Електромережі: змінного та постійного струму

Ми знаємо, що зараз у нас в стінах 50/60 Гц через переважно історичні причини - ще 100 років тому не було способів підняти / зменшити масштаб постійної напруги.

У наші дні у нас просто проблеми через це - кожен проданий пристрій повинен мати ~ 1uF кришки на 1 Вт потужності, перш ніж у блоку живлення буде достатня потужність, коли ми проходимо через 0. (ця проблема не існує в трифазному живленні, але вона доступна головним чином лише для промислових застосувань AFAIK) + ковпачки повинні мати більш високу номінальну напругу, щоб пережити синусові піки + все це безладдя PFC.

Чи правильно сказати, що якби ми розробляли сучасну електромережу, ми б пропустили змінного струму і просто всюди мали постійний струм? Наскільки я бачу, це значно підвищить надійність та знизить вартість багатьох пристроїв там.

Хлопець Аллі з Intel Research писав про цю тему минулого року - DC - ідея, чий час настав і пішов? - на підтримку сітки 380В постійного струму з наступними пунктами:

• 7% економія енергії проти високоефективного 415VAC; 28% проти поточного типового 208 В змінного струму
• 15% менше капітальних витрат
• На 15% менше компонентів живлення
• 33% економія простору у центрі обробки даних
• 200% Покращення надійності, що досягає 1000%, якщо ви безпосередньо підключите шину акумулятора
• Усунення гармонік і невід'ємний від інших питань якості живлення змінного струму
• Природна спорідненість до поперемінного вироблення енергії (Фотоелектричні та вітрові внутрішньо ~ 400 В постійного струму, і ви фактично втрачаєте енергію та ефективність, коли вас змушують перетворити на змінного струму)

Він додав у коментарях:

Ми дуже навмисно підібрали 380В постійного струму, оскільки ви хочете досягти максимальної напруги, наскільки ви можете собі дозволити. У той же час цей стандарт орієнтований лише на програми низької напруги (<600 В). Ми пішли б вище, але існують структурні бар'єри витрат на 400В постійного струму та 420В постійного струму. На 380Vdc ми залишаємось з тими ж рейтингами об’ємних частин, що і АС, і отримуємо переваги в обсягах витрат на накопичувальну частину для більшості поточних обсягів компонентів живлення змінного струму. Я впевнений, що ви також можете оцінити значні витрати, які мають +/- 340Vdc на персональному захисному обладнанні, тому стандарт дозволяє забезпечити економічну ефективність +/- 190Vdc. Таким чином, ми маємо найвищий рівень ефективності, але рентабельний стандарт. І з прихильністю до інших галузей промисловості, фотографії, вітру, електромобілів та освітлення,

Він також згадує ідею змішаного розподілу змінного та постійного струму всередині будівлі (наприклад, центри обробки даних). Більше про цю ініціативу див. На веб-сайті Альянсу EMerge: http://www.emergealliance.org .

Безпека. Проводити HVDC через розетку не розумно. Відключивши пристрій високого струму без попереднього його вимикання потягне величезну дугу

Коротка відповідь:

Ні.

Довга відповідь:

Перевага змінного струму для розподілу потужності на відстань пояснюється простотою зміни напруг за допомогою трансформатора. Перетворення потужності постійного струму з однієї напруги на іншу вимагає великого обертового обертового перетворювача або двигуна-генератора, що є складним, дорогим, неефективним та потребує обслуговування, тоді як при змінного струму напруга може бути змінено простими та ефективними трансформаторами, що не мають рухомих частин і вимагають дуже невеликого обслуговування.

Пропоноване читання:

Війна течій

Можливо ти правий. Колись AC колись мав величезну перевагу перед постійним струмом. Але у міру того, як вартість перетворювачів постійного струму падала, відносна перевага змінного струму зменшилася, а в деяких випадках переступила. Якби ми сьогодні розробляли нову систему передачі електроенергії, постійний струм повсюдно може зменшити загальні витрати на систему.

Для еквівалентної потужності та поточного рівня та надійності постійному струму потрібні дещо міцніші деталі для вимикачів і запобіжників та блискавкозахисних пристроїв; але змінного струму потрібні трохи дорожчі лінії електропередачі та краща координація генераторів електроживлення, щоб уникнути каскадних збоїв.

Незважаючи на те, що (з історичних причин) обладнання змінного струму має економічні переваги від масового виробництва перед обладнанням постійного струму, дизайнери багатьох останніх систем передачі електроенергії на великі відстані , очевидно, вирішили, що використання високовольтного постійного струму (як правило, 200 000 В постійного струму) має нижчу чисті витрати системи, ніж використання змінного струму.

Незважаючи на те, що (з історичних причин) багато літаків і космічного човника використовують 400 Гц 120 В змінного струму, ранні плани міжнародної космічної станції вимагали використовувати 20 000 Гц 440 ВА змінного струму (!), Поки програмні пріоритети не змінилися і інженери не змінилися. до 120 В постійного струму. ( Мукунд Р. Патель, с. 543)

Люди в Google ( a , b ) запропонували виробникам настільних ПК та серверів, що чиста вартість може знизитися, якщо ми перейдемо на "постачання лише для 12В", які перетворюють мережу живлення змінного струму в 12 В постійного струму, і тоді материнській платі комп'ютера потрібно лише 12 В постійного струму , який він спрямовується на будь-який збір напруги, який він потребує (як і більшість ноутбуків), а не на поточну конфігурацію живлення ATX, яка має товстий пучок проводів із строкатим асортиментом напруг.

Лі Фельсенштейн та Дуглас Адамс пішли ще далі і попросили когось розробити стандартну систему розподілу 12 VDC. ( c , d )

Є ще один момент, який мені подобається додати, чому ми не можемо пропустити змінного струму на мою думку. Довгі траси, особливо кабелі, краще проводити в постійному струмі (через індуктивність / ємність, які дорогі для обробки на більшій відстані.)

Найголовніше, що HVDC-лінії є точковими. Сітка з сіткою постійного струму - це зовсім інша історія. Якщо в будь-якій точці сітки виникає помилка, наприклад, дерево падає на лінію, вся сітка сітки знижена (напруга падає до майже нуля, і перетворювачі повинні вимикатися).
У змінного струму на імпеданзе здебільшого впливає індуктивність, тому ми маємо набагато більший імпеданс, як у постійному струмі, де імпеданзе викликає малий опір. Якщо дерево потрапляє в лінію змінного струму, волат в цій точці дорівнює нулю. Але високий похибний струм і високий опір створюють велику напругу. Тож тільки ця лінія знаходиться поза, інші (якщо не дуже близькі) мають (майже) свою нормальну напругу. У постійному струмі імпеданс дуже малий, тому волат у всій сітчастій сітці падає майже до нуля, і не тільки одна лінія, а вся сітка знижена. Крім того, ви повинні знати, що співвідношення продуктивності та споживання енергії в змінного струму здійснюється через частоту. У постійному струмі це здійснюється за допомогою напруги. Це повинно зробити очевидним, що така велика проблема з напругою зовсім не добре.
Якщо хтось захоче перенести якусь значну потужність над цією мережею з низьким рівнем волату або хоче підняти волат вище, потрібні дуже великі струми, такі великі, що лінії просто тануть. Тому перетворювачі вимикаються (затемнення) і чекають, поки лінія буде відремонтована і готова.

Коротка відповідь: Не так швидко Довше: твердотільні перетворювачі досить хороші. Трансмісія з довгого перевезення має багато переваг. Короткий перевезення, мабуть, все ще виграє від трансформаторів.

Додаткова інформація: У світі є деякі лінії постійного струму. Візьмемо для прикладу лінію HVDC на Itaipu , вона залишається однією з найважливіших установок HVDC у світі. Це лінія потужністю 6300 МВт із довжиною 780 км.