長距離にわたって電力を伝送するには、ACまたはDCのどちらが良いですか？

関連する質問に対するこの答えを見つけました。私を混乱させる答えの一部は次のとおりです。

DC電力を長距離にわたって伝送することは非効率的です。したがって、AC供給は電力を伝送するのにはるかに効率的です。

シーメンスによると、それはまったく逆です：

長距離にわたって電力を伝送する必要がある場合は常に、高電圧ACと比較してDC伝送が最も経済的なソリューションです。

また、ウィキペディアから

HVDC伝送損失は1,000 kmあたり3％未満と見積もられ、同じ電圧レベルでACラインよりも30〜40％低くなります。

投稿された回答は正しいですか？

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クリス・Hは非常に重要な観察を行いました（以下の彼のコメントを参照）：私が言及した投稿の文脈は低電圧でしたが、私は盲目的に高電圧について考えていました。実際、私は答えとコメントから負荷を学びました。ありがとう。

ほぼ同じインフラストラクチャを使用してDCを送信する方が効率的です。これはいくつかの効果のためです。

1. ACで経験した表皮効果。DCには表皮効果はありません。

2. 同じ伝送ラインのDCでより高い電圧が許容されます。ラインはピーク電圧に耐える必要があります。ACでは、これはRMSの1.4倍です。DCでは、RMSとピーク電圧は同じです。ただし、送信される電力は、ピーク電圧ではなく、電流とRMS電圧の積です。

3. DCによる放射損失はありません。長い伝送線はアンテナとして機能し、ある程度の電力を放射します。これはACでのみ発生します。

4. 誘導損失はありません。AC電流が流れるワイヤの周囲の磁場の変化により、近くの導体に誘導電圧と電流が発生します。実際には、伝送ラインは変圧器のプライマリであり、その近くの導体はセカンダリです。DC電流では、磁場は変化しないため、電力は伝達されません。

DCのもう1つの利点は、グリッド間の同期を必要としないことです。2つのACグリッドを相互に接続するには、位相同期する必要があります。これは、距離がサイクルのかなりの部分になるほど十分に大きい場合に注意が必要です。

逆に、ACは電圧間の変換が簡単です。DCをACに変換して受信側のローカルグリッドにダンプするのは簡単なプロセスではありません。これを行うには大きなプラントが必要であり、これは多大な費用を意味します。その費用は、伝送距離が十分に長い場合にのみ価値があり、その結果、効率の節約は、その寿命全体にわたってDC-AC変換プラントのコストを上回ります。

高電圧DCをACに変換するために必要なものの例を次に示します。

ケベック州の大きなダムからのDC電源は右上から入ります。このプラントは、それをACに変換し、42.5702N 71.5242Wの Ayer Massachusettsにある大規模な地域のAC送電線に電力をダンプします。

ACの代わりにDCを送信することで電力を大幅に節約できるため、このプラントの構築と運用にかかる費用は価値があります。同期は、DCを使用する際の要因でもありました。

90年代半ばから後半にかけて、実際にHVDCスキームに取り組みました。Olin Lathropの答えは部分的には正しいが、完全ではない。私は彼の答えをあまり繰り返さないようにしますが、いくつかのことを明確にします。

ACの損失は、主にケーブルのインダクタンスに起因します。これにより、AC電力伝送のリアクタンスが作成されます。一般的な誤解（Olinが繰り返します）は、これは周囲のものに力を伝達するためであるというものです。そうではありません-こことマゼラン雲の中間にあるワイヤのコイルは、まったく同じリアクタンスを持ち、机に座っているのとまったく同じ電気的効果を引き起こします。このため、自己インダクタンスと呼ばれ、長い伝送ケーブルの自己インダクタンスは本当に重要です。

このケーブルは、他の金属加工品との誘導結合による大きな電力の損失はありません。これは、一般的な誤解の残りの半分です。誘導結合の効果は、AC周波数とケーブル間の距離の関数です。50 / 60HzでのAC伝送では、周波数が非常に低いため、あらゆる種類の距離での誘導結合はまったく効果がありません。感電死しない限り、それらの距離は数メートル離れている必要があります。これは、測定可能な範囲では発生しません。

（私が忘れてしまった1つを追加するために編集）水中を走るケーブルの場合、その構造のために非常に高いケーブル容量もあります。これは、無効損失の異なる原因ですが、同じように重要です。これらは、水中ケーブルの損失の主な原因である可能性があります。

Olinが言うように、表皮効果はAC電力伝送に対してより高い抵抗を引き起こします。しかし実際には、柔軟なケーブルが必要なため、これは問題になりません。大きな電力を伝送するのに十分な太さの1本のケーブルは、一般に柔軟性が低く、パイロンから吊るすには扱いにくいため、伝送ケーブルは、スペーサーで離されたワイヤーの束から組み立てられます。DCとACのどちらを使用しているかにかかわらず、とにかくこれを行う必要があります。ただし、この結果、バンドルの表皮効果ゾーン内にワイヤが配置されます。明らかにこれに関与するエンジニアリングがあり、まだいくらかの損失がありますが、この幸運な偶然により、それらがはるかに低いことを確認できます。

もちろん、埋設ケーブルと海底ケーブルは太い1本のケーブルであるため、原則として表皮効果によって噛まれることもあります。ただし、頑丈なケーブル構造では一般に、ケーブルの構造的完全性を提供する強力な中心コアを使用し、他のコネクタをそのコアに巻き付けます。繰り返しになりますが、ACの表皮効果を低減するためにそれを利用することができ、HVDCケーブルも同じように構築されます。

ただし、送電における大きなメリットは、無効損失をなくすことです。

Olinが言うように、2つの送電網を一緒に結合することにも問題があります。これは、2つの送電網がまったく同じ周波数と位相になることはないためです。20世紀半ばのフィルターの賢明な使用により、グリッドの接続が可能になりましたが、これらの設計は科学と同じくらい芸術であり、本質的に非効率的でした。ただし、DCで電力を送信したら、宛先グリッドとまったく同じ周波数と位相でACを再構築し、問題を回避できます。

それだけでなく、位相と周波数を補正するためにフィルターを使用する代わりに、ACからDCに変換し、再びACに戻す方がはるかに効率的です。最近のグリッドは、一般的にバックツーバック方式と結合されています。これらは基本的に、互いに隣接するHVDCリンクの半分であり、数キロメートルの伝送ケーブルではなく、2つの間に大きなバスバーがあります。

彼らは複雑さとコストについて話している（$ $ $ $ $）

「DCの方が効率が悪い」と言う人々は、「効率」という言葉を使用して、変換ハードウェアの複雑さ、さらに重要なことにそのコストなどの設計要因について話します。

同等の変圧器と同じくらい安価で信頼性の高いDC / DCコンバーターを取り出すことができるサンタクロース機があれば、DCが勝ちます。（表皮効果のみ）。しかし、実際の世界では、ブーツがひもで締められ、ラインマンのグローブが装着されると、他のいくつかの問題にぶつかります。

• ACでは、光の速度は負荷が動き回る際に位相の問題を引き起こします。特に電気鉄道では問題であり、25 Hzや16-2 / 3 Hzのような超低周波数が好きです。 この問題はDCでなくなります。
• 電流を増やすことはできません。電流はワイヤ加熱によって制限され、ワイヤ加熱はすでにACのRMSに基づいています。
• 送電塔と配電塔の設置ベースのほとんどは、3相「デルタ」用に作られているため、3つの導体があります。DCで3本のワイヤすべてを効果的に使用するのは難しいため、DCはワイヤを無駄にすることでこれらのラインの有効容量を大幅に削減します。いくら？DCは単相ACと同じものを運び、3線式3相はsqrt（3）（1.732）倍も運びます。痛い。
• あなたは十分可能性があり、電圧を上げます。ACラインは、ピーク電圧[peak = RMS * sqrt（2）]に対して絶縁されているため、DC電圧を仮想的に上昇させることができます。しかしながら...
• DC電源がアークに衝突すると、停止することはないため、消弧することは非常に困難です（ACとは異なり、ゼロクロスが発生するとアークに消弧の機会が与えられます）。これは、アーク障害検出で対処できる場合があります。ACラインには、旅行後に自動再接続するリクローザーがすでにあります。DCリクローサーは、わずか数ミリ秒後に再試行し、ACゼロクロッシングの影響を再現できます。

他のすべてが等しいDC伝送は、無効損失が排除されるため、同じ公称電圧でのAC伝送よりも効率的です。

しかし、他のすべてが等しいことはめったにありません。

1. 所定の電圧では、DCはACよりもアークを維持しやすい傾向があります。
2. 合理的なコストと効率でDC電圧を変換する機能を開発したのは比較的最近のことです。高電力レベルでは、トランスよりもさらに高価で効率が低くなります。

その結果、DCシステムはACシステムよりも低い電圧で動作する傾向があり、これが非効率であるという評判を得ています。

電圧は、伝送のコストや効率に大きな影響を及ぼします。電圧を半分にした場合、同じレベルの抵抗損失を維持するには、導体のサイズを4倍にする必要があります。あるいは、同じサイズの導体で4倍の損失があります。

これの例外は、長距離、海底ケーブル、または同期されていないグリッド間の非常に高い電力のポイントツーポイント電力伝送です。これらの場合、グリッドで使用されるACを高電圧DCに変換することに伴うコストと危険がより正当化されます。