전력 전송 / 배전 시스템이 DC가 아닌 AC 인 이유는 무엇입니까?

전기 전송 시스템을 DC로 완전히 변환하지 않는 이유는 무엇입니까? 그리드에서 AC를 사용하는 주된 이유는 (테슬라, 당신을 사랑합니다) 라인 손실을 낮추기 위해 ( ) 더 높은 전압으로 변환 할 수있게 하고 도체 크기가 동일하게 유지되는 것이 었습니다 경우, E는 수식 증가된다 E = I는 R 후 난 의 제곱 손실을 감소 차례로 반드시 감소되어야 $P=IE=I^2R$$E$$E=IR$$I$$I$). 그러나 이제는 AC (모든 열, 수력 및 풍력 발전기) 및 DC (태양열 발전기)를 원하는 DC 수준으로, 일반적으로 DC를 사용하는 경향이있는 주거용 또는 상업용 부하로 변환 할 수 있습니다. 필요한 경우 산업용 부하 (일반적으로 모터)에서 AC로 다시 변환 할 수 있습니다.

이러한 방식으로 많은 변압기, 커패시터, 간격 문제 등을 전력망에서 제거하여 효율성을 크게 높이고 배출량과 비용을 줄일 수 있습니다.

여기에 뭔가 빠졌습니까?

몇 가지 이유가 있습니다. 하나 : 전선의 전력 손실은 I ^ 2 * R입니다. 따라서 매우 높은 전압과 낮은 전류에서 전력을 전송하는 것이 좋습니다. AC는 훨씬 더 쉽게 고전압으로 부스팅됩니다 (전자 장치가 필요하지 않음). 실리콘 전자 장치를 사용하여 산업 부하를 높이는 것은 실용적이지 않습니다.

또 다른 하나는 부하에서 쉽게 전환 할 수 있다는 것입니다. DC에 연결된 부하를 끄면 와이어 인덕턴스 및 부하 인덕턴스로 인한 스위치 아크 문제가 발생합니다. 이로 인해 DC 스위치가 더욱 강력 해집니다.

트랜스포머에서 생성 된 60Hz 노이즈는 DC를 벅 및 부스트 한 다음 제안한로드 지점에서 AC로 변환하는 데 필요한 모든 전자 장치에서 발생하는 스위칭 노이즈보다 훨씬 적습니다.

HVDC가 사용됩니다 : HVDC 프로젝트 목록 . HVDC (사이리스터 및 IGBT)에 사용 된 두 가지 주요 기술은 각각 1950 년과 1968 년까지 발명되지 않았습니다. 그동안 국가들은 AC 전송 장비를 제작하고있었습니다. 이미 그리드를 구축하는 데 많은 돈을 소비했을 때 작동하는 것을 대체하는 이유는 무엇입니까? 기존 시스템이 더 이상 작동하지 않을 때까지 기다렸다가 업그레이드하십시오.

데이터는이를 정당화하는 것으로 보입니다. 중국은 많은 HVDC 송전선을 구축하고 있습니다. 돈을 가지고 있기 때문에 실제로 상호 작용 / 경쟁 할 기존 네트워크가 없기 때문입니다. 마찬가지로 유럽과 아메리카에 프로젝트가 있지만 기존 네트워크가 있기 때문에 HVDC가 실제로 빛을 발하는 지역 (수중 시스템)에 더 제한적인 것으로 보이므로 아직 업그레이드 비용이 정당화되지 않습니다.

또한 멀티 포인트 전송이 필요하거나 원하지 않을 때 HVDC가 항상 의미가있는 것은 아닙니다. 이로 인해 HVDC 시스템을 AC 시스템보다 라우팅하기가 어렵습니다.

Mkeith은 요청에 따라 HVDC 배포 의 주요 단점 이 무엇인지에 대한 질문에 답변했습니다 . helloworld922 (현재 가장 투표가 많은 답변)의 "반대 답변"은 HVDC가 사용 된 여러 사례의 방향을 가리 킵니다. 이 모든 엔지니어들은 미쳤을 수 없으므로 HVDC가 의미가있을 때 실제로 여기에서 설명하는 것이 중요하다고 생각합니다. (그런데 OP가 요청한 것보다 더 나은 질문이었을 것입니다.)

우선, AC가 거의 불가능한 경우가 있습니다. 여기에는 50 및 60Hz 시스템 연결과 같이 서로 비동기식으로 작동하는 전원 AC 그리드 연결; 예를 들어 일본에서는 동일본이 50Hz를 사용하고 서일본은 60Hz를 사용합니다. 실제로 HVDC가 유일한 합리적인 선택 인 몇 가지 틈새 응용 프로그램이 있지만 몇 마디로 신 생물에 설명하기 쉽지 않습니다. 좀 더 자세한 목록을 원한다면 (실제 예제와 함께) Delea와 Casazza의 전력 시스템 이해 에 더 긴 목록이 있습니다.

이러한 틈새 사례를 제외하고 총 비용 최적화 가 있음을 강조하는 것이 중요하다고 생각합니다.AC 또는 DC가 전력선을위한 전송 방법인지를 결정할 때 수행 될 수 있고 실제로 수행되어야한다. 두 가지 주요 요인은 회선 자체의 비용 (케이블, 해상이 아닌 경우 해당하는 경우 타워) 및 터미널 비용입니다. 일반적으로 DC 전송 케이블은 3 상 AC의 동급 전력보다 저렴합니다. 이것은 설명하기 쉬운 이유에서 발생합니다 .3 상 AC보다 DC의 전선이 더 적지 만 AC 전선의 절연 (공기 간격 일 수도 있지만 타워 비용으로 해석 됨)은 견뎌야합니다. AC에서 "RMS 전력"(보다 정확하게는 RMS 전압에 해당하는 평균 전력)을 전송하는 것만으로도 이점을 얻을 수 있습니다. 반면에 종단 전원 전자 장치는 AC 변압기보다 HVDC에 더 많은 비용이 듭니다.

이 총 비용 최적화는 실제로 오늘날 HVDC의 주요 응용 분야를 제공합니다. 장거리에 걸쳐 많은 양의 전력을 전송합니다 (태핑 / 중단이없는 의미). HVDC가 AC보다 경제적 인 일반적인 값은 500km 이상 (Delea 및 Casazza에 따라) 500MW 이상을 전송하는 것입니다. 위키피디아 목록 (helloworld922의 답변에 링크 됨)의 많은 (대부분은 아니지만) 예제는 이런 종류입니다. 이러한 사례가 중국, 캐나다 또는 호주에서 온 것보다 놀라운 것은 아닙니다. 유럽에서는 대부분의 중대형 HVDC 전송 라인이 해저 케이블입니다.

아래는 합성 (실제보다는 교과서 수준을 의미하는) 최적화 예가 미리 결정된 전력 수준에 대한 모습이며 비용 대 전송 거리 만 표시됩니다. Kim et al. HVDC 전송은 상기 의 첫 번째 챕터 자유롭게 사용할 .

구체적인 비용 관점에서, HVDC 터미널 구성 요소가 만들어지는 최저 전력에 가까운 값에 대한 값은 다음과 같습니다 ( Laruskain et al. 에 따름 ) .

• 사이리스터 컨버터, 50 MW, 100kV. 단위당 대략적인 값 : 500 EUR / kW
• IGBT 컨버터 쌍, 50MW, +/- 84kV. 단위당 대략적인 값 : 150 EUR / kW
• 변압기, 50 MVA, 69kV / 138kV. 단위당 대략적인 값은 7.5 EUR / kVA입니다.

50 MW의 정류기와 변압기 사이의 20x-60x 가격 비율을 감안할 때 HVDC가 더 낮은 전력으로 축소되지 않는 이유는 분명합니다.

이러한 방식으로 AC 변압기를 사용함으로써 인버터, 정류기, 회전 변압기 등을 전력망에서 제거 할 수있어 효율성이 크게 향상되고 배출 및 비용이 감소합니다.

시카고와 뉴욕에서 DC 전력망은 1990 년대에 꺼졌습니다. 호주 멜버른에서 DC 전력망은 2005 년경에 꺼졌습니다. 결국, DC 전력망에 여전히 연결되어있는 주요 또는 유일한 것은 오래된 건물의 매우 오래된 엘리베이터였습니다. 멜버른에서는 송전선 고장 후 남아있는 각 DC 고객에게 정류기를 제공하고 DC 송전망을 수리 및 교체하는 대신 기존 장비를 AC 그리드에 연결하는 것이 더 저렴했습니다.

AC 전력 전송에는 많은 장점이 있지만 DC 연결은 HV 그리드를 상호 연결하는 데 계속 사용됩니다.

네, 뭔가 빠졌습니다. 최신 트랜지스터 및 기타 전자 부품을 사용하면 DC를 한 지점으로 끌어 올릴 수 있지만 경제적으로 쉽게 또는 MW 전력 수준에서 주요 전송 라인에 필요한 전압까지 효율적으로 수행 할 수는 없습니다.

변압기는 MW 전력 레벨에서 100 kV를 얻는 유일한 실용적인 방법이며 변압기에는 AC가 필요합니다.

테슬라 vs. 에디슨 1880 년대. 결과적으로, 우리의 세대 및 전송 인프라의 99.9 %는 AC입니다. DC로 전환하는 것은 주말에 할 수있는 일이 아닙니다. 인덕션 모터가 장착 된 모든 가전 제품 및 공장은 어떻습니까? DC는 작동하지 않습니다. 그들은 어떤 종류의 대안이 필요합니다. 변전소는 완전히 다시 작성해야합니다. 이 모든 것을 처리하기위한 HVDC 전력 전자 장치는 테스트 및 인증을 받아야합니다. 그리고 아마도 가장 중요한 것은이 모든 것이 비용이 든다는 것입니다. 많은 돈. AC에서 DC 로의 전환이 조만간 발생하는 것을 찾지 마십시오.

차트 6 번 항목의 "여러 터미널 / 탭핑 : 어려움"에 있습니다.

HVDC는 이미 점대 점 링크에 이미 사용되었지만 배전 시스템이 그리드와 유사하고 다중 경로가 많을수록 편리하지 않습니다. 유럽 ​​콤팩트 국가에서 그리드 세그먼트의 평균 방해받지 않는 길이는 ~ 100km의 경제 손익분기 점보다 짧습니다.

개인적으로 AC 그리드를 DC로 도매 전환하기 전에 재생 및 배터리 뱅크가 공급하는 저전압 DC 마이크로 그리드를 배치 할 가능성이 높다고 생각합니다.

누락 된 부분은 다음과 같습니다. 비즈니스 사람이 아닌 엔지니어처럼 생각하고 있습니다. 돈을 따르십시오. 기존 인프라 교체 비용 등을 포함하여 DC로 전환하는 것이 경제적으로 합리적 일 때 발생합니다. DC가 의미가있는 경우 DC가 발생하여 발생합니다.

DC 네트워크에 대한 또 다른 좋은 이유는 다음과 같습니다.

• 고장이 발생하기 쉬운 고가의 반도체 및 커패시터
• 모든 초퍼 및 PFC 회로에서 압도적 인 EMC 번거 로움
• 누출 발생시 부식 증가

안전. 고전압 / 고전류 DC 네트워크 용 회로 차단기를 구축하는 것은 매우 어렵습니다. 퓨즈는 아크의 안전한 담금질을 위해 5 배 커야합니다. 스위치는 그리드의 커패시턴스와 완전히 다른 아크 동작으로 인해 훨씬 ​​더 크고 정교한 블래스트 챔버가 필요합니다.

AC 분배 시스템에서 모든 교류 발전기는 주파수뿐만 아니라 각도로도 동기화되어야합니다. 부하가 증가 할 때마다 발전기의 속도를 늦 춥니 다. 그것은 허용되지 않으며, 힘은 증가해야합니다. 부하가 너무 높으면 연결을 끊어야하며 이로 인해 다른 교류 발전기에 추가적인 부담이 가해집니다. 이론적으로 HVDC는 더 안정적이고 더 관대합니다. ac를 사용하는 이유는 최근까지 더 나은 방법 이었기 때문입니다. 다른 사람들이 언급했듯이 HVDC로 변경하는 것은 비용이 많이 듭니다.

이전의 모든 답변은 OP의 질문을 다루지 만 현지화 된 단기 DC 네트워크와 관련하여 앞서 언급 한 내용에 추가 할 것이라고 생각했습니다. 배전의 다음 '혁명'은 배터리, 태양열 및 기타 재생 에너지에 의해 연료를 공급받는 커뮤니티 그리드를 통해 지역화 된 전력을 제공하는 수요 응답 ( https://en.wikipedia.org/wiki/Demand_response ) 시스템입니다.

Tesla (사람이 아닌 회사)는 이것이 국내 배터리 팩과 함께 어디로 가고 있는지를 보여줍니다. 피크 에너지 비용 시간 동안 배터리로 전환하고 피크가 아닌 동안 PV 등을 통해 배터리를 충전 할 수있는 고유의 법안 절감 효과를 상상해보십시오. .

지역 사회에서 그 역량을 공유하기 위해 몇 개의 주택을 모아서 초과분을 다른 회원 / 커뮤니티에 판매 할 수있는 충분한 자원이있을 수도 있습니다 (영국의 그리드로 이미 판매 할 수 있음). 커뮤니티의 모든 사람이 참여자 인 경우이 유형의 하위 그리드가 HVDC 일 수 있습니다.

고전압 DC가 아직 실용적이지 않은 데는 몇 가지 이유가 있지만 일부 틈새 응용 프로그램에서는 천천히 다시 크롤링됩니다.

• AC 변압기는 수년간의 연구, 개선 및 최적화를 뒷받침 한 매우 강력하고 입증 된 기술이며 DC / AC-- 고주파 변압기 --AC / DC에 비해 훨씬 저렴하며 물론 훨씬 더 안정적입니다.
• AC 시스템 전류는 본질적으로 0을 통과해야하기 때문에 AC 전류를 차단하기가 훨씬 쉽고 AC 회로 차단기는 훨씬 앞서 있기 때문에 부하 또는 단락 상태에서 회로를 차단하는 데 사용되는 회로 차단기는 DC 시스템에서 심각한 문제입니다. 가격에 DC 대응, 현재 기능, 수명 및 ...
• 두 기술이 서로 수년이 지난 지금까지도 수년이 걸리는 시점에 도달하더라도 AC 배급 사업자가 새로운 기술을 적용하는 데 매우 주저하고 신중함을 이해해야합니다.

가정에서 조명 및 컴퓨팅을위한 그리드 외부 사용은 DC를 통해 더욱 효율적입니다. LED 조명은 백열등과 형광등의 일부를 사용합니다. LED는 DC를 사용해야하며, 이러한 이유로 각 LED 조명에는 비효율적이고 고장이 발생하기 쉬운 AC-DC 변환기가 있어야합니다. 실제로 LED 조명의 고장 대부분은 변환 회로로 인한 것이며 LED 광원 자체에는 거의 없습니다.

모든 컴퓨터 및 전자 제품은 DC를 사용합니다. 배터리를 작동 시키거나 AC 주전원에 연결된 경우 정류기 브리지, 강압 변압기, 커패시터, 사이리스터 등으로 구성된 회로를 통해 전자 장치에 필요한 주 AC를 DC로 변환해야합니다.

전기 히터의 가열 필라멘트는 순수 저항 부하이므로 DC 또는 AC를 사용하더라도 신경 쓰지 않습니다. 히터의 팬은 DC 팬이어야합니다.

AC 모터 및 / 또는 압축기 (냉장고, HVAC, 팬, 펌프, 플러그인 기기 등)를 사용하는 기기 나 기기에는 AC가 필요합니다. 점점 더 많은 전동 공구가 플러그인이 아닌 충전식 DC 배터리 팩을 사용하고 있습니다 충전기는 DC입니다.

현장 발전은 태양 광 발전을위한 DC이고 풍력 에너지 및 바이오 매스를위한 기계식 교류 발전기를위한 DC 일 수 있기 때문에, 생성 된 전력을 AC로 변환하기 위해 인버터를 사용하여 사용을 위해 DC로 다시 변환시키는 것은 비효율적입니다 위에서 인용했다.

이것이 현재 시스템이지만, 전력 회사가 계속해서 요금을 인상하고 전송 인프라가 더욱 신뢰할 수 없게됨에 따라 점점 더 많은 가정이 그리드 외부에서 생성 된 DC 전력을 사용하려고합니다. AC를 사용해야하는 장비 및 기기에는 가정용 배터리 스택의 유틸리티 AC 전원 또는 인버터를 계속 사용합니다.

AC는 여전히 500km 미만의 육상 전송을위한 전력 전송을위한보다 경제적 인 선택이지만, 그리드와 무관하게 현지 현장 전력 생성 및 저장에 대한 추세입니다. 전력 회사는 이미 이러한 추세를 알고 있으며, 도시 구매 및 통합을 위해 지방 자치 단체 및 현장 제공 업체와 제휴하고 있습니다.

AC는 긴 오랜 경험, 업계 신뢰, 합리적인 가격의 다양한 제품, 쉽게 이용할 수있는 서비스 및 지원의 혜택을받습니다.

AC 변압기는 방탄 장치입니다. 누군가가 우리의 재산 2000 피트 떨어진 먼쪽에 50A / 240V RV 콘센트를 원한다고 가정 해 봅시다. 일반 변압기를 사용하여 240V 서비스를 최대 2400V까지 가동하고 극선과 다른 변압기를 작동시킬 수 있습니다. 저렴하고 신뢰할 수 있으며 즉시 사용 가능합니다. 변압기 고장에 대해 걱정할 필요가 없습니다. 그리고 서비스가 필요한 경우, 농촌 지역의 전기 기술자가보고있는 것을 알고 지원할 수있는 전기의 수는 0이 아닙니다.

HVDC는 그 어떤 것도 주장 할 수 없습니다.

1960 년대 메인 프레임 세계에서 버로우즈와 스페리와 같은 의상이 IBM의 거의 독점권을 깨뜨 리려고했던 오래된 격언이있다 .

HVDC에서 어떤 시설 관리자가 목을 찌를 것입니까? 오늘은 아니에요 아마 내일 내일 붐이 없습니다.