Réseaux électriques: AC vs DC

11

Nous savons que nous avons maintenant 50/60 Hz dans nos murs pour des raisons principalement historiques - il y a 100 ans, il n'y avait aucun moyen d'augmenter / de réduire la tension CC.

De nos jours, nous avons juste des problèmes à cause de cela - chaque appareil vendu doit avoir un plafond d'environ 1 uF par 1 W d'alimentation avant que son alimentation ne soit suffisante pour passer à 0. (ce problème n'existe pas en alimentation triphasée, mais il est disponible principalement dans les applications industrielles uniquement AFAIK) + les bouchons doivent avoir une tension nominale plus élevée pour survivre aux pics sinusoïdaux + tout ce désordre PFC.

Est-il exact de dire que si nous concevions un réseau électrique moderne, nous sauterions le courant alternatif et aurions simplement le courant continu partout? À ma connaissance, cela augmenterait considérablement la fiabilité et réduirait le coût de nombreux appareils.

BarsMonster
la source
9
@Leon Heller Je commence vraiment à être ennuyé par la brièveté des choses sur ce site. Ce n'est vraiment pas nécessaire. Si vous n'aimez pas quelque chose, vous devez vous expliquer.
Kellenjb
4
Une autre idée est d'avoir un SMPS centralisé et bien conçu pour chaque maison, et de fournir quelques tensions CC normalisées à des prises spéciales, afin de ne pas gaspiller de cuivre et d'énergie sur des tonnes de verrues murales et d'adaptateurs de brique inefficaces.
endolith
2
@endolith c'est l'idée que j'ai toujours aimé. La logistique du changement de réseau en DC est difficile, quelles que soient les difficultés techniques. Garder notre infrastructure existante et simplement distribuer le SMPS sera la voie la moins chère. Aucune raison pour laquelle les maisons ne peuvent pas appliquer cela maintenant.
Kellenjb

Réponses:

7

Guy Allee d'Intel Research a écrit sur ce sujet l'année dernière - DC - Une idée dont le temps est passé? - à l'appui d'une grille 380VDC, avec les points suivants:

  • 7% d'économies d'énergie par rapport au 415VAC haute efficacité; 28% par rapport au courant typique 208VAC
  • 15% de coût en capital en moins
  • 15% de composants PSU en moins
  • 33% d'économie d'espace dans le centre de données
  • Amélioration de la fiabilité de 200%, qui passe à 1000% si vous connectez directement le bus de batterie
  • Élimination des harmoniques et intrinsèquement insensible aux autres problèmes de qualité de l'alimentation secteur
  • Affinité naturelle avec la génération d'énergie alternative (le photovoltaïque et le vent sont à ~ 400 Vdc en interne, et vous perdez réellement de l'énergie et de l'efficacité lorsque vous êtes obligé de vous convertir au courant alternatif)

Il a ajouté dans les commentaires:

Nous avons délibérément choisi 380 Vdc parce que vous voulez atteindre une tension aussi élevée que possible pour l'efficacité. Dans le même temps, cette norme cible uniquement les applications basse tension (<600 V). Nous serions allés plus haut, mais il y a des barrières structurelles aux coûts à 400Vdc et 420Vdc. À 380 Vcc, nous conservons les mêmes valeurs nominales de pièces que le courant alternatif et utilisons les avantages de coûts de volume du ferroutage sur la majeure partie des volumes actuels des composants d'alimentation en courant alternatif. Je suis sûr que vous pouvez également apprécier les ajouts de coûts importants que +/- 340Vdc a sur l'équipement de sécurité personnelle, c'est pourquoi la norme permet une distribution rentable de +/- 190Vdc. Nous avons donc la norme d'efficacité la plus élevée et la plus rentable. Et avec l'affinité entre d'autres industries, PV, éolien, véhicules électriques et éclairage,

Il mentionne également l'idée d'une distribution mixte du CA et du CC au sein d'un bâtiment (par exemple les centres de données). Pour plus d'informations sur cette initiative, voir le site Web de l'Alliance EMerge: http://www.emergealliance.org .

Eryk Sun
la source
Je me demande s'il est possible d'en avoir 380 à la maison, ça doit être trop dangereux ...
BarsMonster
2
Eh bien, nous avons 400 V CA triphasé dans presque toutes les maisons ici (Danemark), donc ce n'est certainement pas plus dangereux que ce que nous faisons déjà.
dren.dk
Vraisemblablement, il veut dire 380VDC comme alimentation pour la maison. Je me demande quels sont ses plans pour une transmission / distribution réelle. Il peut certainement faire du CC haute tension (probablement 3k-200k V en fonction de la distance / charge de la course) mais doit trouver une alternative bon marché et efficace pour un transformateur polaire qui devrait convertir quelque chose de l'ordre de 3k- 30k VDC à 380VDC (en supposant des niveaux de courant similaires à ceux des systèmes AC).
Mark
Oui, c'est un réseau local de +/- 190V (avec, par exemple, des prises 24V dans les centres de données). Voici une liste Wikipedia de projets CC haute tension: en.wikipedia.org/wiki/List_of_HVDC_projects
Eryk Sun
7

Sécurité. Avoir du HVDC à travers la prise murale n'est pas intelligent. Débrancher un appareil à courant élevé sans d'abord l'éteindre tirera un énorme arc

BullBoyShoes
la source
1
Utilisez une diode flyback.
Eryk Sun
Tout comme en courant alternatif - si vous débranchez la fiche au bon moment, vous couperez 380v ...
BarsMonster
3
Le courant alternatif s'éteint automatiquement à zéro 50/60 fois par seconde. Vous NE POUVEZ PAS commuter HVDC de la même manière que AC.
BullBoyShoes
4
@Eddie - Il s'éteint même automatiquement 100/120 fois par seconde!
stevenvh
6

Réponse courte:

Non.

Longue réponse:

L'avantage du CA pour distribuer de l'énergie sur une distance est dû à la facilité de changer les tensions à l'aide d'un transformateur. La conversion de l'alimentation CC d'une tension à une autre nécessite un grand convertisseur rotatif en rotation ou un groupe moteur-générateur, ce qui est difficile, coûteux, inefficace et nécessite une maintenance, tandis qu'avec le CA, la tension peut être modifiée avec des transformateurs simples et efficaces sans pièces mobiles. et nécessitent très peu d'entretien.

Lecture suggérée:

Guerre des courants

Andrejs Cainikovs
la source
1
il faut aussi regarder les centrales électriques elles-mêmes. La plupart des centrales électriques créent une sorte de courant alternatif par des moyens mécaniques. Existe-t-il des moyens de convertir cela en DC efficacement, pour une transmission de puissance DC à des niveaux aussi élevés?
jsolarski
1
@Dean, la proximité d'une sous-station comporte-t-elle des risques pour la santé? Voulez-vous vous faire électrocuter?
Kortuk
3
@Andrejako, les gens croient beaucoup de choses, laisse s'en tenir à la science <3
Kortuk
1
@Kortuk la possibilité que les champs magnétiques causent des dommages à la santé humaine. Personnellement, je pense que c'est un tas d'ordures.
Dean
2
Je pense que cette réponse est fausse. Si vous recherchez la page HVDC sur Wikipédia, les inconvénients de la transmission DC sont qu'elle doit être convertie en AC. La raison pour laquelle AC a été choisi par rapport à DC était qu'il n'existait, à cette époque, aucun moyen efficace d'augmenter et de diminuer les tensions. Avec la technologie d'aujourd'hui, ce n'est plus un problème. De nos jours, de nouvelles liaisons électriques longue distance sont construites en CC, car elles sont plus efficaces.
Mas
4

Vous pouvez avoir raison. AC a par le passé détenu un énorme avantage sur DC par le passé. Mais comme le coût des convertisseurs DC-DC a chuté, l'avantage relatif du courant alternatif a chuté et, dans certains cas, a traversé. Si nous concevions un nouveau système de transmission d'énergie aujourd'hui, le courant continu partout pourrait réduire les coûts totaux du système.

Pour une puissance et des niveaux de courant et une fiabilité équivalents, le courant continu nécessite des pièces légèrement plus solides pour les disjoncteurs et les fusibles et les parafoudres; mais le courant alternatif nécessite des lignes de transmission légèrement plus chères et une meilleure coordination des générateurs électriques pour éviter les pannes en cascade.

Même si (pour des raisons historiques) les équipements à courant alternatif présentent des avantages d'économie d'échelle en production de masse par rapport aux équipements à courant continu, les concepteurs de nombreux systèmes de transmission de puissance à longue distance récents ont apparemment décidé que l'utilisation de courant continu à haute tension (généralement 200 000 VDC) a moins coûts nets du système que l'utilisation de la climatisation.

Même si (pour des raisons historiques) de nombreux avions et la navette spatiale utilisent 400 Hz 120 VAC, les premiers plans de la station spatiale internationale prévoyaient qu'elle utilise une puissance de distribution de 20 000 Hz 440 VAC (!), Jusqu'à ce que les priorités du programme changent et que les ingénieurs passent à 120 VDC. ( Mukund R. Patel p. 543)

Les gens de Google ( a , b ) ont suggéré aux fabricants d'ordinateurs de bureau et de serveurs que le coût net pourrait baisser si nous passions à des «alimentations 12 V uniquement» qui convertissent l'alimentation secteur en 12 V CC, puis la carte mère de l'ordinateur ne nécessite que 12 V CC. , qu'il réduit à la collection de tensions dont il a besoin (comme la plupart des ordinateurs portables), plutôt qu'à la configuration d'alimentation ATX actuelle qui a un faisceau épais de fils avec un assortiment hétéroclite de tensions.

Lee Felsenstein et Douglas Adams sont allés encore plus loin et ont demandé à quelqu'un de développer un système de distribution 12 VDC standard. ( c , d )

davidcary
la source
1

Il y a un autre point, que j'aime ajouter, pourquoi nous ne pouvons pas sauter AC à mon avis. Les longues pistes, en particulier les câbles, sont mieux faites en DC (en raison de l'inductance / capacité qui sont chères à manipuler sur de plus longues distances.)

La grande chose est que les lignes HVDC sont point à point. Une grille DC maillée est une toute autre histoire. Si, à un point quelconque du réseau, une erreur se produit, par exemple un arbre tombe sur la ligne, tout le réseau maillé est en panne (la tension chute à près de zéro et les convertisseurs doivent s'arrêter).
En AC, l'impédanze est principalement influencée par l'inductance, nous avons donc une impédanze beaucoup plus grande que dans DC, où l'impédanze équivaut à la petite résistance. Si un arbre tombe dans une ligne AC, la volatilité à ce point est nulle. Mais le courant d'erreur élevé et l'impédance élevée font une grande tension. Donc juste cette ligne est sortie, les autres (sinon très proches) ont (presque) leur tension normale. En courant continu, l'impédance est très faible, de sorte que la volatilité dans l'ensemble de la grille maillée chute à près de zéro et pas seulement une ligne, mais l'ensemble du réseau est en baisse. Vous devez également savoir que l'équilibre entre la production d'énergie et la consommation en courant alternatif se fait via la fréquence. En DC, cela se fait via Voltage. Cela devrait rendre évident qu'un problème aussi important avec la tension n'est pas bon du tout.
Si quelqu'un veut transférer une puissance significative sur ce réseau à basse tension ou veut augmenter la volatilité, des courants très très importants sont nécessaires, si importants, que les lignes vont juste fondre. Par conséquent, les convertisseurs s'arrêtent (panne d'électricité) et attendent que la ligne soit réparée et prête.

Kai
la source
0

Réponse courte: pas si rapide Plus longtemps: les convertisseurs à semi-conducteurs sont plutôt bons. La transmission longue distance présente de nombreux avantages. Le court-courrier profite probablement encore des transformateurs.

russ_hensel
la source
Je ne comprends pas à la fois 'Pas si vite plus longtemps' et ce qui est dit dans la deuxième partie ... Les deux convertisseurs et transformateurs à semi-conducteurs sont bons ???? : - |
BarsMonster
0

Info supplémentaire: Il existe des lignes électriques CC dans le monde. Prenons l'exemple de la ligne HVDC d'Itaipu , elle reste parmi les installations HVDC les plus importantes au monde. Il s'agit d'une ligne de 6300 MW d'une longueur de 780 km.

arthur.b
la source
2
Il convient probablement de noter que ce type d'installation HVDC est normalement effectué pour d'autres raisons, à savoir que la charge de la capacité de lignes électriques extrêmement longues conduit à de grands courants réactifs, qui provoquent des pertes résistives. Ce n'est pas vraiment un problème pour les lignes électriques plus courtes, mais lorsque vous avez des lignes électriques extrêmement long-courriers qui n'ont pas de prises pour fournir de l'énergie aux localités sur toute leur longueur, cela devient en fait rentable.
Connor Wolf
La raison habituelle pour laquelle les liaisons DC sont choisies est de subdiviser les régions de transmission AC pour les rendre plus faciles à gérer (par exemple, Pacific Intertie). Ou entre le Royaume-Uni et la France. Ils peuvent interconnecter des régions avec différentes fréquences ou phases.
Kevin White