Jaringan listrik: AC vs DC

11

Kita tahu bahwa kita sekarang memiliki 50/60 Hz di dinding kita karena alasan historis terutama - kembali 100 tahun yang lalu tidak ada cara untuk naik / turun tegangan DC skala.

Saat ini kami hanya memiliki masalah karena itu - setiap perangkat yang dijual harus memiliki ~ 1uF kap per 1W daya sebelum PSU memiliki daya yang cukup ketika kami melewati 0. (masalah ini tidak ada dalam daya 3-fase, tetapi itu tersedia terutama dalam aplikasi industri hanya AFAIK) + caps harus memiliki tegangan pengenal yang lebih tinggi untuk bertahan dari puncak sinus + semua kekacauan PFC ini.

Apakah benar mengatakan bahwa jika kita merancang jaringan listrik modern, kita akan melewatkan AC, dan hanya memiliki DC di mana-mana? Sejauh yang saya lihat, ini akan secara signifikan meningkatkan keandalan & mengurangi biaya banyak perangkat di luar sana.

BarsMonster
sumber
9
@Leon Heller Saya benar-benar mulai kesal dengan betapa singkatnya Anda dengan hal-hal di situs ini. Ini benar-benar tidak diperlukan. Jika Anda tidak menyukai sesuatu, Anda perlu menjelaskan diri sendiri.
Kellenjb
4
Gagasan lain adalah memiliki SMPS terpusat yang dirancang dengan baik untuk setiap rumah, dan menyuplai beberapa voltase DC standar ke outlet khusus, sehingga Anda tidak membuang-buang tembaga dan energi untuk banyak kutil dinding yang tidak efisien dan adaptor bata.
endolith
2
@endolith, itulah gagasan yang selalu saya sukai. Logistik untuk mengubah kisi ke DC sulit terlepas dari kesulitan teknis. Menjaga infrastruktur kami yang ada dan hanya mendistribusikan SMPS akan menjadi rute termurah. Tidak ada alasan rumah tidak bisa menerapkan ini sekarang.
Kellenjb

Jawaban:

7

Guy Allee dari Intel Research menulis tentang topik ini tahun lalu - DC - Sebuah gagasan yang waktunya telah tiba dan pergi? - untuk mendukung jaringan 380VDC, dengan poin-poin berikut:

  • Penghematan Energi 7% vs Efisiensi Tinggi 415VAC; 28% vs Current Typical 208VAC
  • 15% Lebih Sedikit Biaya Modal
  • 15% lebih sedikit komponen PSU
  • Penghematan Ruang Datacenter 33%
  • Peningkatan Keandalan 200%, yang berarti 1000% jika Anda langsung menghubungkan bus baterai
  • Eliminasi harmonisa dan secara inheren kebal terhadap masalah kualitas daya AC lainnya
  • Afinitas alami terhadap pembangkit energi alternatif (Fotovoltaik, dan angin ~ 400Vdc secara internal, dan Anda benar-benar kehilangan energi & efisiensi ketika Anda dipaksa untuk beralih ke AC)

Dia menambahkan dalam komentar:

Kami dengan sengaja memilih 380Vdc karena Anda ingin mendapatkan tegangan setinggi yang Anda mampu untuk efisiensi. Pada saat yang sama standar ini hanya menargetkan aplikasi Tegangan Rendah (<600V). Kita akan menjadi lebih tinggi, tetapi ada hambatan biaya struktural pada 400Vdc dan 420Vdc. Pada 380Vdc kami tetap dengan peringkat bagian volume yang sama dengan yang digunakan AC dan mendapatkan manfaat biaya volume dari membonceng sebagian besar volume komponen pasokan daya AC saat ini. Saya yakin Anda juga dapat menghargai penambahan biaya signifikan yang dimiliki +/- 340Vdc pada peralatan keselamatan pribadi, itulah sebabnya standar memungkinkan distribusi +/- 190Vdc yang hemat biaya. Dengan demikian kami memiliki standar efisiensi tertinggi namun hemat biaya. Dan dengan afinitas antara industri lain, PV, angin, kendaraan listrik, dan pencahayaan,

Dia juga menyebutkan ide distribusi campuran antara AC dan DC di dalam gedung (misalnya pusat data). Untuk informasi lebih lanjut tentang inisiatif itu, lihat situs web EMerge Alliance: http://www.emergealliance.org .

Eryk Sun
sumber
Saya ingin tahu apakah mungkin memiliki 380 di rumah, pasti terlalu berbahaya ...
BarsMonster
2
Ya, kami memiliki 400 V AC 3 fase di hampir semua rumah di sini (Denmark), jadi tentu saja tidak lebih berbahaya daripada apa yang sudah kami lakukan.
dren.dk
Agaknya dia berarti 380VDC sebagai pengumpan ke rumah. Saya ingin tahu apa rencananya untuk transmisi / distribusi aktual. Dia pasti dapat melakukan DC tegangan tinggi (mungkin 3k-200k V tergantung pada jarak / beban pelarian) tetapi harus datang dengan alternatif yang murah dan efisien untuk transformator kutub yang harus mengubah sesuatu pada urutan 3k- 30k VDC hingga 380VDC (dengan asumsi level arus yang sama dengan sistem AC).
Tandai
Ya, itu adalah kisi lokal +/- 190V (dengan, misalnya, 24V outlet di pusat data). Berikut adalah daftar proyek-proyek DC tegangan tinggi Wikipedia: en.wikipedia.org/wiki/List_of_HVDC_projects
Eryk Sun
7

Keamanan. Memiliki HVDC melalui stopkontak tidak cerdas. Cabut perangkat saat ini yang tinggi tanpa mematikannya terlebih dahulu akan menarik busur besar

BullBoyShoes
sumber
1
Gunakan flyback diode.
Eryk Sun
Sama seperti di AC - jika Anda menarik steker di waktu yang tepat, Anda akan memotong 380V ...
BarsMonster
3
AC memadamkan diri ke nol 50/60 kali per detik. Anda TIDAK BISA beralih HVDC dengan cara yang sama seperti AC.
BullBoyShoes
4
@ Eddie - Bahkan memadamkan diri 100/120 kali per detik!
stevenvh
6

Jawaban singkat:

Tidak.

Jawaban panjang:

Keuntungan AC untuk mendistribusikan daya pada jarak jauh adalah karena kemudahan mengubah voltase menggunakan transformator. Mengubah daya DC dari satu tegangan ke tegangan lain memerlukan konverter berputar berputar besar atau motor-generator, yang sulit, mahal, tidak efisien, dan perawatan yang diperlukan, sedangkan dengan AC tegangan dapat diubah dengan transformator sederhana dan efisien yang tidak memiliki bagian yang bergerak dan membutuhkan perawatan yang sangat sedikit.

Bacaan yang disarankan:

Perang Arus

Andrejs Cainikovs
sumber
1
Anda juga harus melihat pembangkit listrik sendiri. Sebagian besar pembangkit listrik menciptakan semacam AC melalui cara mekanis. Apakah ada cara untuk mengubah itu menjadi DC secara efisien, untuk transmisi daya DC pada tingkat tinggi?
jsolarski
1
@Dean, Ada risiko kesehatan dengan berada di dekat gardu? Apakah maksud Anda disetrum?
Kortuk
3
@Andrejako, orang-orang percaya banyak hal, mari tetap berpegang pada sains <3
Kortuk
1
@Kortuk kemungkinan medan magnet menyebabkan kerusakan pada kesehatan manusia. Saya pribadi berpikir ini adalah sampah.
Dekan
2
Saya pikir jawaban ini salah. Jika Anda melihat halaman HVDC di Wikipedia, kerugian dari transmisi DC adalah harus dikonversi ke AC. Alasan mengapa AC dipilih daripada DC adalah bahwa, pada waktu itu, tidak ada cara yang efisien untuk menaikkan dan menurunkan tegangan. Dengan teknologi saat ini, ini tidak lagi menjadi masalah. Tautan listrik jarak jauh baru akhir-akhir ini dibangun menggunakan DC, karena lebih efisien.
Mas
4

Kamu mungkin benar. AC pernah memegang keuntungan besar dibandingkan DC di masa lalu. Tetapi karena biaya konverter DC-DC telah turun, keuntungan relatif dari AC telah menurun dan dalam beberapa kasus menyeberang. Jika kami merancang sistem transmisi daya baru hari ini, DC di mana-mana mungkin mengurangi total biaya sistem.

Untuk daya yang setara dan level serta keandalan saat ini, DC membutuhkan komponen yang sedikit lebih kuat untuk pemutus sirkuit dan sekering serta penangkal petir; tetapi AC membutuhkan saluran transmisi yang sedikit lebih mahal dan koordinasi pembangkit listrik yang lebih baik untuk menghindari kegagalan bertingkat.

Meskipun (karena alasan historis) peralatan AC memiliki keuntungan skala ekonomi produksi massal dibandingkan peralatan DC, para perancang banyak sistem transmisi daya jarak jauh baru- baru ini rupanya memutuskan bahwa menggunakan DC tegangan tinggi (biasanya 200.000 VDC) telah lebih rendah biaya sistem bersih daripada menggunakan AC.

Meskipun (karena alasan historis) banyak pesawat terbang dan Space Shuttle menggunakan 400 Hz 120 VAC, rencana awal untuk stasiun ruang angkasa internasional menyerukan agar menggunakan daya distribusi 20,000 Hz 440 VAC (!), Sampai prioritas program berubah dan para insinyur beralih untuk daya 120 VDC. ( Mukund R. Patel hal. 543)

Orang-orang di Google ( a , b ) telah menyarankan kepada produsen desktop dan server bahwa biaya bersih dapat turun jika kita beralih ke "pasokan 12V saja" yang mengubah daya listrik AC menjadi 12 VDC, dan kemudian motherboard komputer hanya membutuhkan 12 VDC , yang turun ke kumpulan tegangan apa pun yang dibutuhkannya (seperti kebanyakan laptop), daripada konfigurasi catu daya ATX saat ini yang memiliki bundel kabel yang tebal dengan bermacam-macam voltase yang beraneka ragam.

Lee Felsenstein dan Douglas Adams telah melangkah lebih jauh dan meminta seseorang mengembangkan sistem distribusi 12 VDC standar. ( c , d )

davidcary
sumber
1

Ada hal lain, yang ingin saya tambahkan, mengapa kita tidak bisa melewati AC menurut saya. Trek yang panjang, terutama kabel lebih baik dilakukan di DC (karena induktansi / kemampuan yang mahal untuk ditangani pada jarak yang lebih jauh.)

Yang penting adalah, bahwa garis-HVDC adalah point to point. Sebuah grid DC-mesh adalah cerita lain. Jika pada suatu titik grid terjadi kesalahan, misalnya pohon jatuh pada garis, seluruh jaring yang terhubung turun (tegangan turun mendekati nol, dan konverter harus dimatikan).
Dalam AC sebagian besar dipengaruhi oleh induktansi, jadi kami memiliki impedans yang jauh lebih besar seperti di DC, di mana impedanze menghasilkan resistansi kecil. Jika sebuah pohon jatuh ke garis AC, volatge pada titik itu adalah nol. Tetapi kesalahan-arus tinggi dan impedansi tinggi membuat tegangan besar. Jadi hanya garis ini yang keluar, yang lain (jika tidak terlalu dekat) memiliki (hampir) tegangan normal mereka. Di DC impedansinya sangat kecil, sehingga volatge di seluruh grid mesh turun mendekati nol dan tidak hanya satu baris tetapi keseluruhan netnya turun. Anda juga harus tahu, bahwa keseimbangan produksi dan konsumsi daya dalam AC dilakukan melalui frekuensi. Di DC dilakukan melalui Tegangan. Ini harus membuatnya jelas, bahwa masalah besar dengan tegangan tidak baik sama sekali.
Jika seseorang ingin mentransfer kekuatan signifikan atas jaringan ini dengan volume rendah atau ingin membuat volatge lebih tinggi, dibutuhkan arus yang sangat besar, sangat besar, sehingga garis-garisnya akan meleleh. Karena itu konverter mati (blackout) dan menunggu hingga saluran diperbaiki dan siap.

Kai
sumber
0

Jawaban singkat: Tidak terlalu cepat lagi: Konverter solid state cukup bagus. Transmisi jarak jauh memiliki banyak keuntungan. Jangka pendek mungkin masih mendapat manfaat dari transformer.

russ_hensel
sumber
Saya tidak mengerti baik 'Tidak lagi lebih cepat' dan apa yang dikatakan di bagian kedua ... Baik konverter & transformer solid state baik ???? : - |
BarsMonster
0

Info Tambahan: Ada beberapa saluran listrik DC di dunia. Ambil contoh jalur HVDC di Itaipu , tetap di antara instalasi HVDC paling penting di dunia. Ini adalah jalur 6300 MW dengan panjang 780 km.

arthur.b
sumber
2
Mungkin perlu dicatat bahwa instalasi HVDC semacam ini biasanya dilakukan karena alasan lain, yaitu pengisian kapasitansi dari saluran listrik yang sangat panjang menyebabkan arus reaktif yang besar, yang menyebabkan kerugian resistif. Ini tidak menjadi masalah bagi saluran listrik yang lebih pendek, tetapi ketika Anda memiliki saluran listrik yang sangat panjang yang tidak memiliki PDAM untuk memasok daya ke lokal sepanjang, itu sebenarnya menjadi hemat biaya.
Connor Wolf
Alasan umum mengapa tautan DC dipilih adalah untuk membagi wilayah transmisi AC untuk membuatnya lebih mudah untuk dikelola (misalnya, Intertie Pasifik). Atau antara Inggris dan Prancis. Mereka dapat menghubungkan wilayah dengan frekuensi atau fase yang berbeda.
Kevin White