送電/配電システムがDCではなくACなのはなぜですか？

電気伝送システムをDCに完全に変換するプロセスにない理由はありますか？グリッドでACを使用する主な理由（不快なテスラはありません、私はあなたを愛しています）は、ライン損失（）を落とすために高電圧への変換を可能にし、導体サイズが同じ場合場合、Eは式で増加するE = I R次いでIは必ずしも正方形のような損失を減少させる順番に、減少しなければならない$P=IE=I^2R$$E$$E=IR$$I$$I$）。しかし、現在では、AC（すべての熱、水力、風力発電機）とDC（太陽光発電機）を、通常DCを使用する傾向のある住宅または商業負荷に、希望する任意のレベルのDCに変換して送信することができます。必要に応じて、産業負荷（通常はモーター）でACに戻すことができます。

このようにして、多くの変圧器、コンデンサー、間隔の問題などを送電網から排除し、効率を劇的に向上させ、排出量とコストを削減できます。

ここに何かが足りませんか？

いくつかの理由があります。1つ：ワイヤの電力損失はI ^ 2 * Rです。したがって、非常に高い電圧と低い電流で電力を伝送することをお勧めします。ACはより簡単に高電圧にブーストされます（電子機器は不要です）。シリコンエレクトロニクスを使用して産業負荷を高めることは実用的ではありません。

もう1つは、負荷がかかった状態での切り替えの容易さです。DCに接続された負荷をオフにすると、ワイヤインダクタンスと負荷インダクタンスによるスイッチでのアーク放電が問題になります。これにより、DCスイッチがより堅牢になります。

トランスで発生する60 Hzのノイズは、DCを降圧および昇圧してから、負荷点でACに変換するために必要なすべての電子機器で発生するスイッチングノイズよりもはるかに小さくなります。

HVDCが使用されます：HVDCプロジェクトのリスト。HVDCに使用される2つの主要な技術（サイリスタとIGBT）は、それぞれ1950年と1968年まで発明されていません。その間、各国はAC送電設備を建設していました。グリッドの構築にすでに多くのお金を費やしているのに、なぜ機能するものを置き換えるのですか？既存のシステムが動作しなくなるまで待ってから、アップグレードしてください。

データはこれを正当化するように見えます：中国は、お金があり、実際に相互作用/競合する既存のネットワークがないため、多数のHVDC送電線を建設しています。同様に、ヨーロッパとアメリカのプロジェクトもありますが、既存のネットワークがあるため、アップグレードのコストがまだ正当化されていないため、HVDCが本当に輝く地域（水中システム）に限定されているようです。

また、HVDCは、特にマルチポイント伝送が必要な場合や必要な場合に、必ずしも意味をなさない場合があります。これにより、ACシステムよりもHVDCシステムのルーティングが難しくなります。

Mkeithは質問に答えました。つまり、HVDC配布の主な欠点は何ですか。helloworld922による「カウンターアンサー」（現在ここで次に投票されたアンサー）は、HVDCが使用された/使用された多数のケースの方向を示しています。これらのエンジニア全員が夢中になることはできなかったので、HVDCが理にかなっている場合、ここで実際に説明することが重要だと思います。（ちなみに、それはOPが尋ねたものよりも良い質問だっただろう。）

まず、ACがほとんど実行不可能になる場合があります。これには、50および60 Hzシステムの接続など、相互に非同期で動作する電源ACグリッドの接続が含まれます。たとえば、日本では東日本では50Hzが使用され、西日本では60Hzが使用されます。実際には、HVDCが唯一の妥当な選択であるニッチアプリケーションがいくつかありますが、それらを少数の言葉で初心者に説明するのは簡単ではありません。より詳細なリスト（実際の例を含む）が必要な場合は、DeleaとCasazzaの電力システムの理解に長いリストがあります。

このようなニッチなケースは別として、総コストの最適化があることを強調することが重要だと思いますこれは、ACまたはDCのどちらを送電線の伝送方式にするかを決定するときに実行できます（実際に実行すべきです）。2つの主な要因は、ライン自体のコスト（ケーブル、該当する場合はタワー、たとえば海底ではない）とターミナルのコストです。一般に、DC伝送ケーブルのコストは、3相ACの同等の電力よりも低くなります。これは説明が簡単な理由で発生します.DCには3相ACよりも少ないワイヤが必要ですが、ACワイヤの絶縁（これは単なるエアギャップかもしれませんが、タワーコストに変換されます）に耐える必要がありますACで「RMS電力」（より正確には、RMS電圧に対応する平均電力）を送信することからのみ利益を得ているピークAC値。一方、終端のパワーエレクトロニクスは、ACトランスよりもHVDCの方が高価です。

このトータルコストの最適化は、実際に今日のHVDCの主なアプリケーションを提供します。つまり、長距離で大量の電力を伝送します（その意味で、タップ/中断なしで）。HVDCがACより経済的である典型的な値は、500km以上にわたって500MW以上を送信しています（DeleaとCasazzaによる）。Wikipediaリスト（helloworld922の回答にリンクされている）の例の多く（ほとんどではないにしても）は、この種類のものです。そのような例が中国、カナダ、またはオーストラリアからのものであるよりも驚くべきことではありません。ヨーロッパでは、中/大規模HVDC送電線のほとんどは海底ケーブルです。

以下は、事前に決定された電力レベルに対する合成（実世界ではなく教科書レベルを意味する）最適化の例で、コスト対伝送距離のみがプロットされています。Kimらからの抜粋です。HVDC Transmission。最初の章は無料で入手できます。

具体的なコストの観点から、HVDC端子コンポーネントが作られている最低電力に近いもののいくつかの値（Larruskain et al。による）は次のとおりです。

• サイリスタコンバータ、50 MW、100 kV。ユニットあたりの概算値：500 EUR / kW
• IGBTコンバーターペア、50 MW、+ /-84kV。ユニットあたりの概算値：150 EUR / kW
• トランス、50 MVA、69kV / 138kV。単位あたりのおおよその値は：7.5 EUR / kVA

50 MWでの整流器と変圧器の価格比が20倍から60倍であることを考えると、HVDCが低電力に縮小しない理由は明らかです。

この方法でACトランスを使用することにより、インバーター、整流器、ロータリートランスなどを送電網から排除し、効率を劇的に向上させ、排出量とコストを削減できます。

シカゴとニューヨークでは、1990年代にDC電源グリッドがオフになりました。オーストラリアのメルボルンでは、2005年頃にDC電源グリッドがオフになりました。最終的に、DCグリッドに接続されているメインまたは唯一のものは、古い建物の非常に古いエレベーターでした。メルボルンでは、送電線の故障後、DC送電網を修理して交換するよりも、残りの各DC顧客に整流器を提供し、古い機器をAC送電網に接続する方が安価でした。

AC電力伝送には多くの利点がありますが、DC電力伝送はHVグリッドの相互接続に引き続き使用されます：長い接続でグリッドの安定性を維持し、特に地下/海底ケーブルで、誘電損失と表皮効果を低減します。

はい、あなたは何かを逃しています。最新のトランジスタやその他の電子部品を使用すると、DCをある程度まで高めることができますが、簡単に、経済的に、またはMW電力レベルで主要な送電線に必要な電圧で合理的な効率を達成できません。

変圧器は、MWの電力レベルで数百kVを得る唯一の実用的な方法であり、変圧器にはACが必要です。

テスラvs.エジソン1880年代だからです。その結果、発電および送電インフラストラクチャの99.9％はACです。DCへの切り替えは、週末に行うことはできません。誘導モーターを搭載したすべての人々の家電製品や工場はどうですか？DCはそこでは動作しません。彼らは何らかの開発された代替物を必要とします。変電所は完全にやり直す必要があります。これらすべてを処理するHVDCパワーエレクトロニクスは、テストおよび認定を受ける必要があります。そしておそらく最も重要なことには、これにはすべて費用がかかります。たくさんのお金。ACからDCへの切り替えがすぐに、またはすぐに発生することを考えてはいけません。

チャートの項目6：「複数の端末/タップ：難しい」にあります。

HVDCは、ポイントツーポイントリンクに既に時折使用されていますが、配電システムがグリッドに似たマルチパスであるほど、利便性が低くなります。コンパクトな欧州諸国では、グリッドのセグメントの平均の妨げられていない長さは短く、経済的損益分岐点である100km以下です。

個人的には、ACグリッドからDCへの大規模な変換が行われる前に、再生可能エネルギーとバッテリーバンクから供給される低電圧DCマイクログリッドの展開が行われる可能性が高いと思います。

不足しているものは次のとおりです。あなたはビジネスマンではなく、エンジニアのように考えています。お金に従ってください。既存のインフラストラクチャの交換などのすべてのコストを含めて、DCに変換することが経済的に理にかなっている場合に発生します。DCが理にかなっている場合、それは起こり、起こっています。

DCネットワークに対する別の正当な理由を以下に示します。

• 故障しやすく高価な半導体およびコンデンサ
• すべてのチョッパーとPFC回路で圧倒的なEMCの手間がかかる
• 漏れが発生すると腐食が増加する

安全性。高電圧/高電流DCネットワーク用の回路ブレーカーを構築することは非常に困難です。ヒューズは、アークの安全な消光のために5倍の大きさでなければなりません。スイッチには、グリッドの静電容量と完全に異なるアーク動作のために、はるかに大きく精巧な爆風チャンバーが必要です。

AC配電システムでは、すべてのオルタネーターを周波数だけでなく角度によっても同期させる必要があります。負荷が増加するたびに、オルタネーターの速度を低下させようとします。それは許可されておらず、電力を増やす必要があります。負荷が高すぎる場合は、切断する必要があり、これにより他のオルタネーターに余分な負担がかかります。理論的には、HVDCはより安定しており、より寛容です。acを使用する理由は、最近までより良い方法だったためです。他の人が述べたように、HVDCへの変更にはコストがかかります。

これまでの回答はすべてOPの質問をカバーしていますが、ローカライズされた短期のDCネットワークに関して以前に言ったことに追加するだけだと思いました。配電における次の「革命」は、バッテリー、ソーラー、その他の再生可能エネルギーを燃料とするコミュニティグリッドを通じてローカライズされた電力を提供するデマンドレスポンス（https://en.wikipedia.org/wiki/Demand_response）システムです。

テスラ（男性ではない会社）は、これが国内のバッテリーパックでどこに行くのかを示しています-ピークエネルギーコストの時間にバッテリーに切り替え、オフピーク時にPVなどを介してバッテリーを充電できることに固有の国内法案の節約を想像してください。

コミュニティでその容量を共有するためにいくつかの家を集めて、あなたは他のメンバー/コミュニティに余剰分を売るのに十分なリソースを持っているかもしれません（すでにそれを英国のグリッドに売ることができます）。コミュニティの全員が参加者である場合、このタイプのサブグリッドはHVDCである可能性があります。

高電圧DCがまだ実用的ではない理由はいくつかありますが、一部のニッチなアプリケーションではゆっくりと戻ってきます。

• ACトランスは非常に堅牢で実績のある技術であり、長年にわたる研究、改善、最適化が背後にあり、DC / AC--高周波トランスフォーマー--AC / DC対応品よりも非常に安価であり、もちろんはるかに信頼性が高い
• 負荷または短絡下で回路を遮断するために使用される回路ブレーカーは、DCシステムでは深刻な問題です。ACシステムでは、電流は本質的にゼロを通過する必要があるため、AC電流を遮断するのがはるかに簡単であるため、AC回路ブレーカーは、価格、現在の能力、寿命、および...
• たとえ両方の技術が同等であるという点に到達したとしても、その点まで何年もかかりますが、AC配電事業者は新しい技術の適用に非常に消極的で慎重であることを理解する必要があります

家庭での照明やコンピューティングのためのオフグリッドの使用は、DCを使用すると確実に効率的です。LED照明は、白熱灯と蛍光灯の何分の1かの電力を使用します。LEDはDCを使用する必要があり、このため、各LEDライトには非効率で故障しやすいAC-DCコンバーターが必要です。実際、LEDライトの障害のほとんどは、変換回路によるものであり、LED光源自体に起因することはほとんどありません。

すべてのコンピューターと電子機器はDCを使用します。バッテリーで動作します。または、ACメインに接続する場合、整流器ブリッジ、降圧トランス、コンデンサー、サイリスターなどで構成される回路を介して、メインACを電子機器に必要なDCに変換する必要があります。

電気ヒーター用の加熱フィラメントは、純粋に抵抗性の負荷であるため、DCまたはACを使用してもかまいません。ただし、ヒーターのファンはDCファンでなければなりません。

ACは、ACモーターやコンプレッサー（冷蔵庫、HVAC、ファン、ポンプ、プラグイン機器など）を使用する機器や機器に必要です。プラグインではなく充電式DCバッテリーパックを使用する電動工具が増えていますが、および充電器はDCです。

現場での発電は、太陽光発電ではDCであり、風力エネルギーやバイオマス用の機械式オルタネーターではDCになる可能性があるため、生成された電力をACに変換するためにインバーターを使用して、使用のためにDCに戻すだけでは効率的ではありません上記に引用。

これが現在のシステムですが、公益事業会社が料金を上げ続け、送電インフラストラクチャの信頼性が低下するにつれて、ますます多くの家庭がオフグリッドのローカルで生成されたDC電力を使用しようとします。彼らは、ACを使用しなければならない機器や家電製品のために、家庭用バッテリースタックの商用AC電源またはインバーターを引き続き使用します。

ACは依然として500 km未満の陸上送電用の送電のより経済的な選択肢ですが、傾向は送電網に関係なく、現地の現場での発電と貯蔵に向かっています。電力会社はすでにこの傾向を認識しており、市町村やサイトプロバイダーと連携して、グリッドの買い戻しや統合などを行っています。

ACは、長年の経験、業界の信頼、妥当な価格の幅広い種類の製品、および容易に利用可能なサービスとサポートの恩恵を受けています。

ACトランスは防弾です。誰かが私たちの財産の向こう側に2000フィート離れた50A / 240V RVレセプタクルを望んでいるとしましょう。一般的な変圧器を使用して、240Vサービスを最大2400Vで起動し、ポールラインを実行し、別の変圧器を使用できます。安価で信頼性が高く、すぐに入手できます。トランスの故障を心配する必要はありません。そして、もしそれがサービスを必要とするなら、私の地方の郡で彼らが見ているものを知っていて、それをサポートできる電気技師の数は間違いなくゼロではありません。

HVDCはそのいずれも要求できません。

1960年代のメインフレームの世界では、バロウズやスペリーのような服装がIBMのほぼ独占を打ち破ろうとしていたという古い格言があります。

どの施設管理者がHVDCに力を入れますか？今日は私じゃないと思う。たぶん明日。明日ブームはありません。