Uzun mesafelerde güç aktarımı daha iyi AC veya DC nedir?

Bu cevabı ilgili bir soruya buldum . Beni şaşırtan cevabın kısmı:

DC gücünün uzun bir mesafe boyunca iletilmesi verimsiz. Bu nedenle, AC beslemesi güç iletmek için çok daha verimlidir.

Siemens’e göre bunun tam tersi :

Uzun mesafelerde güç iletilmesi gerektiğinde, DC iletimi, yüksek voltajlı AC'ye kıyasla en ekonomik çözümdür.

Ayrıca, Wikipedia'dan

HVDC iletim kayıpları, aynı voltaj seviyelerinde AC hatlarına göre% 30 ila 40 daha düşük olan 1.000 km'de% 3'ten daha düşüktür.

Gönderilen cevap doğru mu?

- - DÜZENLE - -

Chris H çok önemli bir gözlem yaptı (aşağıdaki yorumuna bakın): Bahsettiğim gönderinin bağlamı düşük voltajdı, oysa kör olarak yüksek voltajı düşünüyordum. Gerçekten de cevapları ve yorumlarıyla çok şey öğrendim. Teşekkürler.

Aynı altyapıyı kullanarak DC iletmek daha verimlidir . Bunun nedeni birkaç etkidir:

1. AC ile yaşanan cilt etkisi. DC ile cilt etkisi yoktur.

2. Aynı iletim hatları için DC ile daha yüksek gerilime izin verilir. Hatların tepe voltajına dayanması gerekir. AC ile bu, RMS'den 1.4 kat daha yüksektir. DC ile RMS ve tepe voltajları aynıdır. Bununla birlikte, iletilen güç, RMS'nin tepe değil voltajın geçerli zamanlarıdır.

3. DC ile radyasyon kaybı yok. Uzun iletim hatları anten görevi görür ve bir miktar güç yayar. Bu sadece AC ile olabilir.

4. İndüksiyon kaybı yok. AC akım taşıyan bir tel etrafındaki değişen manyetik alan, yakındaki iletkenlerde indüklenen voltaj ve akıma neden olur. Aslında, iletim hattı bir transformatörün birincil ve yakınındaki kablolar ikincildir. DC akımıyla, manyetik alan değişmez ve bu nedenle güç aktarmaz.

DC'nin bir diğer avantajı, şebekeler arasında senkronizasyon gerektirmemesidir. İki AC şebekesinin birlikte bağlanabilmesi için faz senkronizasyonu yapılması gerekir. Mesafeler, bir döngünün önemli kesirleri olacak kadar büyük olduğunda zorlaşır.

Çevirme tarafı, AC'nin voltajlar arasında dönüştürülmesinin daha kolay olduğu durumdur. Alıcı uçtaki yerel ızgaraya dökmek için DC'yi AC'ye geri dönüştürmek önemsiz bir işlem değildir. Bunu yapmak büyük bir tesis gerektiriyor, bu da önemli bir masraf anlamına geliyor. Bu masraf ancak iletim mesafesi yeterince uzunsa, verimlilik tasarrufları DC-AC dönüşüm tesisinin ömrü boyunca daha ağır basarsa buna değer.

Yüksek gerilimli DC'yi tekrar AC'ye dönüştürmek için gerekenlere bir örnek:

Quebec'teki büyük barajların DC gücü sağ üste giriyor. Bu tesis bunu AC'ye dönüştürür ve gücü Ayer Massachusetts’te 42.5702N 71.5242W’da büyük bir bölgesel AC iletim hattına gönderir .

Bu tesisin kurulması ve işletilmesinin maliyeti, AC yerine DC iletiminin önemli güç tasarrufları nedeniyle buna değer. Senkronizasyon, DC kullanımında da bir faktördü.

Aslında 90'ların ortalarından ortalarına kadar HVDC programları üzerinde çalıştım. Olin Lathrop'un cevabı kısmen doğru, fakat tam değil. Cevabını çok fazla tekrarlamamaya çalışacağım, ancak birkaç şeyi açıklığa kavuşturacağım.

AC için kayıplar öncelikle kablonun endüktansına düşer. Bu AC güç aktarımı için reaktans yaratır . Yaygın bir yanılgı (Olin tarafından tekrarlanan) bunun, bunun etrafındaki şeylere güç aktarmasından kaynaklanıyor olmasıdır. Bu değil - burada Macellan Bulutu ile yarı yarıya arasındaki bir kablo bobini tam olarak aynı reaktansa sahip olacak ve tam olarak aynı elektriksel etkilerin masanıza oturmasına neden olacaktır. Bu nedenle, buna kendinden endüktans denir ve uzun iletim kablosunun kendinden endüktansı gerçekten önemlidir.

Kablo, diğer metal işleri ile endüktif kuplajdan kayda değer bir güç kaybetmez - bu ortak yanlış algılanmanın diğer yarısıdır. Endüktif kuplajın etkinliği, AC frekansının ve kablolar arasındaki mesafenin bir fonksiyonudur. 50 / 60Hz'deki AC iletimi için, frekans o kadar düşüktür ki, herhangi bir mesafedeki endüktif kuplaj tamamen etkisizdir; ve elektriğe çarpılmak istemediğiniz sürece, bu mesafelerin birbirinden birkaç metre uzakta olması gerekir. Bu sadece ölçülebilir bir ölçüde olmaz.

(Unuttuğum bir şeyi eklemek için düzenlendi) Su altında çalışan kablolar için, yapıları nedeniyle çok yüksek kablo kapasitansları da var. Bu farklı bir reaktif kayıp kaynağıdır, ancak aynı şekilde önemlidir. Bunlar sualtı kablolarındaki kayıpların baskın nedeni olabilir.

Olin'in dediği gibi, cilt etkisi AC güç aktarımında daha yüksek direnç sağlar. Uygulamada, esnek kablolara duyulan ihtiyaç bunu daha az sorun haline getiriyor. Önemli gücü iletmek için yeterince kalın olan tek bir kablo, genellikle bir pilondan asılmayacak kadar esnek ve hantal olacaktır; bu nedenle, iletim kabloları, ayırıcılarla ayrı tutulan bir kablo demetinden birleştirilir. Bunu yine de DC ya da AC kullanıyor olmamız gerekirdi. Bununla birlikte, sonuçta telleri demet için cilt etki bölgesine koymaktır. Açıkçası buna dahil mühendislik var ve yine de bazı kayıplar olacak, ancak bu mutlu tesadüfle çok daha düşük olduklarından emin olabiliriz.

Gömülü ve denizaltı kabloları elbette tek kalın bir kablodur, bu nedenle prensip olarak hala cilt etkisiyle ısırılabilirler. Ağır hizmet tipi kablo yapısı genellikle kablo için yapısal bütünlük sağlayan ve bu çekirdeğe sarılmış diğer konektörlerle birlikte güçlü bir merkezi çekirdek kullanacaktır. Yine, AC'de cilt etkisini azaltmak için bizim avantajımıza kullanabiliriz ve hatta HVDC kabloları da aynı şekilde inşa edilir.

Enerji iletimindeki büyük kazanma ise reaktif kayıpları ortadan kaldırıyor.

Olin'in dediği gibi, iki güç şebekesini bir araya getirme konusunda da bir sorun var, çünkü bunlar asla aynı frekans ve fazda olmayacaklar . 20. yüzyılın ortalarında filtrelerin zekice kullanılması, şebekelerin birbirine bağlanmasına izin veriyordu, ancak bunların tasarlanması bilim kadar sanattı ve doğal olarak verimsizdi. Gücünüzü DC'ye aktardıktan sonra, AC'yi hedef ızgara ile aynı frekans ve fazda yeniden yapılandırabilir ve sorundan kaçınabilirsiniz.

Sadece bu değil, faz ve frekansı dengelemek için filtreler kullanmak yerine, AC'den DC'ye ve tekrar AC'ye dönüştürmek daha verimlidir. Bu günlerde şebekeler genellikle arka arkaya şemalarla birleştirilir . Bunlar esas olarak yan yana bir HVDC bağlantısının iki yarısıdır ve kilometrelerce iletim kablosu yerine ikisi arasında devasa bir bara vardır.

Karmaşıklık ve maliyetten bahsediyorlar ( $ $ $ $ $ )

"DC daha az verimlidir" diyen insanlar, "verimlilik" kelimesini dönüşüm donanımının karmaşıklığı ve daha kritik olarak maliyeti gibi tasarım faktörlerinden bahsetmek için kullanıyorlar .

DC / DC dönüştürücülere benzer transformatörler kadar ucuz ve güvenilir olan bir Noel Baba makinemiz varsa, o zaman DC kazanır. (sadece cilt etkisi üzerinde). Bununla birlikte, pratik dünyada botlarınız bağlanır ve yan hakem eldivenleri giyildiğinde, birkaç başka aksama rastlarsınız.

• AC'de, ışığın hızı, yükler hareket ettikçe fazlanma sorunları yaratır - özellikle elektrikli demiryolları için bir sorun, bu nedenle 25 Hz veya 16-2 / 3 Hz gibi ultra düşük frekansları severler. Bu sorun DC ile gider .
• Akımı artıramazsın. Akım tel ısıtma ile sınırlıdır ve tel ısıtma zaten AC'nin RMS'sine dayanmaktadır.
• Yüklü iletim ve dağıtım kuleleri tabanının çoğu 3 fazlı "delta" için yapılmıştır, bu yüzden 3 iletkenleri vardır. DC'de 3 telin hepsini de kullanmak çok zordur, bu nedenle DC , bu kabloların etkin kapasitesini bir kablo harcayarak önemli ölçüde azaltır . Ne kadar? DC, tek fazlı AC ile aynı şekilde ve 3 kablolu 3 faz, sqrt (3) (1.732) kat kadar taşır. Ahh.
• Sen de olabilir gerilimi arttırır. AC hatları, tepe voltajı [peak = RMS * sqrt (2)] için yalıtılmıştır, böylece buna göre DC voltajı hipotetik olarak yükseltebilirsiniz. Ancak...
• DC gücü bir arka çarptığında, sönmesi çok zordur çünkü asla durmaz (AC'den farklı olarak, her sıfır geçişinin arkın sönmesi için bir şans verdiği). Arç arızası tespiti ile adreslenebilir. AC hatlarında, bir açma işleminden sonra otomatik olarak yeniden bağlanacak olan yeniden kaplayıcılar bulunur; Bir DC yeniden kapatıcı, birkaç milisaniyeden kısa bir süre sonra yeniden deneyebilir ve AC sıfır geçişinin etkisini kopyalar.

Diğer her şey eşit DC iletimi, reaktif kayıpların giderilmesi nedeniyle aynı nominal gerilimdeki AC iletiminden daha verimlidir.

Ancak, diğer tüm nadiren eşittir.

1. Belirli bir voltajda DC, yayları AC'den çok daha fazla yaylara eğilimlidir.
2. Ancak nispeten yakın bir zamanda, DC gerilimleri arasında uygun maliyet ve verimlilikle dönüştürme yeteneğini geliştirdik. Yüksek güç seviyelerinde, transformatörlerden daha pahalı ve daha az verimlidir.

Sonuç olarak, DC sistemleri AC sistemlerinden daha düşük voltajlarda çalışmaya meyillidir ve bu da DC'nin verimsiz olma ününe sahip olmasıdır.

Gerilim iletimin maliyeti ve / veya verimi üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Gerilimi yarıya indirirseniz, aynı direnç seviyesini korumak için iletkenlerin boyutunu dört katına çıkarmanız gerekir. Alternatif olarak, aynı boyuttaki iletkenler için dört kat daha fazla kayıp elde edersiniz.

Bunun istisnası, uzun mesafeler boyunca, deniz altı kabloları üzerinden veya senkronize edilmemiş ızgaralar arasında güç aktarımını gösteren çok yüksek güç noktasıdır. Bu durumlarda, şebekede kullanılan AC'nin yüksek gerilimli DC'ye dönüştürülmesiyle ilgili maliyetler ve tehlikeler daha haklı hale gelir.