Передача потужності на великі відстані, що краще змінного чи постійного струму?

Я знайшов цю відповідь на пов'язане питання. Частина відповіді, яка мене бентежить:

Передача постійного струму на велику відстань неефективна. Таким чином, джерело змінного струму є набагато ефективнішим для передачі живлення.

За словами Siemens, це зовсім навпаки :

Щоразу, коли живлення потрібно передавати на великі відстані, передача постійного струму є найбільш економічним рішенням порівняно з високовольтним змінного струму.

Також з Вікіпедії

Втрати передачі HVDC котируються як менше 3% на 1000 км, що на 30-40% менше, ніж на лініях змінного струму, при однакових рівнях напруги.

Чи правильно розміщена відповідь ?

- - EDIT - -

Кріс Х зробив дуже важливе спостереження (див. Його коментар нижче): Контекст поста, про який я згадував, був низької напруги, тоді як я сліпо думав про високу напругу. Дійсно, я дізнався навантаження відповідями та коментарями. Спасибі.

Ефективніше передавати постійний струм, використовуючи приблизно однакову інфраструктуру. Це відбувається через декілька ефектів:

1. Ефект шкіри, відчутий при зміні струму. Немає шкірного ефекту при постійному струмі.

2. Більш висока напруга дозволено з постійним струмом для одних і тих же ліній електропередачі. Лінії повинні витримувати пікову напругу. Що стосується змінного струму, це в 1,4 рази більше, ніж RMS. З постійним струмом RMS і пікові напруги однакові. Однак передана потужність - це поточний час RMS, а не пікова напруга.

3. Немає втрат радіації при постійному струмі. Довгі лінії електропередачі діють як антени і випромінюють деяку потужність. Це може статися лише при змінній струмі.

4. Без індукційних втрат. Змінюється магнітне поле навколо проводу, що проводить струм змінного струму, викликає індуковану напругу та струм у сусідніх провідниках. По суті, лінія електропередачі є первинною частиною трансформатора, а провідники поблизу нього є вторинними. При постійному струмі магнітне поле не змінюється і тому не передає живлення.

Ще однією перевагою постійного струму є те, що він не потребує синхронізації між сітками. Дві сітки змінного струму повинні бути фазово синхронізовані для з'єднання разом. Це стає складним, коли відстані досить великі, щоб бути значними частками циклу.

Зворотний бік полягає в тому, що змінного струму легше перетворювати між напругами. Перетворення постійного струму в змінного струму для скидання його на локальну сітку на кінці прийому не є тривіальним процесом. Для цього потрібно великий завод, що означає значні витрати. Ці витрати коштують лише тоді, коли відстань передачі буде достатньо довгою, щоб економія ефективності перевищувала витрати на установку перетворення постійного струму в постійний струм протягом її життя.

Ось приклад того, що потрібно для перетворення постійного струму високої напруги в змінного струму:

Потужність постійного струму від великих дамб в Квебеку надходить вгорі праворуч. Цей завод перетворює це на змінного струму і скидає електроенергію на велику регіональну лінію електропередачі в Ейер- Массачусетсі при 42.5702N 71.5242 Вт .

Витрати на будівництво та експлуатацію цього заводу варті того, що завдяки значній економії електроенергії при передачі постійного струму замість змінного струму. Синхронізація також була фактором використання постійного струму.

Я фактично працював над схемами HVDC ще в середині-кінці 90-х. Відповідь Оліна Летропа частково правильна, але не зовсім. Я постараюся не повторювати занадто багато його відповіді, але я проясню кілька речей.

Втрати для змінного струму в основному зводяться до індуктивності кабелю. Це створює реактивність передачі змінного струму. Поширене неправильне уявлення (повторене Оліном) полягає в тому, що це пов’язано з передачею влади речам навколо. Це не так - котушка дроту на півдорозі між Магеллановою хмарою матиме точно таку ж реакційну здатність і спричинятиме точно такі ж електричні ефекти, що сиділи на вашому столі. З цієї причини його називають самоіндуктивністю , а самоіндуктивність довгого кабелю передачі справді значна.

Кабель не втрачає значної потужності від індуктивного з’єднання з іншими металоконструкціями - це друга половина поширеної помилки. Ефективність індуктивного зв'язку - це функція частоти змінного струму та відстані між кабелями. Для передачі змінного струму на 50/60 Гц частота настільки низька, що індуктивне з'єднання на будь-якій відстані є абсолютно неефективним; і якщо ви не хочете отримати електричний струм, ці відстані повинні бути на відстані декількох метрів. Це просто не відбувається в якійсь мірній мірі.

(Відредаговано, щоб додати одне, що я забув) Для кабелів, що працюють під водою, є також дуже високі ємності кабелів через їх конструкцію. Це інше джерело реактивних втрат, але суттєво однаково. Це можуть бути домінуючою причиною втрат підводних кабелів.

Як говорить Олін, шкірний ефект викликає більш високий опір передачі живлення змінного струму. На практиці, потреба у гнучких кабелях робить це менш проблемою. Один кабель, достатньо товстий, щоб передавати значну потужність, як правило, був би занадто негнучким і непростим, щоб повісити з пілона, тому кабелі передачі збираються з пучка проводів, утримуваних окремо від прокладок. Нам все одно потрібно це робити, чи ми використовували постійний або змінній. Результатом цього є розміщення проводів у зоні ефекту шкіри для розшарування. Очевидно, що в цьому задіяна інженерія, і все ще будуть деякі втрати, але за цим щасливим збігом обставин ми можемо переконатися, що вони набагато нижчі.

Поховані та підводні кабелі - це єдиний товстий кабель, звичайно, тому в принципі вони все-таки могли покусати шкірним ефектом. Хоча конструкція кабелю з високою експлуатацією, як правило, буде використовувати міцне центральне серцевина, яка забезпечує цілісність конструкції кабелю, з іншими роз'ємами, намотаними на нього. Знову ж таки, ми можемо використати це на нашу користь для зменшення ефекту шкіри при змінного струму, і навіть кабелі HVDC будуть побудовані так само.

Хоча велика перемога в передачі електроенергії - це усунення реактивних втрат.

Як каже Олін, існує також проблема з об'єднанням двох електромереж разом, оскільки вони ніколи не будуть однаково частотою та фазою. Розумне використання фільтрів у середині 20 століття дозволило підключити сітки, але проектування їх було стільки ж мистецтвом, скільки наукою, і вони були по суті неефективними. Як тільки ви передасте свою потужність в постійному струмі, ви зможете відновити змінного струму з точно такою ж частотою та фазою, що і сітка призначення, і уникнути проблеми.

Мало того, але набагато ефективніше перетворювати з змінного струму в постійний струм і повертатися до змінного струму знову, а не намагатися використовувати фільтри для компенсації фази та частоти. Сітки в ці дні зазвичай поєднуються зі схемами "назад до спини" . Це по суті обидві половинки каналу HVDC поруч один з одним з величезною шиною між двома замість кілометрів кабелю передачі.

Вони говорять про складність і вартість ( $ $ $ $ $ $ )

Люди, які говорять «постійний струм менш ефективний», використовують слово «ефективність», щоб поговорити про такі фактори дизайну, як складність обладнання для перетворення та, що більш критично, його вартість .

Якщо у нас є машина Санта-Клауса, яка може випустити перетворювачі постійного та постійного струму настільки ж дешеві і надійні, як і порівнянні трансформатори, то постійний струм виграє. (тільки на вплив шкіри). Однак у практичному світі, як тільки ваші черевики зашнуровані і рукавички з ламелі надіті, ви натрапите на кілька інших зачіпок.

• В умовах змінного струму швидкість світла створює проблеми поетапності, коли навантаження переміщуються - особливо це проблема на електричних залізницях, саме тому їм подобаються наднизькі частоти, як 25 Гц або 16-2 / 3 Гц. Ця проблема відходить від постійного струму .
• Ви не можете збільшити струм. Струм обмежений нагріванням дротом, а нагрівання проводом вже базується на RMS змінного струму.
• Більшість встановлених баз передавальних і розподільних веж виконані для 3-фазної «дельти», тому вони мають 3 провідники. Важко ефективно використовувати всі 3 дроти в постійному струмі, тому постійний струм значно знизить ефективну ємність цих ліній, витрачаючи провід. Скільки? DC переносить те саме, що однофазний змінного струму, а 3-провідний 3-фазний має sqrt (3) (1.732) в рази більше. Ой.
• Ви цілком могли б підвищити напругу. Лінії змінного струму ізольовані для пікової напруги [пік = RMS * sqrt (2)], щоб ви могли гіпотетично підключити постійну напругу до цього. Однак ...
• Після того, як потужність постійного струму вдарить по дузі, її дуже важко загасити, оскільки вона ніколи не припиняється (на відміну від змінного струму, де кожен нульовий перехід дає дузі гасити). Це може бути вирішено при виявленні несправностей дуги. На лініях змінного струму вже є реклосери, які автоматично підключаться після поїздки; реклозер постійного струму міг повторити спробу лише через кілька мілісекунд, повторивши ефект переходу змінного струму змінного струму.

За інших рівних передач постійного струму ефективніше, ніж передача змінного струму при однаковій номінальній напрузі за рахунок усунення реактивних втрат.

Однак все інше рідко буває рівним.

1. При заданій напрузі постійний струм набагато більше схильний до витримки дуг, ніж змінного струму.
2. Лише порівняно недавно ми розробили можливість перетворення між напругами постійного струму з розумною вартістю та ефективністю. На великих рівнях потужності це все-таки дорожче і менш ефективно, ніж трансформатори.

Результатом цього є те, що системи постійного струму прагнуть працювати при менших напругах, ніж системи змінного струму, і саме це дістало постійну постійну популярність.

Напруга має величезний вплив на вартість та / або ефективність передачі. Якщо ви вдвічі зменшите напругу, то для підтримки однакового рівня питомих втрат вам доведеться вчетверо збільшити розмір провідників. Крім того, у вас є чотириразові втрати для одного і того ж розміру провідників.

Виняток з цього полягає в дуже великій точці передачі живлення на великі відстані, над підводними кабелями або між несинхронізованими мережами. У цих випадках витрати та небезпеки, пов'язані з перетворенням змінного струму, що використовується в електромережі, до постійного струму високої напруги стають більш виправданими.