Sistem yang bersaing

Sistem pengagihan bekalan elektrik DC Edison terdiri daripada penjana elektrik yang membekalkan elektrik kepada pengalir pengagihan yang berat, dengan beban pengguna {pencahayaan dan motor) disambungkan kepadanya. Sistem tersebut beroperasi pada paras voltan yang setara; misalnya, lampu 100 volt pengguna disambungkan ke penjana 110 volt, untuk membenarkan sedikit jatuhan voltan di antara penjana serta beban. Paras voltan dipilih untuk memudahkan pengeluaran lampu; lampu pijar berfilamen karbon berintangan tinggi mampu bertahan pada voltan 100 volt, serta untuk menjadikan prestasi pencahayaan agar setanding dengan lampu gas dari segi ekonomi. Pada masa tersebut, dirasakan 100 volt tidak mendedahkan pengguna kepada bahaya renjatan elektrik. Kini voltan 110 volt DC dikategorikan sebagai voltan rendah ekstra.

Untuk menjimatkan kos pengalir kuprum, sistem pengagihan tiga wayar digunakan. Masing-masing membawa voltan +110 volt, 0 volts dan −110 volt. Lampu 100 volt boleh disambung pada salah satu penyambung +110 atau −110 volt pada sistem serta pengalir 0 volt (wayar neutral), yang hanya membawa arus tidak seimbang antara punca positif dan negatif. Hasilnya, sistem tiga wayar ini menggunakan kurang wayar kuprum pada satu kuantiti tenaga elektrik yang dijana, sementara masih mengekalkan voltan rendah. Walau bagaimanapun, jatuhan voltan akibat rintangan dalam pengalir adalah begitu tinggi sehinggakan penjana elektrik perlu ditempatkan pada jarak lebih kurang sebatu (1–2 km) daripada beban. Voltan yang lebih tinggi tidak dapat digunakan dengan mudah pada sistem DC disebabkan tiada teknologi berkos rendah yang mampu membenarkan pengurangan voltan penghantaran tinggi ke voltan penggunaan rendah.

Sementara itu pula, dalam sistem arus ulang-alik, sebuah transformer digunakan di antara pertengahan sistem penghantaran bervoltan tinggi dan beban pengguna. Lampu dan motor elektrik kecil masih boleh dikendalikan pada voltan rendah. Walau bagaimanapun, transformer membenarkan tenaga elektrik dihantar pada voltan yang lebih tinggi, katakan sepuluh kali nilai voltan beban. Pada satu nilai kuantiti kuasa elektrik yang dihantar, saiz wayar berkadaran songsang dengan voltan yang digunakan; atau dengan kata lain: panjang litar, pada satu saiz wayar dan jatuhan voltan dibenarkan yang diberikan, boleh bertambah pada kadar menghampiri nilai kuasa dua bagi voltan penghantaran. Hasilnya, penjana elektrik yang semakin besar tetapi semakin sedikit mampu membekalkan tenaga elektrik kepada beban pada satu kawasan tertentu. Beban tinggi, seperti motor elektrik perindustrial ataupun penukar bagi sistem elektrik kereta api, boleh dibekalkan dengan rangkaian pengagihan yang sama dengan rangkaian yang membekalkan tenaga elektrik kepada pencahayaan, dengan menggunakan transformer dengan voltan sekunder yang bersesuaian.

Kehilangan kuasa semasa penghantaran

Kelebihan utama AC bagi kegunaan penghantaran kuasa elektrik ialah voltannya mudah diubah dengan menggunakan transformer. Kuasa adalah hasil darab arus x voltan (P = IV). Diberi satu nilai kuasa tertentu, voltan rendah memerlukan arus yang lebih tinggi manakala voltan tinggi memerlukan arus yang lebih rendah. Memandangkan wayar pengalir mempunyai nilai rintangan tertentu, sebahagian kuasa akan dibazirkan sebagai haba pada wayar. Kehilangan kuasa dikira melalui Hukum Joule iaitu P = I²R. Dengan itu, sekiranya nilai kuasa yang dihantarkan adalah sama, dan diberi had saiz pengalir praktikan, pengantaran voltan rendah berarus tinggi akan mengalami kehilangan kuasa yang lebih teruk daripada sistem penghantaran voltan tinggi berarus rendah. Inilah yang menentukan sama ada DC atau AC yang digunakan dalam sistem penghantaran.

Menukar voltan DC adalah sukar dan mahal kerana ia memerlukan satu penukar rotari yang besar ataupun set motor-penjana, sementara voltan AC boleh ditukar dengan mudah dengan hanya menggunakan transformer yang mudah tetapi cekap tanpa sebarang bahagian bergerak serta tiada penyelenggaraan diperlukan. Inilah kunci utama kejayaan sistem AC. Sistem penghantaran elektrik moden seperti Grid Nasional di Malaysia menggunakan sistem AC dengan voltan setinggi 400 kV. Di sesetengah negara lain pula, voltan bagi sistem grid kebangsaan boleh jadi setinggi 765 kV. [6]

Sebenarnya, talian penghantaran arus ulang-alik juga mempunyai kehilangan kuasa yang tidak terdapat pada arus terus. Akibat daripada "kesan kulit", pengalir akan mempunyai rintangan tinggi jika digunakan pada arus ulang-alik berbanding dengan arus terus; kesan tersebut boleh diukur dan ketara pada pengalir besar yang mengangkut sehingga ribuan ampere. Rintangan tersebut boleh dikurangkan dengan menukar bentuk pengalir daripada jenis teras tunggal kepada berbilang teras dawai.