Электрические сети: AC против DC

11

Мы знаем, что у нас сейчас 50/60 Гц в наших стенах по главным образом историческим причинам - еще 100 лет назад не было способов увеличить / уменьшить масштаб постоянного напряжения.

В наши дни у нас просто проблемы из-за этого - каждое проданное устройство должно иметь ~ 1 мкФ на 1 Вт мощности, прежде чем его блок питания будет иметь достаточную мощность, когда мы проходим через 0. (Эта проблема не существует в 3-фазной мощности, но он доступен в основном в промышленных приложениях только AFAIK) + колпачки должны иметь более высокое номинальное напряжение, чтобы выдержать синусоидальные пики + все это беспорядок в PFC.

Правильно ли говорить, что если бы мы проектировали современную электросеть, мы бы пропустили переменный ток и просто имели бы постоянный ток везде? Насколько я вижу, это значительно повысит надежность и снизит стоимость многих устройств.

BarsMonster
источник
9
@ Леон Хеллер Я действительно начинаю раздражаться из-за того, как мало у тебя всего на этом сайте. Это действительно не нужно. Если вам что-то не нравится, вам нужно объяснить себя.
Kellenjb
4
Другая идея заключается в том, чтобы иметь централизованный, хорошо спроектированный SMPS для каждого дома и подавать несколько стандартизированных напряжений постоянного тока в специальные розетки, чтобы не тратить медь и энергию на тонны неэффективных настенных бородавок и кирпичных адаптеров.
Эндолит
2
@endolith - это идея, которую я всегда любил. Логистика замены сети на постоянный ток сложна, несмотря на технические трудности. Сохранение нашей существующей инфраструктуры и просто распространение SMPS будет самым дешевым маршрутом. Без причины дома не могут реализовать это сейчас.
Kellenjb

Ответы:

7

Гай Алли из Intel Research написал об этой теме в прошлом году - DC - Идея, время которой пришло и ушло? - в поддержку сети 380 В постоянного тока со следующими пунктами маркировки:

  • Энергосбережение 7% против высокой эффективности 415VAC; 28% против текущего типичного 208VAC
  • 15% меньше капитальных затрат
  • На 15% меньше компонентов блока питания
  • Экономия пространства в ЦОД на 33%
  • Повышение надежности на 200%, что составляет 1000%, если вы напрямую подключаете аккумуляторную шину
  • Устранение гармоник и по своей природе невосприимчив к другим проблемам качества электроэнергии переменного тока
  • Естественное сродство к генерации альтернативной энергии (фотоэлектрическая энергия и энергия ветра составляют ~ 400 В постоянного тока, и вы фактически теряете энергию и эффективность, когда вынуждены переходить на переменный ток)

Он добавил в комментариях:

Мы очень сознательно выбрали 380 В постоянного тока, потому что вы хотите получить максимально высокое напряжение, которое вы можете себе позволить для эффективности. В то же время этот стандарт предназначен только для приложений с низким напряжением (<600 В). Мы бы пошли выше, но есть структурные барьеры стоимости на 400 В постоянного тока и 420 В постоянного тока. При напряжении 380 В пост. Тока мы остаемся с теми же номинальными частями тома, которые использует переменный ток, и получаем преимущества в том, что их объемная экономия достигается благодаря большей части текущих объемов компонентов блока питания переменного тока. Я уверен, что вы также можете оценить существенную стоимость сумматоров, которые имеют +/- 340 В постоянного тока для средств индивидуальной защиты, поэтому стандарт допускает экономичное распределение +/- 190 В постоянного тока. Таким образом, у нас есть высочайшая эффективность и экономичный стандарт. И со сходством среди других отраслей, фотоэлектрических, ветряных, электромобилей и освещения,

Он также упоминает идею смешанного распределения переменного и постоянного тока внутри здания (например, в центрах обработки данных). Подробнее об этой инициативе см. На веб-сайте EMerge Alliance: http://www.emergealliance.org .

Eryk Sun
источник
Интересно, возможно ли иметь 380 дома, должно быть слишком опасно ...
BarsMonster
2
Ну, у нас есть трехфазное напряжение 400 В почти во всех домах (Дания), так что это, безусловно, не более опасно, чем то, что мы уже делаем.
dren.dk
Предположительно он имеет в виду 380В постоянного тока в качестве фидера к дому. Интересно, какие у него планы по фактической передаче / распространению. Он, конечно, может работать с высоким напряжением постоянного тока (возможно, от 3 до 200 кВ, в зависимости от расстояния / нагрузки на трассу), но ему нужно найти дешевую и эффективную альтернативу для полюсного трансформатора, который должен был бы преобразовать что-то порядка 3 кОм. От 30 кВ до 380 В постоянного тока (при условии, что уровни тока аналогичны системам переменного тока).
Отметить
Да, это локальная сеть +/- 190 В (например, с 24 В розетками в центрах обработки данных). Вот список Википедии о проектах постоянного тока высокого напряжения: en.wikipedia.org/wiki/List_of_HVDC_projects
Eryk Sun
7

Безопасность. Наличие HVDC через настенную розетку не является умным. Отключите устройство с высоким током, не отключив его в первый раз, тянет огромную дугу

BullBoyShoes
источник
1
Используйте обратный диод.
Eryk Sun
Точно так же, как в переменном токе - если вы вовремя подключите вилку, вы
отключите 380 В
3
AC сам гасит до нуля 50/60 раз в секунду, хотя. Вы НЕ МОЖЕТЕ переключать HVDC таким же образом, как AC.
BullBoyShoes
4
@Eddie - Он даже сам гасит 100/120 раз в секунду!
Стивенвх
6

Короткий ответ:

Нет.

Длинный ответ:

Преимущество переменного тока для распределения мощности на расстоянии обусловлено легкостью изменения напряжения с помощью трансформатора. Преобразование мощности постоянного тока из одного напряжения в другое требует большого вращающегося вращающегося преобразователя или мотор-генераторной установки, что является трудным, дорогостоящим, неэффективным и требующим технического обслуживания, тогда как при переменном токе напряжение можно изменять с помощью простых и эффективных трансформаторов, не имеющих движущихся частей. и требуют очень мало обслуживания.

Предлагаемое чтение:

Война течений

Андрейс Кайников
источник
1
Вы также должны посмотреть на самих электростанций. Большинство электростанций создают какие-то переменные с помощью механических средств. Существуют ли способы эффективного преобразования этого в постоянный ток для передачи энергии постоянного тока на таких высоких уровнях?
jsolarski
1
@ Дин, есть риск для здоровья, когда ты рядом с подстанцией? Ты хочешь получить удар током?
Кортук
3
@ Andrejako, люди верят во многие вещи, давайте придерживаться науки <3
Кортук
1
@ Kortuk возможность магнитных полей, наносящих вред здоровью человека. Я лично думаю, что это мусор.
декан
2
Я думаю, что этот ответ неверен. Если вы посмотрите страницу HVDC в Википедии, то недостатки передачи постоянного тока заключаются в том, что она должна быть преобразована в переменный ток. Причина, по которой AC был выбран вместо DC, заключалась в том, что в то время не было эффективных средств повышения и понижения напряжения. С технологией сегодня это больше не проблема. Новые линии электропередачи на большие расстояния в наши дни построены с использованием постоянного тока, так как он более эффективен.
Мас
4

Вы можете быть правы. AC когда-то имел огромное преимущество перед DC в прошлом. Но поскольку стоимость преобразователей постоянного тока снизилась, относительное преимущество переменного тока упало и в некоторых случаях пересекается. Если бы мы проектировали новую систему передачи энергии сегодня, постоянный ток повсюду мог бы снизить общие системные затраты.

Для эквивалентных уровней мощности и тока и надежности для постоянного тока требуются немного более прочные детали для выключателей, предохранителей и грозовых разрядников; но переменный ток требует немного более дорогих линий передачи и лучшей координации генераторов энергии, чтобы избежать каскадного сбоя.

Несмотря на то, что (по историческим причинам) оборудование переменного тока обладает преимуществами экономии масштаба при массовом производстве по сравнению с оборудованием постоянного тока, разработчики многих современных систем передачи электроэнергии на большие расстояния , очевидно, решили, что использование высоковольтного постоянного тока (обычно 200 000 В постоянного тока) имеет чистые системные затраты, чем при использовании AC.

Несмотря на то, что (по историческим причинам) многие самолеты и космический челнок используют 400 Гц, 120 В переменного тока, ранние планы международной космической станции предусматривали использование распределительной мощности 440 В переменного тока (!) 20 000 Гц, пока не изменились приоритеты программы и инженеры не переключились. до 120 В постоянного тока. ( Мукунд Р. Патель, стр. 543)

Люди из Google ( a , b ) предложили производителям настольных компьютеров и серверов, что чистая стоимость может снизиться, если мы перейдем на «источники питания только на 12 В», которые преобразуют питание от сети переменного тока в 12 В постоянного тока, а затем материнской плате компьютера требуется только 12 В постоянного тока. , который он понижает до необходимого набора напряжений (как большинство ноутбуков), а не до текущей конфигурации блока питания ATX, которая имеет толстый пучок проводов с пестрым ассортиментом напряжений.

Ли Фельзенштейн и Дуглас Адамс пошли еще дальше и попросили кого-то разработать стандартную систему распределения 12 В постоянного тока. ( с , д )

davidcary
источник
1

Есть еще один момент, который я хотел бы добавить, почему мы не можем пропустить AC по моему мнению. Длинные дорожки, особенно кабели, лучше делать в постоянном токе (из-за индуктивности / емкости, которые дорого обходятся на больших расстояниях.)

Самое главное, что линии HVDC являются точечными. Сетка Mesh-DC - это совсем другая история. Если в любой точке сетки возникает ошибка, например, дерево падает на линию, вся сетчатая сеть падает (напряжение падает почти до нуля, и преобразователи должны отключиться).
В переменном токе импеданс в основном зависит от индуктивности, поэтому мы имеем гораздо больший импеданс, чем в постоянном токе, где импеданс вызывает небольшое сопротивление. Если дерево попадает в линию переменного тока, напряжение в этой точке равно нулю. Но высокий ток ошибки и высокое сопротивление создают большое напряжение. Так что только эта линия отсутствует, остальные (если не очень близко) имеют (почти) свое нормальное напряжение. В постоянном токе полное сопротивление очень мало, поэтому напряжение во всей сетчатой ​​сетке падает почти до нуля, и не только одна линия, но вся сеть падает. Также вы должны знать, что баланс выработки и потребления энергии в сети переменного тока осуществляется через частоту. В постоянном токе это делается через напряжение. Это должно сделать очевидным, что такая большая проблема с напряжением не очень хорошая.
Если кто-то захочет передать какую-либо значительную мощность через эту сеть при низком напряжении или хочет повысить напряжение, нужны очень очень большие токи, настолько большие, что линии просто расплавятся. Поэтому преобразователи отключаются (отключаются) и ждут, пока линия не будет отремонтирована и готова.

Кай
источник
0

Короткий ответ: Не так быстро. Дольше: твердотельные преобразователи довольно хороши. Передача на дальние расстояния имеет много преимуществ. Короткие пути, вероятно, все еще выигрывают от трансформаторов.

russ_hensel
источник
Я не понимаю ни «Не так быстро, длиннее», ни того, что говорится во второй части ... И полупроводниковые преобразователи, и трансформаторы хороши ???? : - |
BarsMonster
0

Дополнительная информация: Есть несколько линий электропередач в мире. Возьмите в качестве примера линию HVDC в Итайпу , она остается одной из самых важных установок HVDC в мире. Это линия 6300 МВт с длиной 780 км.

arthur.b
источник
2
Вероятно, следует отметить, что такого рода установка HVDC обычно выполняется по другим причинам, а именно, зарядка емкости чрезвычайно длинных линий электропередачи приводит к большим реактивным токам, которые вызывают резистивные потери. Это не является большой проблемой для более коротких линий электропередачи, но если у вас есть линии электропередачи с очень большой протяженностью, у которых нет ответвлений для подачи электроэнергии в населенные пункты вдоль их длины, это фактически становится экономически эффективным.
Коннор Вольф
Обычная причина, по которой выбираются каналы постоянного тока, заключается в разделении областей передачи переменного тока для облегчения управления ими (например, Pacific Intertie). Или между Великобританией и Францией. Они могут соединять регионы с разными частотами или фазами.
Кевин Уайт