Réseaux électriques: AC vs DC

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.

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 .

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

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.

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Guerre des courants

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 )

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.

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.

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.