장거리 전력 전송 더 나은 AC 또는 DC는 무엇입니까?

관련 질문에 대한 답변 을 찾았습니다 . 나를 혼란스럽게 만드는 답은 다음과 같습니다.

장거리 DC 전원 전송은 비효율적입니다. 따라서 AC 공급은 전력을 전송하는 데 훨씬 더 효율적입니다.

지멘스에 따르면 그것은 정반대입니다 .

장거리에 걸쳐 전력을 전송해야 할 때마다 DC 전송은 고전압 AC에 비해 가장 경제적 인 솔루션입니다.

또한 Wikipedia에서

HVDC 전송 손실은 1,000km 당 3 % 미만으로 표시되며 동일한 전압 수준에서 AC 라인보다 30 ~ 40 % 적습니다.

게시 된 답변이 맞습니까?

- - 편집하다 - -

Chris H 는 매우 중요한 관찰을했습니다 (아래의 의견 참조). 내가 언급 한 포스트의 맥락은 저전압에 관한 것이 었지만 맹목적으로 고전압에 대해 생각하고있었습니다. 실제로 나는 답변과 의견으로 부하를 배웠습니다. 감사.

거의 동일한 인프라를 사용하여 DC 를 전송하는 것이 더 효율적 입니다. 이것은 몇 가지 효과 때문입니다.

1. AC에 경험 된 피부 효과. DC에는 피부 효과가 없습니다.

2. 동일한 전송 라인에 대해 DC에서 더 높은 전압이 허용됩니다. 라인은 피크 전압을 견뎌야합니다. AC의 경우 RMS보다 1.4 배 높습니다. DC의 경우 RMS와 피크 전압이 동일합니다. 그러나 전송 된 전력은 피크와 전압이 아닌 RMS의 전류 시간입니다.

3. DC의 방사선 손실이 없습니다. 긴 전송선은 안테나 역할을하며 약간의 전력을 방출합니다. AC에서만 가능합니다.

4. 유도 손실이 없습니다. AC 전류를 전달하는 전선 주변의 변화하는 자기장은 근처 도체에서 유도 전압과 전류를 유발합니다. 실제로, 전송 라인은 변압기의 1 차이며, 그 근처의 도체는 2 차입니다. DC 전류의 경우 자기장이 변하지 않으므로 전력이 전달되지 않습니다.

DC의 또 다른 장점은 그리드 간 동기화가 필요하지 않다는 것입니다. 서로 연결하려면 두 개의 AC 그리드를 위상 동기화해야합니다. 거리가 사이클의 상당한 부분이 될만큼 충분히 클 때 까다로워집니다.

반대로 AC는 전압 간 변환이 더 쉽다는 것입니다. 수신 측에서 DC를 AC로 다시 변환하여 로컬 그리드에 덤프하는 것은 쉬운 일이 아닙니다. 이를 위해서는 큰 공장이 필요하며 이는 상당한 비용을 의미합니다. 전송 비용이 충분히 길어 효율 절감이 수명 기간 동안 DC-AC 변환 설비의 비용을 능가 할 정도로만 비용이 가치가 있습니다.

다음은 고전압 DC를 다시 AC로 변환하는 데 필요한 예입니다.

퀘벡의 대형 댐에서 나오는 DC 전원이 오른쪽 상단에 들어갑니다. 이 플랜트는이를 AC로 변환하고 42.5702N 71.5242W 로 Ayer Massachusetts의 대규모 지역 AC 송전선에 전력을 덤프합니다 .

이 플랜트를 구축하고 운영하는 데 드는 비용은 AC 대신 DC를 전송함으로써 전력을 크게 절약하기 때문에 가치가 있습니다. 동기화는 또한 DC를 사용하는 요소였습니다.

나는 실제로 중대에서 90 년대로 거슬러 올라가는 HVDC 체계를 연구했다. Olin Lathrop의 대답은 부분적으로 옳지 만 그다지 정확하지는 않습니다. 그의 대답을 너무 많이 반복하지는 않겠지 만 몇 가지 사항을 정리하겠습니다.

AC의 손실은 주로 케이블의 인덕턴스로 귀속됩니다. 이것은 AC 전력 전송에 대한 리액턴스 를 생성 합니다. Olin에 의해 반복되는 일반적인 오해는 주변의 사물에 힘을 전달하기 때문입니다. 여기가 아닙니다. 여기와 Magellanic Cloud 사이의 중간 코일 와이어는 정확히 동일한 리액턴스를 가지며 책상에 앉아있는 것과 동일한 전기 효과를 유발합니다. 이러한 이유로 자체 인덕턴스 라고 하며 긴 전송 케이블의 자체 인덕턴스는 실제로 중요합니다.

케이블은 다른 금속과의 유도 결합 으로 인해 큰 전력을 잃지 않습니다 . 이것은 일반적인 오해의 절반입니다. 유도 결합의 효과는 AC 주파수와 케이블 간 거리의 함수입니다. 50 / 60Hz에서 AC 전송의 경우 주파수가 너무 낮아서 모든 종류의 거리에서 유도 커플 링이 전혀 효과가 없습니다. 감전을 원치 않는 한, 그 거리는 몇 미터 떨어져 있어야합니다. 이것은 측정 가능한 정도로 발생하지 않습니다.

(내가 잊어 버린 한 가지를 추가하기 위해 편집 됨) 수 중에서 실행되는 케이블의 경우 구조로 인해 케이블 커패시턴스가 매우 높습니다. 이것은 다른 반응성 손실 소스이지만 같은 방식으로 중요합니다. 수중 케이블 손실의 주요 원인이 될 수 있습니다.

Olin에 따르면 피부 효과 는 AC 전력 전송에 더 높은 저항을 유발합니다. 그러나 실제로 유연한 케이블이 필요하므로 이는 문제가되지 않습니다. 상당한 전력을 전송하기에 충분한 두께의 단일 케이블은 일반적으로 철근에 매달기에는 너무 유연하고 다루기 어려울 수 있으므로 전송 케이블은 스페이서와 분리 된 전선 묶음으로 조립됩니다. DC를 사용하든 AC를 사용하든이 작업을 수행해야합니다. 이 결과는 번들의 스킨 효과 영역 내에 와이어를 배치하는 것입니다. 분명히 이것에 관련된 엔지니어링이 있으며, 여전히 약간의 손실이있을 것이지만,이 행복한 우연의 일치로 우리는 그것들이 훨씬 더 낮아질 수 있습니다.

매장 및 해저 케이블은 물론 단일 두꺼운 케이블이므로 원칙적으로 피부 효과에 물릴 수 있습니다. 그러나 튼튼한 케이블 구조는 일반적으로 케이블에 구조적 무결성을 제공하는 강력한 중앙 코어를 사용하며 다른 커넥터는 해당 코어에 감겨 있습니다. 다시, 우리는 AC의 피부 효과를 줄이기 위해 그것을 사용할 수 있으며 HVDC 케이블도 같은 방식으로 제작됩니다.

전력 전송의 큰 승리는 무효 손실을 제거하는 것입니다.

올린이 말한대로 그들이 있기 때문에, 또한 두 개의 전력 그리드에 합류에 문제가 결코 동일 주파수와 위상 수 없습니다. 20 세기 중반에 필터를 영리하게 사용하면 그리드를 연결할 수 있었지만이를 설계하는 것은 과학만큼이나 예술적이며 본질적으로 비효율적이었습니다. DC로 전력을 전송하면 대상 그리드와 동일한 주파수 및 위상으로 AC를 재구성하고 문제를 피할 수 있습니다.

뿐만 아니라 위상과 주파수를 보상하기 위해 필터를 사용하는 대신 AC에서 DC로, 다시 AC로 다시 변환하는 것이 훨씬 더 효율적입니다. 요즘 그리드는 일반적으로 연속 방식 과 결합됩니다 . 이들은 본질적으로 서로 옆에있는 HVDC 링크의 절반이며, 킬로미터의 전송 케이블 대신 두 개의 버스 바 사이에 막대한 버스 바가 있습니다.

그들은 복잡성과 비용에 대해 이야기하고 있습니다 ( $ $ $ $ $ )

"DC의 효율성이 떨어짐"이라고 말하는 사람들은 "효율성"이라는 단어를 사용하여 변환 하드웨어의 복잡성 및보다 중요한 비용 과 같은 설계 요소에 대해 이야기하고 있습니다 .

DC / DC 컨버터를 비슷한 변압기만큼 저렴하고 신뢰할 수있는 산타 클로스 장비가 있다면 DC가 승리합니다. (피부 효과에만). 그러나 실제 세계에서는 부츠가 묶여 있고 라인 맨 장갑이 착용되면 몇 가지 다른 문제가 발생합니다.

• AC에서 빛의 속도는 부하가 움직일 때 위상 문제를 일으 킵니다. 특히 전기 철도의 문제로 25Hz 또는 16-2 / 3Hz와 같은 초 저주파를 선호합니다. 이 문제는 DC와 함께 사라집니다 .
• 전류를 늘릴 수 없습니다. 와이어 가열에 의해 전류가 제한되고 와이어 가열은 이미 AC의 RMS를 기반으로합니다.
• 설치된 전송 및 분배 타워의 대부분은 3 상 "델타"용으로 만들어 졌으므로 3 개의 도체가 있습니다. DC에서 3 개의 와이어를 모두 효과적으로 사용하기는 어렵 기 때문에 DC는 와이어를 낭비하여 이러한 라인 의 유효 용량 을 크게 줄입니다. 얼마나? DC는 단상 AC와 동일하게 전송되며 3 선 3상은 sqrt (3) (1.732) 배만큼 전송됩니다. 아야.
• 당신은 잘 할 수 전압을 증가. AC 라인은 피크 전압 [peak = RMS * sqrt (2)]에 대해 절연되어 있으므로 DC 전압을 가정 할 수 있습니다. 하나...
• DC 전원이 아크에 부딪히면 절대 멈추지 않기 때문에 소화하기가 매우 어렵습니다 (AC와 달리 모든 영점 교차로 아크가 꺼질 수 있습니다). 이는 아크 결함 감지로 해결할 수 있습니다. AC 라인에는 트립 후 자동 재 연결되는 리 클로저가 이미 있습니다. DC 리 클로저는 몇 밀리 초 후에 재 시도 할 수있어 AC 제로 크로싱 효과를 재현합니다.

다른 모든 DC 전송은 무효 손실을 제거하기 때문에 동일한 공칭 전압에서 AC 전송보다 효율적입니다.

그러나 다른 모든 것이 거의 동일하지 않습니다.

1. 주어진 전압에서 DC는 AC보다 아크를 유지하는 것이 훨씬 쉽습니다.
2. 합리적인 비용과 효율로 DC 전압을 변환하는 기능을 개발 한 것은 비교적 최근입니다. 높은 전력 수준에서는 여전히 변압기보다 비싸고 비효율적입니다.

결과적으로 DC 시스템은 AC 시스템보다 낮은 전압에서 작동하는 경향이 있으며 이는 DC가 비효율적이라는 평판을 얻었습니다.

전압은 전송 비용 및 / 또는 효율에 큰 영향을 미칩니다. 전압을 절반으로 줄인 경우 같은 수준의 저항 손실을 유지하려면 도체의 크기를 4 배로 늘려야합니다. 또는 동일한 크기의 도체에 대해 4 배의 손실이 있습니다.

이것에 대한 예외는 장거리, 해저 케이블 또는 동기화되지 않은 그리드 간의 매우 높은 전력 점 간 전력 전송입니다. 이 경우 그리드에 사용되는 AC를 고전압 DC로 변환하는 데 관련된 비용과 위험이보다 정당화됩니다.