Jaringan listrik: AC vs DC

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.

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 .

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

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

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 )

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.

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.

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.