交流電流 (AC) は,トランスフォーマーを使用して電圧を効率的に上昇または低下させることができるため,建物の電力配給に使用されます.電気は非常に高い電圧で長距離を移動し,抵抗エネルギー損失を最小限に抑え,120Vに安全に削減することができます.DC電流はトランスフォーマーを使用できないため,長距離DC伝送は歴史的に不可能な.
19世紀後半には ACが DCに勝った 最も重要な理由は トランスフォーマーが交流電流でしか動かないからです
トランスフォーマーは電磁誘導 (ファラデー法則) に基づいて動作する.主回線における磁場の変化は二次回線における電圧を誘発する.直流は1つの一定の方向に流れ,静的磁場が作られ 誘導は起こらないシンプルなトランスフォーマーでは DC電圧を変えられません
ACでは,電圧は次のようになります.
- 発電所で長距離送電のために数百キロボルト (例えば230kV,500kV,765kV) にアップしました.
- 地元サブステーションでは,配電レベル (例えば11kV,33kV) に降ろされる.
- 120V,240V,230Vに 建物内側や近くで再降電します
この多段階の電圧変換は現代の電網の骨組みであり 可能なのは ACが毎秒50~60回方向を逆転するからです
送電中に熱として失われる電力は,次の式に従います.
P_loss = I2 × R
このとき,電源が供給される総電源は:
P = V × I
電流の平方に比例して減るので,電流の大きさは電流の平方に比例して減ります.電流のわずかな減少でさえ 浪費されたエネルギーの劇的な減少を生む.
具体例: 12 kV で 100 MW を供給するには,約 8,333 A の電流が必要である. 230 kV で同じ 100 MW は,電流の約 435 A しか必要ない.損失は I2 でスケールされるため,熱損失を約360倍削減します.
発電所は高電圧の電流線を介して 極電圧で電気を送って 最終ユーザーに近づくにつれて 徐々に電力を降ろします同じ低周波で送信しなければいけません.消費者が使用するビルレベルの電圧は 短距離でも大惨事なエネルギー損失をもたらします
電力源と電網全体で利点があります
- AC発電機は機械的にシンプルです.磁場内の回転コイルは自然に交流電流を生成します.DCを生成するには,回転するメカニカルスイッチのコンムーターが必要で,このスイッチは出力を調整し,磨きを増やします維持や故障点について
- ネットワーク同期は簡単である.ACシステムは自然に同じ周波数 (50 Hz または 60 Hz) に同期し,複数の発電所が1つのグリッドに接続して負荷を共有できるようにする.
- 標準化されたグローバルインフラストラクチャです 100年以上にわたる交流の支配は トランスフォーマー,スイッチ,保護装置,モーター,電気機器は全て AC の周りに設計されています.
ACのトランスフォーマーで 低標準電圧で 安全に電気を供給できます
- 120V (北アメリカ) と230V (ヨーロッパ,アジア,オーストラリア) は,ほとんどの家庭用荷物を電源に供給しながら,電気ショックの重さを減らすのに十分低い.
- 断路器とファイューズは,同じ電圧で交流電流よりもより信頼性があり,交流電流は毎秒100~120回0ボルトを自然に越えており,故障状態では弧を消すのに役立ちます.
- 標準化されたプラグと容器 (NEMA,Schuko,Type A/Bなど) は,普遍的な安全インターフェースを作成します.
対照的に,DCは連続して弧を回し,DC配列断路器が物理的に大きく,高価であるため,断断するのが難しくなります.
物語は完全に一方的ではありません.今日では,高電圧直流 (HVDC) は特定の用途で使用されています.
- 非常に長い距離 (数百から数千キロメートル) の伝送で,直流線は交流線よりも容量/誘導損失が低い.
- 海底ケーブルで 海水を通る交流容量は 制限される
- 異なった周波数や段階で動作する非同期電網を相互接続する.
HVDCは電圧変換の問題をトランスフォーマーではなく,送信端の電源電子 (AC→DC) と受信端のインバーター (DC→AC) で解決します.この数十年で 価格が安くなりました.
その間 建物の内部では すでに多くのデバイスが DCで動いています 電話,ラップトップ,LED照明,EV充電器,太陽光パネル,データセンターのサーバーなどですACをDCに変換します. これはエネルギーを浪費し,コストも増します.そのため,新しい建物やデータセンターでは 現地直流配電を試していますが, 送電網自体は圧倒的にACです.
なぜ電網全体で 高電圧直流 (HVDC) を使えないのでしょうか?
HVDCは長距離の点から点の伝送に最適ですが ローカル配送のためにACに変換するのは高価ですDCには 支線回路を処理する シンプルなトランスフォーマーインフラストラクチャが欠けているHVDCは"送電高速道路"として機能し,交流電網に供給される.
建物内側では ACか DCを使っていますか?
壁 の 出口 から AC を 供給 する が,ほとんど の 電子 装置 は 内部 で DC に 変換 し て い ます.白熱 電灯,汎用 モーター (ミクサー,掃除機),および HVAC 設備 の 中 に は,直接 AC に 動かさ れ て い ます.太陽光パネルやEVの充電器は直流を生産したり使用したりし,交流電網とインターフェースをつけるためにインバーターやコンバータが必要です.
ACは DCの為に 徐々に廃止されるのか?
ACは電源伝送のために段階的に廃止されていない.しかし,DCは屋根のソーラー,バッテリーストレージ,高速EV充電,データセンターの辺りで成長している.おそらくの未来はハイブリッドである:長距離配送と建物配送のためのAC経済的に意味のある場所に DCセグメントを埋め込みます
結論
ACは建物への電力を送る標準になりました 初期の電化に起因した 2つの問題を解決したからです効率的な長距離配送 (高電圧トランスフォーマーと低電流トランスミッションを通じて) と安全HVDCとオンサイトDCはニッチアプリケーションで得点を得ていますが,HVDCとオンサイトDCは,AC は 発電所 から 壁 の 出口 に 電気を 送る 最も 経済的 で 普遍 的 に 互換 的 な 方法 で ある.
