Как для передачи постоянного тока требуется в несколько раз меньше проводов, чем для передачи переменного тока?

Важным фактором, и, вероятно, главным здесь является увеличение напряжения. Они сравнивают яблоки с грушами и еще с чем-то.

Мощность = Vrms x Irms.
НО резистивные потери в линии пропорциональны I^2.
Таким образом, если вы увеличите напряжение в «N раз», то ток для той же мощности упадет в N раз, а потери упадут как N ^ 2, как

• Мощность = V x I = (V x N) x (I/N)
  Потери при I пропорциональны I^2
  Потери при I/N пропорциональны (I/N)^2 = I^2 / N^2.

Их исходные линии переменного тока имеют напряжение 500 кВ.
Их линия постоянного тока 800 кВ.
N = 800/500 = 1,6
N^2 = 1,6^2 = 2,56.
Чтобы получить 7 х, вам нужен коэффициент 7 / 2,56 = 2,7.

Для такого же количества проводов вам потребуется площадь в 2,7 раза больше или диаметр примерно в 1,65 раза больше. И/или материал с более низким сопротивлением. Возможно больше меди и меньше алюминия.

Затем происходит потеря емкостных потерь от переменного тока.

Существенным фактором является то, что ABB существует уже долгое время и «знает свое дело». Это не будет волшебством — просто прикладная инженерия — и утверждение будет верным в том виде, в каком оно представлено, — но все равно будут дым и зеркала. Насколько велика эта новая башня? Насколько видны провода...?. Тот факт, что они это делают, означает, что вы верите, что можете заработать больше денег и сэкономить деньги клиента или их эквивалент в процессе.

Есть три основных фактора, которые делают передачу энергии постоянного тока более эффективной.

1. Пиковое напряжение. Как вы говорите, линии передачи переменного тока должны быть рассчитаны на пиковое напряжение, но полезная мощность связана со среднеквадратичным напряжением. Они отличаются на квадратный корень из 2, так как являются синусами. Мощность пропорциональна квадрату напряжения. Одна и та же линия передачи может передавать вдвое большую мощность при постоянном напряжении постоянного тока, равном пиковому напряжению переменного тока.

2. Эффект кожи. При переменном токе внешние края кабеля пропускают больший ток. Из-за этого сопротивление кабеля при переменном токе кажется более высоким, чем при постоянном. Я не знаю, каково это соотношение при частоте 60 Гц для типичных линий передачи. Конечно, эти линии передачи были рассчитаны с учетом этого. Вот почему иногда вы видите группу из 3 кабелей вместо одного большего. С постоянным током подойдет тот, что побольше, который, по-видимому, дешевле. Существует еще одна проблема, заключающаяся в снижении напряженности поля в окружающем воздухе, поэтому три линии не обязательно предназначены только для уменьшения скин-эффекта.

3. Радиационные и емкостные потери. Даже 60 Гц излучают, и всегда есть некоторая емкостная связь с землей и между проводниками. Излучение — это чистая потеря мощности, а реактивный импеданс вызывает токи в проводах, которые не передают энергию, но вызывают потери и съедают ваш максимальный текущий бюджет. Я не знаю, насколько велик любой из этих эффектов с обычными линиями передачи. Я знаю, что линии переменного тока пересекаются с регулярными интервалами в несколько миль. Это делает их по существу витой парой для уменьшения чистого внешнего поля.

7x звучит довольно высоко для меня. Без четкого учета того, какие факторы учитывались, и некоторого обоснования выбранных цифр, я не готов в это поверить. Тем не менее, некоторая дополнительная эффективность в системе трансмиссии определенно есть. Обратите внимание, что в то время как постоянный ток более эффективен для передачи, переменный ток легче и эффективнее преобразовывать между различными напряжениями и токами. Система должна быть разработана для достижения наилучшего общего конечного результата.

Системы постоянного тока действительно существуют, поэтому тот факт, что большинство линий электропередачи являются линиями переменного тока, вероятно, означает, что экономика не поддерживает постоянный ток, за исключением нишевых ситуаций. Кажется (у меня нет прямого знания), что постоянный ток сегодня используется на больших расстояниях и при переходе между разными сетями. В первом случае на больших расстояниях преобладает лучшая эффективность передачи, а во втором случае постоянный ток не требует фазовой синхронизации концов.

Одним из примеров первого случая является передача Hydro Quebec в Новую Англию. Это долгий путь, но на приемном конце есть большая станция преобразования энергии, недалеко от моего дома. Определенно непросто получить питание постоянного тока и сделать его пригодным для использования в локальной сети. Вы можете сами убедиться в этом на 42,57047°N 71,52434°W. Проход через лес к северо-западу - это место, где проходят линии постоянного тока. Этот разрез также включает трехфазную линию переменного тока, которая ранее существовала до проекта Hydro Quebec. Линии восток-запад к югу от этого завода являются основной линией электропередачи переменного тока местной энергосистемы.

Я не уверен насчёт семи раз. Я помню со своих университетских дней, что 25% всех электростанций существуют для нагрева проводов и кабелей (я уверен, что вы можете найти более точную информацию в Интернете). Распределение электроэнергии переменного тока страдает от двух основных побочных эффектов:

• Реактивная мощность: Реальные энергетические системы никогда не бывают строго резистивными, т.е. их коэффициент мощности меньше 1. Это приводит к тому, что бесполезная реактивная энергия «выплескивается» на нагревательные провода. Помните, что полезную работу совершает активная мощность, но по проводам течет полная мощность, поэтому размеры проводов должны соответствовать полной мощности. Для противодействия этому эффекту обычно используется дорогая коррекция коэффициента мощности, но она никогда не бывает полностью эффективной. См . мощность переменного тока .

• Скин-эффект : на самом деле это довольно серьезно даже на 50 или 60 Гц. Это уменьшает эффективную проводящую площадь провода. Многие провода ЛЭП сделаны из стального сердечника, обернутого алюминием. Резистивные потери в стальном сердечнике практически ничтожны.

Существуют и другие эффекты, связанные больше с воздушной передачей электроэнергии, чем с переменным током, такие как коронный разряд, фазовый дисбаланс, который требует перестановки фаз (не влияет на кабели IIRC), необходимость обогрева проводов в холодную погоду для предотвращения образования льда и т. д. , но они имеют сравнительно небольшое влияние на эффективность.

Проектирование системы передачи постоянного тока основано на пиковом значении напряжения, а проектирование системы передачи переменного тока зависит от среднеквадратичного значения. Следовательно, предел системы передачи переменного тока должен умножаться на 1,4, чтобы передать такое же количество энергии.