซมความเสียหายในสายส่งไฟฟ้าใต้ดินใช้เวลานานกว่า

ในบางพื้นที่ของเมืองใหญ่ สายเคเบิลจะถูกหุ้มด้วยท่อโลหะและหุ้มฉนวนด้วยของเหลวไดอิเล็กทริก (โดยปกติคือน้ำมัน) ซึ่งอาจอยู่นิ่งหรือไหลเวียนผ่านปั๊ม หากเกิดไฟฟ้าลัดวงจรทำให้ท่อเสียหายและของเหลวไดอิเล็กทริกรั่วไหล จะใช้ไนโตรเจนเหลวแช่แข็งบางส่วนของท่อเพื่อให้สามารถระบายและซ่อมแซมได้ ซึ่งจะทำให้ระยะเวลาการซ่อมแซมยาวนานขึ้นและเพิ่มต้นทุน อุณหภูมิของท่อและบริเวณโดยรอบจะถูกตรวจสอบตลอดระยะเวลาการซ่อมแซม^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}

สายส่งใต้ดินมีข้อจำกัดด้านความจุความร้อน ซึ่งทำให้รับภาระเกินพิกัดหรือปรับขนาดสายได้น้อยลง สายไฟกระแสสลับใต้ดินที่มีความยาวมากจะมีค่าความจุ สูง ซึ่งลดความสามารถในการจ่ายพลังงานที่มีประโยชน์ได้เมื่อใช้งานเกิน 50 ไมล์ (80 กิโลเมตร) ส่วนสายไฟกระแสตรงไม่มีข้อจำกัดด้านความยาวจากค่าความจุ

ในตอนแรก การส่งกระแสไฟฟ้าเชิงพาณิชย์จะใช้แรงดันไฟฟ้าเท่ากับที่ใช้สำหรับแสงสว่างและโหลดเชิงกล ซึ่งจำกัดระยะทางระหว่างโรงไฟฟ้าและโหลด ในปี พ.ศ. 2425 แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงไม่สามารถเพิ่มขึ้นได้ง่ายสำหรับการส่งในระยะทางไกล โหลดประเภทต่างๆ (เช่น แสงสว่าง มอเตอร์คงที่ และระบบขับเคลื่อน/ทางรถไฟ) ต้องการแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกัน ดังนั้นจึงใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าและวงจรที่แตกต่างกัน^{[ 11 ] [ 12 ]}

ดังนั้น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจึงถูกติดตั้งใกล้กับโหลด ซึ่งเป็นแนวปฏิบัติที่ต่อมากลายเป็นที่รู้จักในชื่อการผลิตแบบกระจายโดยใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดเล็กจำนวนมาก^{[ 13 ]}

การส่งกระแสไฟฟ้าสลับ (AC) เป็นไปได้หลังจากที่Lucien GaulardและJohn Dixon Gibbsสร้างสิ่งที่พวกเขาเรียกว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทุติยภูมิ ซึ่งเป็นหม้อแปลงไฟฟ้า รุ่นแรก ที่มีอัตราส่วนจำนวนรอบ 1:1 และวงจรแม่เหล็กเปิด ในปี 1881

สายส่งไฟฟ้ากระแสสลับระยะไกลสายแรกมีความยาว 34 กิโลเมตร (21 ไมล์) สร้างขึ้นสำหรับงานนิทรรศการไฟฟ้านานาชาติปี 1884 ที่เมืองตูริน ประเทศอิตาลีโดยใช้ เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ Siemens & Halske ขนาด 2 kV, 130 Hz และมีหม้อแปลง Gaulard หลายตัวที่มีขดลวดปฐมภูมิเชื่อมต่อกันแบบอนุกรม ซึ่งจ่ายไฟให้กับหลอดไฟไส้ ระบบนี้พิสูจน์ให้เห็นถึงความเป็นไปได้ของการส่งกระแสไฟฟ้ากระแสสลับในระยะทางไกล^{[ 12 ]}

ระบบจำหน่ายไฟฟ้ากระแสสลับเชิงพาณิชย์ระบบแรกเริ่มใช้งานในปี 1885 ที่ถนน Via dei Cerchi ในกรุงโรม ประเทศอิตาลีสำหรับไฟส่องสว่างสาธารณะ ระบบนี้ใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ Siemens & Halske สองเครื่อง ขนาด 30 แรงม้า (22 กิโลวัตต์) 2 กิโลโวลต์ ที่ความถี่ 120 เฮิรตซ์ และใช้สายเคเบิลยาว 19 กิโลเมตร และหม้อแปลงไฟฟ้าแบบลดแรงดัน 2 กิโลโวลต์ เป็น 20 โวลต์ จำนวน 200 ตัว ที่ต่อขนานกัน โดยมีวงจรแม่เหล็กปิด หม้อแปลงละหนึ่งตัวสำหรับหลอดไฟหนึ่งดวง ไม่กี่เดือนต่อมาก็มีระบบไฟฟ้ากระแสสลับของอังกฤษระบบแรกตามมา โดยให้บริการแก่หอศิลป์ Grosvenor ระบบนี้ยังใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ Siemens และหม้อแปลงไฟฟ้าแบบลดแรงดัน 2.4 กิโลโวลต์ เป็น 100 โวลต์ หนึ่งตัวต่อผู้ใช้หนึ่งราย โดยมีขดลวดปฐมภูมิที่ต่อขนานกัน^{[ 14 ]}

เพื่อปรับปรุงสิ่งที่เขาคิดว่าเป็นการออกแบบของ Gaulard-Gibbs ที่ใช้งานไม่ได้จริง วิศวกรไฟฟ้าWilliam Stanley, Jr.ได้พัฒนาหม้อแปลงไฟฟ้ากระแสสลับแบบอนุกรมตัวแรกที่ใช้งานได้จริงในปี 1885 ^{[ 15 ]}ด้วยการสนับสนุนจากGeorge Westinghouseในปี 1886 เขาได้สาธิตระบบไฟส่องสว่างกระแสสลับแบบใช้หม้อแปลงไฟฟ้าในGreat Barrington รัฐแมสซาชูเซตส์ระบบนี้ใช้พลังงานจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้า Siemens 500 V ที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ไอน้ำ แรงดันไฟฟ้าถูกลดลงเหลือ 100 โวลต์โดยใช้หม้อแปลง Stanley เพื่อจ่ายไฟให้กับหลอดไฟไส้ที่ธุรกิจ 23 แห่งในระยะทางกว่า 4,000 ฟุต (1,200 เมตร) ^{[ 16 ]}การสาธิตระบบไฟส่องสว่างกระแสสลับและหม้อแปลงไฟฟ้าที่ใช้งานได้จริงนี้ทำให้ Westinghouse เริ่มติดตั้งระบบกระแสสลับในปลายปีนั้น^{[ 15 ]}

ในปี พ.ศ. 2431 ได้มีการออกแบบมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ เป็นครั้งแรก มอเตอร์ เหล่านี้เป็นมอเตอร์เหนี่ยวนำที่ทำงานบนกระแสไฟฟ้าหลายเฟส ซึ่งคิดค้นขึ้นโดยอิสระโดย กาลิเลโอ เฟอร์ราริสและนิโคลา เทสลา เวสติ งเฮาส์ได้รับใบอนุญาตการออกแบบของเทสลา มอเตอร์ สามเฟส ที่ใช้งานได้จริงได้ รับการออกแบบโดยมิคาอิล โดลิโว-โดโบรโวลสกีและชาร์ลส์ ยูจีน แลนเซล็อต บราวน์ [ ^{17 ] การ}ใช้งานมอเตอร์ดังกล่าวอย่างแพร่หลายถูกเลื่อนออกไปหลายปีเนื่องจากปัญหาในการพัฒนาและการขาดแคลนระบบไฟฟ้าหลายเฟสที่จำเป็นในการจ่ายพลังงานให้กับมอเตอร์เหล่านั้น^{[ 18 ] [ 19 ]}

ในช่วงปลายทศวรรษ 1880 และต้นทศวรรษ 1890 บริษัทไฟฟ้าขนาดเล็กได้ควบรวมกิจการเข้ากับบริษัทขนาดใหญ่ เช่นGanzและAEGในยุโรป และGeneral ElectricและWestinghouse Electricในสหรัฐอเมริกา บริษัทเหล่านี้พัฒนาระบบไฟฟ้ากระแสสลับ แต่ความแตกต่างทางเทคนิคระหว่างระบบไฟฟ้ากระแสตรงและกระแสสลับทำให้ต้องใช้เวลานานขึ้นในการควบรวมทางเทคนิค^{[ 20 ]}ข้อได้เปรียบด้านขนาดของระบบไฟฟ้ากระแสสลับกับโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่และการส่งกระแสไฟฟ้าทางไกลทำให้สามารถเชื่อมต่อโหลดทั้งหมดได้ ซึ่งรวมถึงระบบไฟฟ้ากระแสสลับเฟสเดียว ระบบไฟฟ้ากระแสสลับหลายเฟส หลอดไฟแรงดันต่ำ หลอดไฟแรงดันสูง และมอเตอร์กระแสตรงที่มีอยู่แล้วในโรงงานและรถราง ในสิ่งที่กลายเป็นระบบสากล ความแตกต่างทางเทคโนโลยีเหล่านี้ถูกเชื่อมต่อชั่วคราวผ่านตัวแปลงแบบหมุนและมอเตอร์-เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ช่วยให้ระบบเดิมเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้ากระแสสลับได้^{[ 20 ] [ 21 ]}วิธีแก้ปัญหาชั่วคราวเหล่านี้ค่อยๆ ถูกแทนที่เมื่อระบบเก่าถูกปลดระวางหรืออัปเกรด

การส่งกระแสไฟฟ้าสลับเฟสเดียวด้วยแรงดันสูงครั้งแรกเกิดขึ้นที่รัฐโอเรกอนในปี พ.ศ. 2433 เมื่อมีการส่งพลังงานจากโรงไฟฟ้าพลังน้ำที่Willamette Fallsไปยังเมืองพอร์ตแลนด์ซึ่งอยู่ห่างออกไป 14 ไมล์ (23 กม.) ตามแม่น้ำ^{[ 22 ]}การส่งกระแสไฟฟ้าสลับสามเฟสด้วยแรงดันสูงครั้งแรกเกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2434 ระหว่างงานนิทรรศการไฟฟ้านานาชาติที่เมืองแฟรงก์เฟิร์ตสายส่งไฟฟ้า 15 kV ยาวประมาณ 175 กม. เชื่อมต่อเมืองเลาเฟนบนแม่น้ำเนคาร์และเมืองแฟรงก์เฟิร์ต^{[ 14 ] [ 23 ]}

แรงดันไฟฟ้าในการส่งเพิ่มขึ้นตลอดศตวรรษที่ 20 ภายในปี 1914 มีระบบส่งไฟฟ้า 55 ระบบที่ทำงานที่แรงดันไฟฟ้ามากกว่า 70 kV แรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่ใช้ในขณะนั้นคือ 150 kV ^{[ 24 ]}การเชื่อมต่อโรงไฟฟ้าหลายแห่งในพื้นที่กว้างช่วยลดต้นทุน โรงไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพสูงสุดสามารถนำมาใช้จ่ายโหลดที่แตกต่างกันในระหว่างวันได้ ความน่าเชื่อถือได้รับการปรับปรุงและต้นทุนการลงทุนลดลง เนื่องจากกำลังการผลิตสำรองสามารถแบ่งปันให้กับลูกค้าจำนวนมากขึ้นและพื้นที่ที่กว้างขึ้น แหล่งพลังงานที่อยู่ห่างไกลและมีต้นทุนต่ำ เช่น พลังงาน ไฟฟ้าพลังน้ำหรือถ่านหินจากเหมือง สามารถนำมาใช้เพื่อลดต้นทุนลงได้อีก^{[ 11 ] [ 14 ]}

การพัฒนาอุตสาหกรรมอย่างรวดเร็วในศตวรรษที่ 20 ทำให้สายส่งและโครงข่ายไฟฟ้ากลายเป็นโครงสร้างพื้นฐานที่สำคัญการเชื่อมต่อโรงไฟฟ้าในท้องถิ่นและเครือข่ายจำหน่ายขนาดเล็กได้รับการกระตุ้นจากสงครามโลกครั้งที่ 1เมื่อรัฐบาลสร้างโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่เพื่อจ่ายพลังงานให้กับโรงงานผลิตอาวุธ^{[ 25 ]}

เครือข่ายเหล่านี้ใช้ส่วนประกอบต่างๆ เช่น สายส่งไฟฟ้า สายเคเบิลเบรกเกอร์วงจรสวิตช์ และหม้อแปลงไฟฟ้าโดยปกติแล้วเครือข่ายการส่งไฟฟ้าจะได้รับการบริหารจัดการในระดับภูมิภาคโดยหน่วยงาน เช่นองค์กรส่งไฟฟ้าระดับภูมิภาคหรือผู้ดำเนินการระบบส่งไฟฟ้า^{[ 26 ]}

ประสิทธิภาพการส่งกำลังไฟฟ้าจะดีขึ้นเมื่อใช้แรงดันไฟฟ้าสูงและกระแสไฟฟ้าต่ำ กระแสไฟฟ้าที่ลดลงจะช่วยลดการสูญเสียความร้อนกฎข้อแรกของจูลกล่าวว่า การสูญเสียพลังงานเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของกระแสไฟฟ้า ดังนั้น การลดกระแสไฟฟ้าลงครึ่งหนึ่งจะลดพลังงานที่สูญเสียไปเนื่องจากความต้านทานของตัวนำลงสี่เท่าสำหรับตัวนำขนาดใดๆ ก็ตาม

ขนาดตัวนำที่เหมาะสมที่สุดสำหรับแรงดันและกระแสไฟฟ้าที่กำหนด สามารถประมาณได้โดยใช้กฎของเคลวินเกี่ยวกับขนาดตัวนำ ซึ่งระบุว่าขนาดที่เหมาะสมที่สุดเกิดขึ้นเมื่อต้นทุนพลังงานที่สูญเสียไปในความต้านทานต่อปีเท่ากับค่าใช้จ่ายด้านเงินทุนต่อปีในการจัดหาตัวนำนั้น ในช่วงเวลาที่อัตราดอกเบี้ยต่ำและต้นทุนสินค้าโภคภัณฑ์ต่ำ กฎของเคลวินระบุว่าสายไฟที่หนากว่าจะเหมาะสมที่สุด ในทางกลับกัน ตัวนำที่บางกว่าจะเหมาะสมกว่า เนื่องจากสายส่งไฟฟ้าได้รับการออกแบบเพื่อใช้งานในระยะยาว กฎของเคลวินจึงถูกนำมาใช้ร่วมกับการประมาณการราคาของทองแดงและอะลูมิเนียมในระยะยาว รวมถึงอัตราดอกเบี้ยด้วย

ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ ( AC) การเพิ่มแรงดันไฟฟ้าทำได้โดยใช้หม้อแปลงเพิ่มแรงดัน ระบบ ไฟฟ้ากระแสตรงแรงสูง (HVDC) ต้องใช้อุปกรณ์แปลงที่มีราคาค่อนข้างสูง ซึ่งอาจคุ้มค่าในเชิงเศรษฐกิจสำหรับโครงการเฉพาะ เช่น สายเคเบิลใต้น้ำและการส่งกระแสไฟฟ้าแบบจุดต่อจุดระยะไกลที่มีความจุสูง ระบบ HVDC มีความจำเป็นสำหรับการส่งพลังงานระหว่างโครงข่ายไฟฟ้าที่ไม่ซิงโครไนซ์กัน

ระบบส่งไฟฟ้าเป็นเครือข่ายของโรงไฟฟ้าสายส่ง และสถานีไฟฟ้าย่อยโดยปกติพลังงานจะถูกส่งผ่านภายในระบบด้วยไฟฟ้ากระแสสลับสามเฟส ไฟฟ้ากระแสสลับเฟสเดียวใช้สำหรับการจ่ายไฟไปยังผู้ใช้ปลายทางเท่านั้น เนื่องจากไม่สามารถใช้กับมอเตอร์เหนี่ยวนำ หลายเฟสขนาดใหญ่ ได้ ในศตวรรษที่ 19 มีการใช้ระบบส่งไฟฟ้าสองเฟส แต่ต้องใช้สายไฟสี่เส้นหรือสามเส้นที่มีกระแสไฟฟ้าไม่เท่ากัน ระบบเฟสที่มีลำดับสูงกว่านั้นต้องการสายไฟมากกว่าสามเส้น แต่ให้ประโยชน์เพียงเล็กน้อยหรือไม่มีเลย

ในขณะที่ต้นทุนการผลิตไฟฟ้าสูง ความต้องการพลังงานมีความผันผวน ทำให้การนำเข้าพลังงานที่จำเป็นมักถูกกว่าการผลิตในท้องถิ่น เนื่องจากความต้องการใช้พลังงานมักเพิ่มขึ้นและลดลงพร้อมๆ กันในพื้นที่ขนาดใหญ่ พลังงานจึงมักมาจากแหล่งที่อยู่ห่างไกล ด้วยประโยชน์ทางเศรษฐกิจของการแบ่งปันภาระ การใช้พลังงาน โครงข่ายส่งไฟฟ้าขนาดใหญ่จึงอาจครอบคลุมหลายประเทศหรือแม้แต่หลายทวีป การเชื่อมต่อระหว่างผู้ผลิตและผู้บริโภคช่วยให้พลังงานไหลได้แม้ว่าบางส่วนของเส้นทางจะไม่สามารถใช้งานได้ก็ตาม

ส่วนของความต้องการใช้ไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงอย่างช้าๆ เรียกว่าโหลดพื้นฐาน (base load)ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะได้รับการจัดหาโดยโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่มีต้นทุนการดำเนินงานคงที่ เรียกว่า โรงไฟฟ้าที่มีความมั่นคง (firm power ) โรงไฟฟ้าดังกล่าว ได้แก่ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ โรงไฟฟ้าถ่านหิน หรือโรงไฟฟ้าพลังน้ำ ในขณะที่แหล่งพลังงานอื่นๆ เช่น พลังงาน ความร้อนจากแสงอาทิตย์แบบรวมศูนย์และพลังงานความร้อนใต้พิภพมีศักยภาพที่จะให้พลังงานที่มีความมั่นคงได้ ส่วนแหล่งพลังงานหมุนเวียน เช่น พลังงานแสงอาทิตย์แบบเซลล์แสงอาทิตย์ พลังงานลม พลังงานคลื่น และพลังงานน้ำขึ้นน้ำลง เนื่องจากมีความไม่แน่นอน จึงไม่ถือว่าเป็นพลังงานที่มีความมั่นคง ส่วนที่เหลือหรือ ความต้องการใช้ไฟฟ้า สูงสุดจะได้รับการจัดหาโดย โรงไฟฟ้า เสริม (peaking power plants)ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะมีขนาดเล็กกว่า ตอบสนองได้เร็วกว่า และมีต้นทุนสูงกว่า เช่น โรงไฟฟ้า แบบวงจรผสม (combined cycle ) หรือโรงไฟฟ้ากังหันเผาไหม้ ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิง

การส่งกระแสไฟฟ้าทางไกล (หลายร้อยกิโลเมตร) มีราคาถูกและมีประสิทธิภาพ โดยมีต้นทุนอยู่ที่ 0.005–0.02 ดอลลาร์สหรัฐต่อกิโลวัตต์ชั่วโมง เมื่อเทียบกับต้นทุนเฉลี่ยต่อปีของผู้ผลิตรายใหญ่ที่ 0.01–0.025 ดอลลาร์สหรัฐต่อกิโลวัตต์ชั่วโมง อัตราขายปลีกที่สูงกว่า 0.10 ดอลลาร์สหรัฐต่อกิโลวัตต์ชั่วโมง และราคาขายปลีกหลายเท่าสำหรับผู้จำหน่ายแบบทันทีในช่วงเวลาที่มีความต้องการสูงที่ไม่สามารถคาดการณ์ได้^{[ 27 ]}นิวยอร์กมักซื้อพลังงานไฟฟ้าพลังน้ำราคาถูกจากแคนาดามากกว่า 1,000 เมกะวัตต์^{[ 28 ]}แหล่งพลังงานในท้องถิ่น (แม้ว่าจะมีราคาแพงกว่าและใช้งานไม่บ่อยนัก) สามารถปกป้องแหล่งจ่ายไฟฟ้าจากสภาพอากาศและภัยพิบัติอื่นๆ ที่อาจตัดการเชื่อมต่อผู้จำหน่ายที่อยู่ห่างไกลได้

แหล่งพลังงานน้ำและพลังงานลมไม่สามารถเคลื่อนย้ายเข้ามาใกล้เมืองใหญ่ได้ และต้นทุนพลังงานแสงอาทิตย์จะต่ำที่สุดในพื้นที่ห่างไกลซึ่งความต้องการพลังงานในท้องถิ่นมีน้อย ต้นทุนการเชื่อมต่ออาจเป็นตัวกำหนดว่าทางเลือกพลังงานหมุนเวียนใดมีความคุ้มค่าทางเศรษฐกิจ ต้นทุนสำหรับสายส่งอาจสูงเกินไป แต่ ต้นทุนของเครือข่ายส่ง ไฟฟ้าขนาด ใหญ่ระยะไกล อาจชดเชยได้ด้วยค่าธรรมเนียมการใช้งานที่ไม่สูงมากนัก

ที่โรงไฟฟ้าพลังงานจะถูกผลิตที่แรงดันค่อนข้างต่ำระหว่างประมาณ 480 V ถึง 22 kV ขึ้นอยู่กับขนาดของหน่วย จากนั้นแรงดันจะถูกเพิ่มขึ้นโดยหม้อแปลง ของโรงไฟฟ้า เป็นแรงดันที่สูงขึ้น (100 kV ถึง 1,000 kV AC) สำหรับการส่ง^{[ 29 ]}

ในสหรัฐอเมริกา การส่งกระแสไฟฟ้ามีระดับแรงดันแตกต่างกันไป ตั้งแต่ 230 กิโลโวลต์ ถึง 500 กิโลโวลต์ โดยมีข้อยกเว้นสำหรับระดับแรงดันที่ต่ำกว่า 230 กิโลโวลต์ หรือสูงกว่า 500 กิโลโวลต์

ระบบเชื่อมต่อทางตะวันตกมีแรงดันไฟฟ้าหลักสองแบบ ได้แก่ 500 kV AC ที่ 60 Hz และ ±500 kV (1,000 kV สุทธิ) DC จากเหนือจรดใต้ ( แม่น้ำโคลัมเบียไปยังแคลิฟอร์เนียตอนใต้ ) และจากตะวันออกเฉียงเหนือไปยังตะวันตกเฉียงใต้ (ยูทาห์ไปยังแคลิฟอร์เนียตอนใต้) ส่วนแรงดันไฟฟ้า 287.5 kV ( สายจากเขื่อนฮูเวอร์ ไปยังลอสแอนเจลิสผ่านวิกเตอร์วิลล์ ) และ 345 kV ( สายของ Arizona Public Service (APS)) เป็นมาตรฐานท้องถิ่น ซึ่งถูกนำมาใช้ก่อนที่ แรงดัน ไฟฟ้า 500 kV จะใช้งานได้จริง

การส่งกระแสไฟฟ้าด้วยแรงดันสูงช่วยลดสัดส่วนของพลังงานที่สูญเสียไปกับความร้อนจูลซึ่งแตกต่างกันไปตามชนิดของตัวนำ กระแสไฟฟ้า และระยะทางในการส่ง ตัวอย่างเช่น ช่วงระยะทาง 100 ไมล์ (160 กม.) ที่แรงดัน 765 kV ซึ่งส่งกำลังไฟฟ้า 1000 MW อาจมีการสูญเสีย 0.5% ถึง 1.1% สายส่ง 345 kV ที่ส่งโหลดเดียวกันในระยะทางเดียวกันจะมีการสูญเสีย 4.2% ^{[ 30 ]}สำหรับปริมาณกำลังไฟฟ้าที่กำหนด แรงดันที่สูงขึ้นจะช่วยลดกระแสไฟฟ้าและ ลด การสูญเสียเนื่องจากความต้านทาน ตัวอย่างเช่น การเพิ่มแรงดันขึ้น 10 เท่า จะลดกระแสไฟฟ้าลง 10 เท่า และลดการสูญเสียลง 100 เท่า หากใช้ตัวนำขนาดเดียวกันในทั้งสองกรณี แม้ว่าขนาดของตัวนำ (พื้นที่หน้าตัด) จะลดลงสิบเท่าเพื่อให้ตรงกับกระแสไฟฟ้าที่ต่ำลง การสูญเสียก็ยังคงลดลงสิบเท่าเมื่อใช้แรงดันที่สูงขึ้น ${\displaystyle I^{2}R}$${\displaystyle I^{2}R}$

แม้ว่าการลดการสูญเสียพลังงานจะทำได้โดยการเพิ่ม ค่าการนำไฟฟ้าของสายไฟ(โดยการเพิ่มพื้นที่หน้าตัด) แต่ตัวนำขนาดใหญ่จะมีน้ำหนักมากกว่าและมีราคาแพงกว่า และเนื่องจากค่าการนำไฟฟ้าแปรผันตรงกับพื้นที่หน้าตัด การสูญเสียพลังงานจากความต้านทานจึงลดลงตามสัดส่วนกับการเพิ่มพื้นที่หน้าตัดเท่านั้น ซึ่งให้ประโยชน์น้อยกว่าการลดลงเป็นกำลังสองที่ได้จากการเพิ่มแรงดันไฟฟ้า

โดยทั่วไปแล้ว การส่งกำลังระยะไกลจะทำโดยใช้สายส่งเหนือศีรษะที่แรงดัน 115 ถึง 1,200 kV ที่แรงดันสูงกว่า ซึ่งมีแรงดันมากกว่า 2,000 kV ระหว่างตัวนำกับพื้นดิน การสูญเสีย จากการปล่อยประจุโคโรนาจะมีขนาดใหญ่มากจนสามารถชดเชยการสูญเสียความต้านทานที่ต่ำกว่าในตัวนำสายส่งได้ มาตรการในการลดการสูญเสียจากการปล่อยประจุโคโรนา ได้แก่ การใช้ตัวนำที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ขึ้น แกนกลวง^{[ 31 ]}หรือมัดตัวนำ

ปัจจัยที่ส่งผลต่อความต้านทานและทำให้เกิดการสูญเสีย ได้แก่ อุณหภูมิ การพันเป็นเกลียว และปรากฏการณ์สกินเอฟเฟกต์ ความต้านทานจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิ การพันเป็นเกลียว ซึ่งหมายถึงลักษณะการพันกันของตัวนำรอบจุดศูนย์กลาง ก็มีส่วนทำให้ความต้านทานของตัวนำเพิ่มขึ้นเช่นกัน ปรากฏการณ์สกินเอฟเฟกต์ทำให้ความต้านทานที่มีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นที่ความถี่กระแสสลับที่สูงขึ้น สามารถประมาณการสูญเสียโคโรนาและความต้านทานได้โดยใช้แบบจำลองทางคณิตศาสตร์^{[ 32 ]}

การสูญเสียในการส่งและจำหน่ายไฟฟ้าของสหรัฐฯ ประมาณการไว้ที่ 6.6% ในปี 1997 ^{[ 33 ]} 6.5% ในปี 2007 ^{[ 33 ]}และ 5% ตั้งแต่ปี 2013 ถึง 2019 ^{[ 34 ]}โดยทั่วไป การสูญเสียจะถูกประมาณการจากความแตกต่างระหว่างพลังงานที่ผลิตได้ (ตามที่โรงไฟฟ้ารายงาน) และพลังงานที่ขายได้ ความแตกต่างนี้ถือเป็นการสูญเสียในการส่งและจำหน่ายไฟฟ้า โดยสมมติว่าไม่มีการขโมยไฟฟ้าเกิดขึ้น

ณ ปี 1980 ระยะทางที่คุ้มค่าที่สุดสำหรับการส่งกระแสไฟฟ้า DC คือ 7,000 กิโลเมตร (4,300 ไมล์) สำหรับกระแสไฟฟ้า AC คือ 4,000 กิโลเมตร (2,500 ไมล์) แม้ว่าสายส่งไฟฟ้าของสหรัฐฯ จะสั้นกว่ามากก็ตาม^{[ 27 ]}

ในสายส่งไฟฟ้ากระแสสลับใดๆค่าความเหนี่ยว นำ และความจุของ ตัวนำ อาจมีค่ามาก กระแสที่ไหลเฉพาะเนื่องจากคุณสมบัติเหล่านี้ (ซึ่งรวมกับความต้านทานจะกำหนดอิมพีแดนซ์ ) ก่อให้เกิด กำลัง ไฟฟ้าเชิงปฏิกิริยาซึ่งไม่ส่งกำลังไฟฟ้าไปยังโหลด อย่างไรก็ตาม กระแสเชิงปฏิกิริยาเหล่านี้ทำให้เกิดความร้อนสะสมเพิ่มขึ้น อัตราส่วนของกำลังไฟฟ้าจริงที่ส่งไปยังโหลดต่อกำลังไฟฟ้าปรากฏ (ผลคูณของแรงดันและกระแสของวงจร โดยไม่คำนึงถึงมุมเฟส) คือตัวประกอบกำลังเมื่อกระแสเชิงปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น กำลังไฟฟ้าเชิงปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้นและตัวประกอบกำลังจะลดลง

สำหรับระบบส่งไฟฟ้าที่มีตัวประกอบกำลังต่ำ การสูญเสียจะสูงกว่าระบบที่มีตัวประกอบกำลังสูง บริษัทผู้ให้บริการด้านไฟฟ้าจึงเพิ่มชุดตัวเก็บประจุ ตัวเหนี่ยวนำ และส่วนประกอบอื่นๆ (เช่นตัวปรับเฟส ตัวชดเชยกำลังปฏิกิริยาแบบคงที่และระบบส่งไฟฟ้ากระแสสลับ แบบยืดหยุ่น หรือ FACTS) ตลอดทั้งระบบ เพื่อช่วยชดเชยการไหลของกำลังปฏิกิริยา ลดการสูญเสียในการส่งไฟฟ้า และรักษาเสถียรภาพแรงดันไฟฟ้าของระบบ มาตรการเหล่านี้เรียกรวมกันว่า 'การสนับสนุนกำลังปฏิกิริยา'

กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านสายส่งเหนี่ยวนำให้เกิดสนามแม่เหล็กซึ่งล้อมรอบสายแต่ละเฟสและส่งผลต่อค่าความเหนี่ยวนำของตัวนำรอบข้างในเฟสอื่นๆ ค่าความเหนี่ยวนำร่วมของตัวนำขึ้นอยู่กับทิศทางทางกายภาพของสายแต่ละเฟสเมื่อเทียบกับกันและกัน โดยทั่วไปแล้ว สายส่งสามเฟสจะถูกติดตั้งโดยให้เฟสแยกออกจากกันในแนวตั้ง ค่าความเหนี่ยวนำร่วมที่ตัวนำของเฟสตรงกลางระหว่างสองเฟสอื่น ๆ รับรู้ได้จะแตกต่างจากค่าความเหนี่ยวนำที่รับรู้ได้บน/ล่างเฟสอื่น

ความเหนี่ยวนำที่ไม่สมดุลในตัวนำทั้งสามตัวเป็นปัญหา เพราะอาจทำให้สายกลางต้องรับภาระพลังงานมากกว่าสัดส่วนที่ควรจะเป็น ในทำนองเดียวกัน โหลดที่ไม่สมดุลอาจเกิดขึ้นได้หากสายหนึ่งอยู่ใกล้พื้นดินมากที่สุดและมีความต้านทานต่ำกว่าอย่างต่อเนื่อง เนื่องจากปรากฏการณ์นี้ ตัวนำจึงต้องถูกสลับตำแหน่งเป็นระยะๆ ตลอดสายส่ง เพื่อให้แต่ละเฟสมีเวลาใช้งานเท่ากันในแต่ละตำแหน่งสัมพัทธ์ เพื่อปรับสมดุลความเหนี่ยวนำร่วมที่เกิดขึ้นในทั้งสามเฟส ในการดำเนินการนี้ จะมีการสลับตำแหน่งสายส่งที่หอสลับตำแหน่ง ที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ เป็นระยะๆ ตลอดสายส่ง โดยใช้แผนการ สลับตำแหน่ง ต่างๆ

Subtransmission runs at relatively lower voltages. It is uneconomical to connect all distribution substations to the high main transmission voltage, because that equipment is larger and more expensive. Typically, only larger substations connect with this high voltage. Voltage is stepped down before the current is sent to smaller substations. Subtransmission circuits are usually arranged in loops so that a single line failure does not stop service to many customers for more than a short time.

Loops can be normally closed, where loss of one circuit should result in no interruption, or normally open where substations can switch to a backup supply. While subtransmission circuits are usually carried on overhead lines, in urban areas buried cable may be used. The lower-voltage subtransmission lines use less right-of-way and simpler structures; undergrounding is less difficult.

No fixed cutoff separates subtransmission and transmission, or subtransmission and distribution. Their voltage ranges overlap. Voltages of 69 kV, 115 kV, and 138 kV are often used for subtransmission in North America. As power systems evolved, voltages formerly used for transmission were used for subtransmission, and subtransmission voltages became distribution voltages. Like transmission, subtransmission moves relatively large amounts of power, and like distribution, subtransmission covers an area instead of just point-to-point.^[35]

Substation transformers reduce the voltage to a lower level for distribution to customers. This distribution is accomplished with a combination of sub-transmission (33 to 138 kV) and distribution (3.3 to 25 kV). Finally, at the point of use, the energy is transformed to end-user voltage (100 to 4160 volts).

High-voltage power transmission allows for lesser resistive losses over long distances. This efficiency delivers a larger proportion of the generated power to the loads.

ในแบบจำลองอย่างง่าย โครงข่ายไฟฟ้าจะส่งกระแสไฟฟ้าจากแหล่งจ่ายแรงดันในอุดมคติที่มีแรงดันโดยส่งกำลังไฟฟ้าไปยังจุดบริโภคจุดเดียวซึ่งจำลองโดยความต้านทาน เมื่อสายไฟมีความยาวมากพอที่จะมี ความ ต้านทานสูง${\displaystyle V}$${\displaystyle P_{V}}$${\displaystyle R}$${\displaystyle R_{C}}$

ถ้าตัวต้านทานต่ออนุกรมกันโดยไม่มีหม้อแปลงคั่นกลาง วงจรจะทำหน้าที่เป็นตัวแบ่งแรงดันเพราะกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวต้านทานในสายไฟและอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานจะมีค่าเท่ากัน ดังนั้น กำลังไฟฟ้าที่ใช้งานได้ ( ณ จุดใช้งาน) จึงเป็น: ${\displaystyle I={\frac {V}{R+R_{C}}}}$

${\displaystyle P_{R}=V_{2}\times I=V{\frac {R}{R+R_{C}}}\times {\frac {V}{R+R_{C}}}={\frac {R}{R+R_{C}}}\times {\frac {V^{2}}{R+R_{C}}}={\frac {R}{R+R_{C}}}P_{V}}$

หากหม้อแปลงในอุดมคติแปลงไฟฟ้าแรงสูง กระแสต่ำ ให้เป็นไฟฟ้าแรงต่ำ กระแสสูง โดยมีอัตราส่วนแรงดันเท่ากับ(กล่าวคือ แรงดันถูกหารด้วยและกระแสถูกคูณด้วยในสาขาทุติยภูมิ เมื่อเทียบกับสาขาปฐมภูมิ) วงจรก็จะเทียบเท่ากับวงจรแบ่งแรงดันอีกครั้ง แต่ความต้านทานปรากฏของสายไฟในตอนนี้จะมีค่าเพียงกำลังไฟฟ้าที่มีประโยชน์คือ: ${\displaystyle a}$${\displaystyle a}$${\displaystyle a}$${\displaystyle R_{C}/a^{2}}$

${\displaystyle P_{R}=V_{2}\times I_{2}={\frac {a^{2}R\times V^{2}}{(a^{2}R+R_{C})^{2}}}={\frac {a^{2}R}{a^{2}R+R_{C}}}P_{V}={\frac {R}{R+R_{C}/a^{2}}}P_{V}}$

สำหรับการแปลงแรงดันสูงเป็นแรงดันต่ำใกล้จุดใช้งานนั้น พลังงานส่วนใหญ่จากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะถูกส่งไปยังจุดใช้งาน และพลังงานส่วนน้อยจะสูญเสียไปในรูปของความร้อนจูล ${\displaystyle a>1}$

คุณลักษณะปลายทางของสายส่งคือแรงดันและกระแสที่ปลายส่ง (S) และปลายรับ (R) สายส่งสามารถจำลองได้เป็นกล่องดำและใช้เมทริกซ์ส่งกำลังขนาด 2x2 ในการจำลองพฤติกรรมของมัน ดังนี้:

${\displaystyle {\begin{bmatrix}V_{\mathrm {S} }\\I_{\mathrm {S} }\\\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}A&B\\C&D\\\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}V_{\mathrm {R} }\\I_{\mathrm {R} }\\\end{bเมทริกซ์}}}$

ถือว่าสายส่งนี้เป็นเครือข่ายสมมาตรแบบสองทาง หมายความว่าสามารถสลับป้ายกำกับรับและส่งได้โดยไม่มีผลกระทบใดๆ เมทริกซ์การส่งสัญญาณTมีคุณสมบัติดังนี้:

• ${\displaystyle \det(T)=AD-BC=1}$
• ${\displaystyle A=D}$

พารามิเตอร์A , B , CและDจะแตกต่างกันไป ขึ้นอยู่กับว่าแบบจำลองที่ต้องการจัดการกับความต้านทาน ( R ), ความเหนี่ยวนำ ( L ), ความจุ ( C ) และ ค่าการนำไฟฟ้า แบบขนาน (หรือแบบรั่ว) ( G ) ของสายส่งอย่างไร

แบบจำลองหลักสี่แบบ ได้แก่ การประมาณค่าเส้นสั้น การประมาณค่าเส้นกลาง การประมาณค่าเส้นยาว (ด้วยพารามิเตอร์แบบกระจาย) และเส้นที่ไม่สูญเสีย ในแบบจำลองเหล่านี้ ตัวอักษรตัวใหญ่ เช่นRหมายถึงปริมาณรวมที่คำนวณจากความยาวเส้นทั้งหมด และตัวอักษรตัวเล็ก เช่นcหมายถึงปริมาณต่อหน่วยความยาว

การประมาณค่าสายส่งแบบไม่สูญเสียพลังงานนั้นมีความแม่นยำน้อยที่สุด โดยทั่วไปจะใช้กับสายส่งระยะสั้นที่ค่าความเหนี่ยวนำมีค่ามากกว่าค่าความต้านทานมาก สำหรับการประมาณค่านี้ แรงดันและกระแสไฟฟ้าจะมีค่าเท่ากันทั้งที่ต้นทางและปลายทาง

อิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะเป็นค่าจริงบริสุทธิ์ ซึ่งหมายความว่ามีค่าความต้านทานสำหรับอิมพีแดนซ์นั้น และมักเรียกว่าอิมพีแดนซ์กระชาก เมื่อสายส่งที่ไม่มีการสูญเสียถูกต่อกับอิมพีแดนซ์กระชาก แรงดันไฟฟ้าจะไม่ลดลง แม้ว่ามุมเฟสของแรงดันไฟฟ้าและกระแสจะหมุนไป แต่ขนาดของแรงดันไฟฟ้าและกระแสยังคงที่ตลอดสาย สำหรับโหลด > SIL แรงดันไฟฟ้าจะลดลงจากปลายส่ง และสายส่งจะใช้ VARs สำหรับโหลด < SIL แรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นจากปลายส่ง และสายส่งจะสร้าง VARs

โดยปกติแล้ว การประมาณค่าสายสั้นจะใช้กับสายที่มีความยาวน้อยกว่า 80 กิโลเมตร (50 ไมล์) ในกรณีนี้จะพิจารณา เฉพาะค่าความต้านทานอนุกรม Z เท่านั้น ในขณะที่ CและGจะถูกละเลย ผลลัพธ์สุดท้ายคือ A = D = 1 หน่วย, B = Z โอห์ม และ C = 0 ดังนั้น เมทริกซ์การเปลี่ยนผ่านที่เกี่ยวข้องสำหรับการประมาณค่านี้คือ:

${\displaystyle {\begin{bmatrix}V_{\mathrm {S} }\\I_{\mathrm {S} }\\\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}1&Z\\0&1\\\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}V_{\mathrm {R} }\\I_{\mathrm {R} }\\\end{bเมทริกซ์}}}$

การประมาณค่าสายส่งขนาดกลางใช้สำหรับสายส่งที่มีความยาวระหว่าง 80 ถึง 250 กิโลเมตร (50 ถึง 155 ไมล์) โดยพิจารณาอิมพีแดนซ์อนุกรมและค่าการนำไฟฟ้าแบบขนาน (กระแสรั่วไหล) โดยวางค่าการนำไฟฟ้าแบบขนานครึ่งหนึ่งไว้ที่ปลายแต่ละด้านของสายส่ง วงจรนี้มักเรียกว่า วงจร π (พาย)ตามนามเนื่องจากรูปร่าง ( π ) ที่เกิดขึ้นเมื่อวางค่าการนำไฟฟ้าแบบรั่วไหลไว้ทั้งสองด้านของแผนภาพวงจร การวิเคราะห์สายส่งขนาดกลางให้ผลลัพธ์ดังนี้:

${\displaystyle {\begin{aligned}A&=D=1+{\frac {GZ}{2}}{\text{ ต่อหน่วย}}\\B&=Z\Omega \\C&=G{\Big (}1+{\frac {GZ}{4}}{\Big )}S\end{aligned}}}$

พฤติกรรมที่ขัดกับสามัญสำนึกของสายส่งไฟฟ้าระยะกลาง:

• แรงดันไฟฟ้าสูงขึ้นเมื่อไม่มีโหลดหรือมีกระแสไฟฟ้าน้อย ( ปรากฏการณ์เฟอร์รันติ )
• กระแสไฟฟ้าที่ฝั่งรับอาจสูงกว่ากระแสไฟฟ้าที่ฝั่งส่ง

แบบจำลองสายยาวจะใช้เมื่อต้องการความแม่นยำสูงขึ้น หรือเมื่อสายที่พิจารณามีความยาวมากกว่า 250 กิโลเมตร (160 ไมล์) ความต้านทานอนุกรมและค่าการนำไฟฟ้าขนานถือเป็นพารามิเตอร์แบบกระจาย โดยที่ความยาวเชิงอนุพันธ์แต่ละช่วงของสายจะมีค่าอิมพีแดนซ์อนุกรมและค่าการนำไฟฟ้าขนานเชิงอนุพันธ์ที่สอดคล้องกัน สามารถนำผลลัพธ์ต่อไปนี้ไปใช้ได้ ณ จุดใดก็ได้ตามแนวสายส่ง โดยที่คือค่าคงที่การแพร่กระจาย ${\displaystyle \gamma }$

${\displaystyle {\begin{aligned}A&=D=\cosh(\gamma x){\text{ ต่อหน่วย}}\\[3mm]B&=Z_{c}\sinh(\gamma x)\Omega \\[2mm]C&={\frac {1}{Z_{c}}}\sinh(\gamma x)S\end{aligned}}}$

ในการหาแรงดันและกระแสที่ปลายสายยาวควรแทนที่(ความยาวสาย) ด้วยพารามิเตอร์ทั้งหมดในเมทริกซ์การส่งสัญญาณ แบบจำลองนี้ใช้สมการของนักโทรเลข ${\displaystyle x}$${\displaystyle l}$

ระบบไฟฟ้ากระแสตรงแรงสูง (HVDC) ใช้ในการส่งพลังงานปริมาณมากในระยะทางไกล หรือสำหรับการเชื่อมต่อระหว่างโครงข่ายไฟฟ้าที่ไม่ซิงโครนัสกัน เมื่อส่งพลังงานไฟฟ้าในระยะทางไกลมาก พลังงานที่สูญเสียไปในการส่งไฟฟ้ากระแสสลับจะมากพอสมควร และการใช้ไฟฟ้ากระแสตรงจะประหยัดกว่า สำหรับสายส่งระยะไกล การสูญเสียที่ต่ำกว่า (และต้นทุนการก่อสร้างสายส่งไฟฟ้ากระแสตรงที่ลดลง) สามารถชดเชยต้นทุนของสถานีแปลงไฟฟ้าที่จำเป็นในแต่ละปลายทางได้

HVDC ใช้สำหรับสายเคเบิลใต้น้ำที่มี ความยาวมาก ซึ่งไม่สามารถใช้ AC ได้เนื่องจากความจุของสายเคเบิล^{[ 36 ]}ในกรณีเหล่านี้ จะใช้ สายเคเบิลแรงดันสูง พิเศษ ระบบ HVDC ใต้น้ำมักใช้เพื่อเชื่อมต่อโครงข่ายไฟฟ้าของเกาะต่างๆ เช่น ระหว่างบริเตนใหญ่และทวีปยุโรประหว่างบริเตนใหญ่และไอร์แลนด์ ระหว่างแทสเมเนียและแผ่นดินใหญ่ของออสเตรเลีย ระหว่างเกาะเหนือและเกาะใต้ของนิวซีแลนด์ ระหว่างนิวเจอร์ซีย์และนครนิวยอร์กและระหว่างนิวเจอร์ซีย์และลองไอส์แลนด์มีการติดตั้งการเชื่อมต่อใต้น้ำที่มีความยาวถึง 600 กิโลเมตร (370 ไมล์) ^{[ 37 ]}

ระบบส่งกำลังไฟฟ้ากระแสตรงแรงสูง (HVDC) สามารถใช้ควบคุมปัญหาของโครงข่ายไฟฟ้าได้ กำลังไฟฟ้าที่ส่งผ่านสายส่งไฟฟ้ากระแสสลับจะเพิ่มขึ้นเมื่อมุมเฟสระหว่างแรงดันต้นทางและปลายทางเพิ่มขึ้น แต่หากมุมเฟสใหญ่เกินไป จะทำให้ระบบที่ปลายทั้งสองข้างไม่สอดคล้องกัน เนื่องจากกำลังไฟฟ้าที่ไหลในระบบส่งกำลังไฟฟ้ากระแสตรงถูกควบคุมอย่างอิสระจากเฟสของเครือข่ายไฟฟ้ากระแสสลับที่เชื่อมต่อ ดังนั้นจึงไม่มีข้อจำกัดเรื่องมุมเฟส และระบบส่งกำลังไฟฟ้ากระแสตรงจึงสามารถส่งกำลังไฟฟ้าได้เต็มพิกัดเสมอ ดังนั้น ระบบส่งกำลังไฟฟ้ากระแสตรงจึงช่วยรักษาเสถียรภาพของโครงข่ายไฟฟ้ากระแสสลับที่ปลายทั้งสองข้าง เนื่องจากสามารถควบคุมการไหลของกำลังไฟฟ้าและมุมเฟสได้อย่างอิสระ

ยกตัวอย่างเช่น การปรับการไหลของกระแสไฟฟ้าสลับ (AC) บนสายส่งสมมติระหว่างซีแอตเติลและบอสตันจะต้องปรับเฟสสัมพัทธ์ของโครงข่ายไฟฟ้าสองภูมิภาค ซึ่งเป็นเรื่องปกติในระบบไฟฟ้ากระแสสลับ แต่ก็อาจเกิดการหยุดชะงักได้เมื่อส่วนประกอบของระบบไฟฟ้ากระแสสลับเสียหายและทำให้เกิดภาระที่ไม่คาดคิดบนโครงข่าย ในทางกลับกัน หากใช้สายส่งไฟฟ้ากระแสตรงแรงสูง (HVDC) การเชื่อมต่อดังกล่าวจะเป็นดังนี้:

• แปลงระบบ AC ในซีแอตเติลให้เป็น HVDC;
• ใช้ระบบส่งไฟฟ้ากระแสตรงแรงสูง (HVDC) สำหรับการส่งไฟฟ้าข้ามประเทศระยะทาง 3,000 ไมล์ (4,800 กิโลเมตร) และ
• แปลงระบบจ่ายไฟแรงสูงกระแสตรง (HVDC) ให้เป็นระบบไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) ที่ซิงโครไนซ์กับระบบท้องถิ่นในบอสตัน

(และอาจรวมถึงเมืองอื่นๆ ที่ให้ความร่วมมือตามเส้นทางส่งไฟฟ้าด้วย) ระบบดังกล่าวอาจมีโอกาสล้มเหลวน้อยลงหากบางส่วนของระบบหยุดทำงานกะทันหัน ตัวอย่างหนึ่งของสายส่งไฟฟ้ากระแสตรงระยะยาวคือPacific DC Intertieซึ่งตั้งอยู่ในภาคตะวันตกของสหรัฐอเมริกา

ปริมาณพลังงานที่สามารถส่งผ่านสายส่งไฟฟ้าได้นั้นแตกต่างกันไปตามความยาวของสายส่ง ความร้อนที่เกิดขึ้นกับตัวนำไฟฟ้าในสายส่งระยะสั้นเนื่องจากการสูญเสียพลังงานในสายส่งนั้นเป็นตัวกำหนดขีดจำกัดทางความร้อน หากดึงกระแสไฟฟ้ามากเกินไป ตัวนำอาจหย่อนตัวลงใกล้พื้นดินมากเกินไป หรือตัวนำและอุปกรณ์อาจร้อนเกินไป สำหรับสายส่งที่มีความยาวปานกลางประมาณ 100 กิโลเมตร (62 ไมล์) ขีดจำกัดจะถูกกำหนดโดยแรงดันตกในสายส่ง สำหรับสายส่งไฟฟ้ากระแสสลับที่ยาวกว่านั้นความเสถียรของระบบจะกลายเป็นปัจจัยจำกัด โดยประมาณแล้ว พลังงานที่ไหลผ่านสายส่งไฟฟ้ากระแสสลับจะเป็นสัดส่วนกับค่าโคไซน์ของมุมเฟสของแรงดันและกระแสที่ปลายสาย

มุมนี้จะแตกต่างกันไปตามภาระของระบบ ไม่ควรให้มุมเข้าใกล้ 90 องศา เพราะกำลังไฟฟ้าที่ไหลผ่านจะลดลงในขณะที่การสูญเสียจากความต้านทานยังคงอยู่ ผลคูณของความยาวสายส่งและภาระสูงสุดจะแปรผันโดยประมาณกับกำลังสองของแรงดันไฟฟ้าของระบบ ตัวเก็บประจุแบบอนุกรมหรือหม้อแปลงเฟสจะถูกใช้ในสายส่งยาวเพื่อเพิ่มเสถียรภาพ สายส่ง HVDC มีข้อจำกัดเพียงแค่ขีดจำกัดด้านความร้อนและแรงดันตกเท่านั้น เนื่องจากมุมเฟสไม่มีความสำคัญ

การทำความเข้าใจการกระจายอุณหภูมิไปตามเส้นทางของสายเคเบิลเป็นไปได้ด้วยการนำ ระบบ ตรวจวัดอุณหภูมิแบบกระจาย (DTS) มาใช้ ซึ่งสามารถวัดอุณหภูมิได้ตลอดแนวสายเคเบิล หากไม่มีระบบเหล่านี้ กระแสไฟฟ้าสูงสุดมักจะถูกกำหนดโดยคำนึงถึงความสมดุลระหว่างการทำความเข้าใจสภาวะการทำงานและการลดความเสี่ยง ระบบตรวจสอบนี้ใช้ใยแก้วนำแสง แบบพาสซีฟ เป็นเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ โดยอาจติดตั้งไว้ภายในสายเคเบิลแรงดันสูงหรือติดตั้งภายนอกบนฉนวนของสายเคเบิลก็ได้

สำหรับสายเคเบิลเหนือศีรษะ เส้นใยจะถูกรวมเข้ากับแกนกลางของสายเฟส โซลูชันการประเมินความสามารถในการรับน้ำหนักของสายเคเบิลแบบไดนามิก (DCR) และการประเมินความสามารถในการรับความร้อนแบบเรียลไทม์ (RTTR) ที่ผสานรวมเข้าด้วยกัน ทำให้สามารถใช้งานเครือข่ายได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถคาดการณ์พฤติกรรมของระบบส่งสัญญาณเพื่อสะท้อนการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญต่อสภาวะการทำงานเริ่มต้นได้

บริษัทสาธารณูปโภคบางแห่งได้นำการเปลี่ยนสายส่งไฟฟ้ามาใช้เพื่อรองรับการผลิตไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น การเปลี่ยนสายส่งไฟฟ้าคือการเปลี่ยนสายส่งไฟฟ้าที่มีอยู่เดิมด้วยสายส่งที่มีความจุสูงกว่า การเพิ่มสายส่งไฟฟ้าเป็นเรื่องยากเนื่องจากต้นทุน ระยะเวลาการขออนุญาต และการต่อต้านจากคนในท้องถิ่น การเปลี่ยนสายส่งไฟฟ้ามีศักยภาพที่จะเพิ่มปริมาณไฟฟ้าที่สามารถส่งผ่านสายส่งได้เป็นสองเท่า^{[ 38 ]}รายงานปี 2024 พบว่าสหรัฐอเมริกาตามหลังประเทศต่างๆ เช่น เบลเยียมและเนเธอร์แลนด์ในการนำเทคนิคนี้มาใช้เพื่อรองรับการใช้ไฟฟ้าและพลังงานหมุนเวียน^{[ 39 ]}ในเดือนเมษายน 2022 รัฐบาลไบเดน ได้ปรับปรุงกระบวนการตรวจสอบด้านสิ่งแวดล้อมสำหรับโครงการดังกล่าว และในเดือนพฤษภาคม 2022 ได้ประกาศให้ทุนสนับสนุนแบบแข่งขันสำหรับโครงการเหล่านี้ โดยได้รับเงินทุนจาก กฎหมายโครงสร้างพื้นฐานแบบสองพรรคปี 2021 และกฎหมายลดเงินเฟ้อ ปี 2022 ^{[ 40 ]}

อัตราการขยายการส่งไฟฟ้าจำเป็นต้องเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าเพื่อรองรับการใช้ไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องและบรรลุเป้าหมายการลดการปล่อยมลพิษ ณ ปี 2022 มีโครงการโรงไฟฟ้าและระบบกักเก็บพลังงานมากกว่า 10,000 โครงการที่รอการอนุมัติเพื่อเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าของสหรัฐฯ ซึ่ง 95% เป็นแหล่งพลังงานที่ปล่อยคาร์บอนเป็นศูนย์ การวางแผน ขออนุญาต และก่อสร้างสายส่งไฟฟ้าใหม่อาจใช้เวลา 10 ปี^{[ 38 ]}

สายส่งไฟฟ้าแบบดั้งเดิมใช้แกนเหล็กที่ล้อมรอบด้วยเส้นอลูมิเนียม ( สายเคเบิลอลูมิเนียมตัวนำเสริมเหล็ก ) การแทนที่เหล็กด้วยวัสดุคอมโพสิตที่เบาและแข็งแรงกว่า เช่นเส้นใยคาร์บอน ( ตัวนำ ACCC ) ช่วยให้สายส่งสามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิสูงขึ้น มีการหย่อนตัวน้อยลง และมีความสามารถในการส่งกำลังเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า การลดการหย่อนตัวของสายส่งที่อุณหภูมิสูงสามารถป้องกันการเกิดไฟป่าเมื่อสายส่งไฟฟ้าสัมผัสกับพืชพรรณแห้งได้^{[ 39 ]}แม้ว่าสายส่งขั้นสูงจะมีราคาแพงกว่าเหล็ก 2-4 เท่า แต่ต้นทุนการเปลี่ยนตัวนำทั้งหมดนั้นน้อยกว่าครึ่งหนึ่งของสายส่งใหม่ เนื่องจากประหยัดเวลา การจัดหาที่ดิน การขออนุญาต และการก่อสร้าง^{[ 38 ]}

โครงการปรับปรุงสายส่งไฟฟ้าในเท็กซัสตะวันออกเฉียงใต้ได้ปรับปรุงสายส่งไฟฟ้าระยะทาง 240 ไมล์ด้วยต้นทุน 900,000 ดอลลาร์ต่อไมล์ เทียบกับโครงการสร้างใหม่ระยะทาง 3,600 ไมล์ซึ่งมีต้นทุนเฉลี่ย 1.9 ล้านดอลลาร์ต่อไมล์^{[ 38 ]}

To ensure safe and predictable operation, system components are controlled with generators, switches, circuit breakers and loads. The voltage, power, frequency, load factor, and reliability capabilities of the transmission system are designed to provide cost effective performance.

The transmission system provides for base load and peak load capability, with margins for safety and fault tolerance. Peak load times vary by region largely due to the industry mix. In hot and cold climates home air conditioning and heating loads affect the overall load. They are typically highest in the late afternoon in the hottest part of the year and in mid-mornings and mid-evenings in the coldest part of the year. Power requirements vary by season and time of day. Distribution system designs always take the base load and the peak load into consideration.

The transmission system usually does not have a large buffering capability to match loads with generation. Thus generation has to be kept matched to the load, to prevent overloading generation equipment.

Multiple sources and loads can be connected to the transmission system and they must be controlled to provide orderly transfer of power. In centralized power generation, only local control of generation is necessary. This involves synchronization of the generation units.

In distributed power generation the generators are geographically distributed and the process to bring them online and offline must be carefully controlled. The load control signals can either be sent on separate lines or on the power lines themselves. Voltage and frequency can be used as signaling mechanisms to balance the loads.

In voltage signaling, voltage is varied to increase generation. The power added by any system increases as the line voltage decreases. This arrangement is stable in principle. Voltage-based regulation is complex to use in mesh networks, since the individual components and setpoints would need to be reconfigured every time a new generator is added to the mesh.

In frequency signaling, the generating units match the frequency of the power transmission system. In droop speed control, if the frequency decreases, the power is increased. (The drop in line frequency is an indication that the increased load is causing the generators to slow down.)

Wind turbines, vehicle-to-grid, virtual power plants, and other locally distributed storage and generation systems can interact with the grid to improve system operation. Internationally, a slow move from a centralized to decentralized power systems have taken place. The main draw of locally distributed generation systems is that they reduce transmission losses by leading to consumption of electricity closer to where it was produced.^[41]

Under excess load conditions, the system can be designed to fail incrementally rather than all at once. Brownouts occur when power supplied drops below the demand. Blackouts occur when the grid fails completely.

Rolling blackouts (also called load shedding) are intentionally engineered electrical power outages, used to distribute insufficient power to various loads in turn.

Grid operators require reliable communications to manage the grid and associated generation and distribution facilities. Fault-sensing protective relays at each end of the line must communicate to monitor the flow of power so that faulted conductors or equipment can be quickly de-energized and the balance of the system restored. Protection of the transmission line from short circuits and other faults is usually so critical that common carrier telecommunications are insufficiently reliable, while in some remote areas no common carrier is available. Communication systems associated with a transmission project may use:

• Microwaves
• Power-line communication
• Optical fibers

Rarely, and for short distances, pilot-wires are strung along the transmission line path. Leased circuits from common carriers are not preferred since availability is not under control of the operator.

Transmission lines can be used to carry this is called power-line carrier, or power-line communication (PLC). PLC signals can be easily received with a radio in the long wave range.

Optical fibers can be included in the stranded conductors of a transmission line, in the overhead shield wires. These cables are known as optical ground wire (OPGW). Sometimes a standalone cable is used, all-dielectric self-supporting (ADSS) cable, attached to the transmission line cross arms.

Some jurisdictions, such as Minnesota, prohibit energy transmission companies from selling surplus communication bandwidth or acting as a telecommunications common carrier. Where the regulatory structure permits, the utility can sell capacity in extra dark fibers to a common carrier.

โดยทั่วไปการส่งกระแสไฟฟ้าถือเป็นการผูกขาดโดยธรรมชาติแต่ไม่ได้เชื่อมโยงกับการผลิตโดยตรง^{[ 42 ] [ 43 ] [ 44 ]}หลายประเทศควบคุมการส่งกระแสไฟฟ้าแยกต่างหากจากการผลิต

สเปนเป็นประเทศแรกที่จัดตั้งองค์กรส่งไฟฟ้าระดับภูมิภาคในประเทศนั้น การดำเนินงานด้านการส่งไฟฟ้าและตลาดไฟฟ้าแยกออกจากกัน ผู้ดำเนินการระบบส่งไฟฟ้าคือRed Eléctrica de España (REE) และผู้ดำเนินการตลาดไฟฟ้าขายส่งคือ Operador del Mercado Ibérico de Energía – Polo Español, SA (OMEL) OMEL Holding | Omel Holding ^{[ 45 ]}ระบบส่งไฟฟ้าของสเปนเชื่อมต่อกับระบบของฝรั่งเศส โปรตุเกส และโมร็อกโก

การจัดตั้ง RTO ในสหรัฐอเมริกาได้รับการกระตุ้นจากคำสั่ง 888 ของFERC เรื่องการส่งเสริมการแข่งขันในระดับค้าส่งผ่านบริการส่งไฟฟ้าแบบเปิดที่ไม่เลือกปฏิบัติโดยสาธารณูปโภค การกู้คืนต้นทุนที่ค้างชำระโดยสาธารณูปโภคและสาธารณูปโภคด้านการส่งไฟฟ้าซึ่งออกในปี 1996 ^{[ 46 ]}ในสหรัฐอเมริกาและบางส่วนของแคนาดา บริษัทส่งไฟฟ้าดำเนินการอย่างอิสระจากบริษัทผลิตไฟฟ้า แต่ในภาคใต้ของสหรัฐอเมริกา การบูรณาการในแนวดิ่งยังคงอยู่ ในภูมิภาคที่มีการแยกตัว เจ้าของระบบส่งไฟฟ้าและเจ้าของระบบผลิตไฟฟ้ายังคงมีปฏิสัมพันธ์กันในฐานะผู้เข้าร่วมตลาดที่มีสิทธิออกเสียงภายใน RTO ของตน RTO ในสหรัฐอเมริกาอยู่ภายใต้การกำกับดูแลของคณะกรรมการกำกับพลังงานแห่งสหรัฐอเมริกา

โครงการส่งไฟฟ้าเชิงพาณิชย์ในสหรัฐอเมริกา ได้แก่สายเคเบิล Cross SoundจากShoreham รัฐนิวยอร์กไปยังNew Haven รัฐคอนเนตทิคัต สายส่ง Neptune RTS จากSayreville รัฐนิวเจอร์ซีย์ไปยังNew Bridge รัฐนิวยอร์กและPath 15ในแคลิฟอร์เนีย โครงการเพิ่มเติมกำลังอยู่ในระหว่างการพัฒนาหรือได้รับการเสนอทั่วสหรัฐอเมริกา รวมถึงLake Erie Connectorซึ่งเป็นสายส่งใต้น้ำที่เสนอโดย ITC Holdings Corp. เพื่อเชื่อมต่อออนแทรีโอกับหน่วยงานที่ให้บริการโหลดในภูมิภาค PJM Interconnection ^{[ 47 ]}

ออสเตรเลียมีสายส่งเชื่อมต่อระหว่างประเทศที่ไม่ได้รับการควบคุมหรือตามกลไกตลาดเพียงสายเดียว คือBasslinkซึ่งเชื่อมต่อระหว่างแทสเมเนียและวิกตอเรียสายส่ง DC สองสายที่เดิมทีถูกนำมาใช้เป็นสายส่งเชื่อมต่อตามกลไกตลาด ได้แก่DirectlinkและMurraylinkได้ถูกแปลงเป็นสายส่งเชื่อมต่อที่ได้รับการควบคุม^{[ 48 ]}

อุปสรรคสำคัญต่อการนำระบบส่งไฟฟ้าเชิงพาณิชย์มาใช้ในวงกว้างคือความยากลำบากในการระบุว่าใครเป็นผู้ได้รับประโยชน์จากสิ่งอำนวยความสะดวกดังกล่าว เพื่อให้ผู้ได้รับประโยชน์จ่ายค่าธรรมเนียม นอกจากนี้ ยังเป็นเรื่องยากสำหรับสายส่งไฟฟ้าเชิงพาณิชย์ที่จะแข่งขันได้ เมื่อสายส่งไฟฟ้าทางเลือกได้รับการอุดหนุนจากบริษัทสาธารณูปโภคที่มีฐานอัตราค่าบริการแบบผูกขาดและควบคุม^{[ 49 ]}ในสหรัฐอเมริกา คำสั่ง 1000 ของ FERCที่ออกในปี 2010 พยายามลดอุปสรรคต่อการลงทุนของบุคคลที่สามและการสร้างสายส่งไฟฟ้าเชิงพาณิชย์ในกรณีที่พบว่ามีความต้องการนโยบายสาธารณะ^{[ 50 ]}

ต้นทุนการส่งไฟฟ้าแรงสูงค่อนข้างต่ำ เมื่อเทียบกับต้นทุนอื่นๆ ทั้งหมดที่ประกอบเป็นค่าไฟฟ้าของผู้บริโภค ในสหราชอาณาจักร ต้นทุนการส่งไฟฟ้าอยู่ที่ประมาณ 0.2 เพนนีต่อกิโลวัตต์ชั่วโมง เมื่อเทียบกับราคาไฟฟ้าที่ส่งถึงบ้านซึ่งอยู่ที่ประมาณ 10 เพนนีต่อกิโลวัตต์ชั่วโมง^{[ 51 ]}

ระดับการใช้จ่ายเงินทุนในตลาดอุปกรณ์ส่งและจำหน่ายไฟฟ้าคาดว่าจะอยู่ที่ 128.9 พันล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2554 ^{[ 52 ]}

หลักฐานทางวิทยาศาสตร์กระแสหลักชี้ให้เห็นว่า รังสีแม่เหล็กไฟฟ้ากำลังต่ำ ความถี่ต่ำ ที่เกี่ยวข้องกับกระแสไฟฟ้าในครัวเรือนและสายส่งไฟฟ้าแรงสูง ไม่ก่อให้เกิดอันตรายต่อสุขภาพในระยะสั้นหรือระยะยาว

การศึกษาบางชิ้นไม่พบความเชื่อมโยงใดๆ ระหว่างการอาศัยอยู่ใกล้สายส่งไฟฟ้ากับการเกิดโรคหรือความเจ็บป่วยต่างๆ เช่น มะเร็ง การศึกษาในปี 1997 รายงานว่าไม่มีความเสี่ยงเพิ่มขึ้นของโรคมะเร็งหรือความเจ็บป่วยจากการอาศัยอยู่ใกล้สายส่งไฟฟ้า^{[ 53 ]}อย่างไรก็ตาม การศึกษาอื่นๆ รายงานความสัมพันธ์ทางสถิติระหว่างโรคต่างๆ กับการอาศัยหรือทำงานใกล้สายส่งไฟฟ้า ไม่มีการพิสูจน์ผลกระทบต่อสุขภาพในทางลบสำหรับผู้ที่ไม่ได้อาศัยอยู่ใกล้สายส่งไฟฟ้า^{[ 54 ]}

คณะกรรมการบริการสาธารณะแห่งรัฐนิวยอร์กได้ทำการศึกษา^{[ 55 ]}เพื่อประเมินผลกระทบต่อสุขภาพที่อาจเกิดขึ้นจากสนามไฟฟ้า การศึกษานี้วัดความแรงของสนามไฟฟ้าที่ขอบทางสัญจรที่มีอยู่แล้วบนสายส่งไฟฟ้า 765 kV ความแรงของสนามอยู่ที่ 1.6 kV/m และกลายเป็นมาตรฐานความแรงสูงสุดชั่วคราวสำหรับสายส่งไฟฟ้าใหม่ในรัฐนิวยอร์ก ความเห็นนี้ยังจำกัดแรงดันไฟฟ้าของสายส่งไฟฟ้าใหม่ที่สร้างในนิวยอร์กไว้ที่ 345 kV เมื่อวันที่ 11 กันยายน 1990 หลังจากการศึกษาความแรงของสนามแม่เหล็กที่คล้ายกัน NYSPSC ได้ออกแถลงการณ์นโยบายชั่วคราวเกี่ยวกับสนามแม่เหล็กนโยบายนี้กำหนดมาตรฐานสนามแม่เหล็กที่ 200 mG ที่ขอบทางสัญจรโดยใช้พิกัดตัวนำปกติในฤดูหนาว เมื่อเปรียบเทียบกับสิ่งของในชีวิตประจำวัน เครื่องเป่าผมหรือผ้าห่มไฟฟ้าสร้างสนามแม่เหล็ก 100 mG – 500 mG ^{[ 56 ] [ 57 ]}

โดยทั่วไปแล้ว การยื่นขออนุญาตสร้างสายส่งไฟฟ้าใหม่จะต้องมีการวิเคราะห์ระดับสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กบริเวณขอบเขตทางผ่านคณะกรรมการกำกับดูแลกิจการสาธารณูปโภคโดยทั่วไปจะไม่แสดงความคิดเห็นเกี่ยวกับผลกระทบต่อสุขภาพ

ผลกระทบทางชีวภาพได้รับการยืนยันแล้วสำหรับการสัมผัสสนามแม่เหล็กระดับสูง  เฉียบพลัน ที่สูงกว่า 100 μT (1  G ) (1,000 mG) ในสภาพแวดล้อมที่อยู่อาศัย การศึกษาหนึ่งรายงานว่า "มีหลักฐานจำกัดเกี่ยวกับการก่อมะเร็งในมนุษย์ และมีหลักฐานไม่เพียงพอเกี่ยวกับการก่อมะเร็งในสัตว์ทดลอง" โดยเฉพาะอย่างยิ่ง โรคมะเร็งเม็ดเลือดขาวในเด็ก ซึ่งเกี่ยวข้องกับการสัมผัสสนามแม่เหล็กความถี่ไฟฟ้าในที่อยู่อาศัยโดยเฉลี่ยที่สูงกว่า 0.3 μT (3 mG) ถึง 0.4 μT (4 mG) ระดับเหล่านี้เกินกว่าสนามแม่เหล็กความถี่ไฟฟ้าเฉลี่ยในบ้าน ซึ่งอยู่ที่ประมาณ 0.07 μT (0.7 mG) ในยุโรป และ 0.11 μT (1.1 mG) ในอเมริกาเหนือ^{[ 58 ] [ 59 ]}

ความแรงของสนามแม่เหล็กโลกตามธรรมชาติแตกต่างกันไปทั่วพื้นผิวโลก ระหว่าง 0.035 mT และ 0.07 mT (35 μT – 70 μT หรือ 350 mG – 700 mG) ในขณะที่มาตรฐานสากลสำหรับการสัมผัสอย่างต่อเนื่องกำหนดไว้ที่ 40 mT (400,000 mG หรือ 400 G) สำหรับประชาชนทั่วไป^{[ 58 ]}

สารควบคุมการเจริญเติบโตของต้นไม้และสารกำจัดวัชพืชอาจถูกนำมาใช้ในพื้นที่ทางเดินสายส่ง^{[ 60 ]}ซึ่งอาจมีผลกระทบต่อสุขภาพ

ในบางประเทศที่ใช้ไฟฟ้ากระแสสลับความถี่ต่ำสำหรับหัวรถจักรไฟฟ้าหรือรถไฟฟ้าแบบหลายตู้โดยสาร ทางการรถไฟจะดำเนินการ  เครือข่ายไฟฟ้ากระแสสลับ แบบเฟสเดียวแยกต่างหาก ตัวอย่างที่สำคัญคือประเทศอย่างออสเตรีย เยอรมนี และสวิตเซอร์แลนด์ ซึ่งใช้เทคโนโลยีไฟฟ้ากระแสสลับที่ ความถี่ 16 2/3 เฮิรตซ์ นอร์เวย์และสวีเดนก็ใช้ความถี่นี้เช่นกัน แต่ใช้การแปลงจากแหล่งจ่ายไฟสาธารณะ 50 เฮิรตซ์ สวีเดนมีโครงข่ายไฟฟ้ากระแสสลับ 16 2/3 ^{เฮิรตซ์}_แต่  ใช้  ^{เฉพาะ}_บางส่วน  ของระบบเท่านั้น

ตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูง (HTS) สัญญาว่าจะปฏิวัติการกระจายพลังงานโดยการส่งผ่านโดยไม่สูญเสียพลังงาน การพัฒนาตัวนำยิ่งยวดที่มีอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะสูงกว่าจุดเดือดของไนโตรเจนเหลวทำให้แนวคิดของสายส่งไฟฟ้าตัวนำยิ่งยวดเป็นไปได้ในเชิงพาณิชย์ อย่างน้อยก็สำหรับการใช้งานที่มีโหลดสูง^{[ 61 ]}มีการประมาณการว่าการสูญเสียจะลดลงครึ่งหนึ่งเมื่อใช้วิธีนี้ เนื่องจากอุปกรณ์ทำความเย็นที่จำเป็นจะใช้พลังงานประมาณครึ่งหนึ่งของพลังงานที่ประหยัดได้จากการกำจัดการสูญเสียความต้านทาน บริษัทต่างๆ เช่นConsolidated EdisonและAmerican Superconductorเริ่มผลิตระบบดังกล่าวในเชิงพาณิชย์ในปี 2550 ^{[ 62 ]}

สายเคเบิลตัวนำยิ่งยวดเหมาะอย่างยิ่งสำหรับพื้นที่ที่มีความหนาแน่นของโหลดสูง เช่น ย่านธุรกิจของเมืองใหญ่ ซึ่งการซื้อสิทธิ์การใช้ที่ดินสำหรับสายเคเบิลมีค่าใช้จ่ายสูง^{[ 63 ]}

สายส่งไฟฟ้าแบบสายเดี่ยวต่อลงดิน (SWER) หรือสายเดี่ยวต่อลงดิน คือสายส่งไฟฟ้าแบบสายเดี่ยวสำหรับจ่ายพลังงานไฟฟ้าเฟสเดียวไปยังพื้นที่ห่างไกลด้วยต้นทุนต่ำ โดยส่วนใหญ่ใช้สำหรับการจ่ายไฟฟ้าในชนบทแต่ก็ยังใช้สำหรับโหลดขนาดใหญ่ที่แยกตัวอยู่ เช่น ปั๊มน้ำ สายส่งไฟฟ้าแบบสายเดี่ยวต่อลงดินยังใช้สำหรับระบบส่งไฟฟ้ากระแสตรงแรงสูง (HVDC) ผ่านสายเคเบิลใต้น้ำด้วย

ทั้งนิโคลา เทสลาและฮิเด็ตสึคุ ยางิ ต่างพยายามคิดค้นระบบส่งพลังงานไร้สายขนาดใหญ่ในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 และต้นศตวรรษที่ 20 แต่ไม่ประสบความสำเร็จในเชิงพาณิชย์

ในเดือนพฤศจิกายน ปี 2009 LaserMotive ชนะการแข่งขัน NASA 2009 Power Beaming Challenge โดยสามารถส่งพลังงานไปยังเครื่องปีนเคเบิลที่ขึ้นไปในแนวดิ่งได้ 1 กิโลเมตร โดยใช้เครื่องส่งสัญญาณเลเซอร์จากภาคพื้นดิน ระบบดังกล่าวสามารถผลิตพลังงานได้สูงสุดถึง 1 กิโลวัตต์ที่ปลายทางรับสัญญาณ ในเดือนสิงหาคม ปี 2010 NASA ได้ทำสัญญากับบริษัทเอกชนเพื่อดำเนินการออกแบบระบบส่งพลังงานเลเซอร์เพื่อส่งพลังงานไปยังดาวเทียมในวงโคจรต่ำของโลก และเพื่อปล่อยจรวดโดยใช้ลำแสงเลเซอร์

การส่งพลังงานแบบไร้สายได้รับการศึกษาเพื่อใช้ในการส่งพลังงานจากดาวเทียมพลังงานแสงอาทิตย์สู่โลก โดยใช้ชุด ส่งสัญญาณ ไมโครเวฟหรือเลเซอร์กำลังสูงเพื่อส่งพลังงานไปยังตัวรับสัญญาณอย่างไรก็ตาม โครงการดาวเทียมพลังงานแสงอาทิตย์ทุกโครงการล้วนเผชิญกับความท้าทายทางด้านวิศวกรรมและเศรษฐกิจที่สำคัญ

รัฐบาลกลางของสหรัฐอเมริการะบุว่าโครงข่ายไฟฟ้าของอเมริกามีความเสี่ยงต่อสงครามไซเบอร์ [ ^{69 ] [ 70 ] กระทรวง}ความมั่นคงแห่งมาตุภูมิของสหรัฐอเมริกาทำงานร่วมกับภาคอุตสาหกรรมเพื่อระบุช่องโหว่และช่วยให้ภาคอุตสาหกรรมเพิ่มความปลอดภัยของเครือข่ายระบบควบคุม^{[ 71 ]}

ในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2562 รัสเซียยอมรับว่ามีความเป็นไปได้ที่โครงข่ายไฟฟ้า ของตน จะถูกโจมตีทางไซเบอร์โดยสหรัฐอเมริกา^{[ 72 ]}นิวยอร์กไทมส์รายงานว่าแฮกเกอร์ชาวอเมริกันจากหน่วยบัญชาการไซเบอร์ของสหรัฐอเมริกาได้ฝังมัลแวร์ที่อาจสามารถก่อกวนโครงข่ายไฟฟ้าของรัสเซียได้^{[ 73 ]}

• ระบบความจุสูงสุด: 12 GW Zhundong–Wannan (准东-皖南)±1100 kV HVDC ^{[ 74 ] [ 75 ]}
• แรงดันไฟฟ้าสูงสุดในการส่ง (กระแสสลับ):
  • วางแผนไว้: 1.20 MV (แรงดันสูงพิเศษ) บนสาย Wardha-Aurangabad (อินเดีย) วางแผนที่จะใช้งานที่ 400 kV ในช่วงเริ่มต้น^{[ 76 ]}
  • ทั่วโลก: 1.15 MV (แรงดันสูงพิเศษ) บนสาย Ekibastuz-Kokshetau ( คาซัคสถาน ) (ใช้งานที่ 500kv)
• สายส่ง ไฟฟ้าคิตะ-อิวากิ (ญี่ปุ่น) เป็นสายส่งไฟฟ้า แบบสองวงจรที่ใหญ่ที่สุด
• หอคอยที่สูงที่สุด: สะพานข้ามแม่น้ำแยงซี (ประเทศจีน) (ความสูง: 345 เมตร หรือ 1,132 ฟุต)
• Longest power line: Inga-Shaba (Democratic Republic of Congo) (length: 1,700 kilometres or 1,056 miles)
• Longest span of power line: 5,376 m (17,638 ft) at Ameralik Span (Greenland, Denmark)
• Longest submarine cables:
  • As of 29 December 2023, the longest operational land-and-subsea HVDC interconnector is Viking Link between the UK and Denmark at 765 km, surpassing North Sea Link at 720 km.
  • North Sea Link, (Norway/United Kingdom) – (length of submarine cable: 720 kilometres or 447 miles)
  • NorNed, North Sea (Norway/Netherlands) – (length of submarine cable: 580 kilometres or 360 miles)
  • Basslink, Bass Strait, (Australia) – (length of submarine cable: 290 kilometres or 180 miles, total length: 370.1 kilometres or 230 miles)
  • Baltic Cable, Baltic Sea (Germany/Sweden) – (length of submarine cable: 238 kilometres or 148 miles, HVDC length: 250 kilometres or 155 miles, total length: 262 kilometres or 163 miles)
• Longest underground cables:
  • Murraylink, Riverland/Sunraysia (Australia) – (length of underground cable: 170 kilometres or 106 miles)

• Grigsby, LL และคณะ. คู่มือวิศวกรรมพลังงานไฟฟ้า . สหรัฐอเมริกา: CRC Press. (2001). ISBN 0-8493-8578-4
• Hughes, Thomas P., Networks of Power: Electrification in Western Society 1880–1930, The Johns Hopkins University Press, Baltimore 1983 ISBN 0-8018-2873-2, an excellent overview of development during the first 50 years of commercial electric power
• Reilly, Helen (2008). Connecting the Country – New Zealand's National Grid 1886–2007. Wellington: Steele Roberts. pp. 376 pages. ISBN 978-1-877448-40-9.
• Pansini, Anthony J, E.E., P.E. undergrounding electric lines. US: Hayden Book Co, 1978. ISBN 0-8104-0827-9
• Westinghouse Electric Corporation, "Electric power transmission patents; Tesla polyphase system". (Transmission of power; polyphase system; Tesla patents)

Wikimedia Commons has media related to Electric power transmission.

Look up grid electricity in Wiktionary, the free dictionary.