เหตุใดไฟ AC แทนที่จะเป็นไฟ DC จึงถูกส่งไปยังอาคาร

กระแสไฟฟ้าสลับ (AC) ใช้ในการกระจายไฟฟ้าในอาคาร เพราะมันสามารถเพิ่มหรือลดความแรงดันได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยใช้เครื่องแปลงไฟฟ้าทําให้ไฟฟ้าสามารถเคลื่อนยาวได้ไกลในแรงดันสูงมาก ต่ําสุดการสูญเสียพลังงานต่อต้าน, 230 V, หรือความแรงดันในระดับอาคารอื่น ๆ ก่อนที่จะถึงช่องออกกําแพง. กระแสตรง (DC) ไม่สามารถใช้เครื่องแปลงได้, ทําให้การถ่ายทอด DC ระยะไกลเป็นไปไม่ได้ในทางประวัติศาสตร์

เหตุผลที่สําคัญที่สุดที่ AC ชนะ DC ในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 คือเครื่องแปลงทํางานด้วยกระแสไฟฟ้าสลับเท่านั้น

เครื่องแปลงไฟฟ้าทํางานตามการนําไฟฟ้า (กฎของฟาราเดย์) การเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็กในโค้ลหลักทําให้ความกระชับในโค้ลรองมันผลิตสนามแม่เหล็กสแตติก ไม่เกิดการผลักดันดังนั้น แทรนฟอร์มง่ายๆ ก็ไม่สามารถเปลี่ยนความแรงต่อเนื่องได้

กับ AC ความดันสามารถเป็น:

• เพิ่มขึ้นที่โรงไฟฟ้าเป็นร้อยๆ กิโลโวลต์ (เช่น 230 kV, 500 kV, 765 kV) สําหรับการส่งระยะไกล
• ลดลงในสถานีไฟฟ้าพื้นที่ถึงระดับการกระจาย (เช่น 11 kV, 33 kV)
• ลดลงอีกครั้ง ใกล้หรือภายในอาคาร เป็น 120 V, 240 V, หรือ 230 V สําหรับการใช้งานปลาย

การปรับเปลี่ยนความดันหลายขั้นตอนนี้เป็นกระดูกสันหลังของเครือข่ายที่ทันสมัย และมันเป็นไปได้เพียงเพราะ AC เปลี่ยนทิศทาง 50 หรือ 60 ครั้งต่อวินาที

ไฟฟ้าที่สูญเสียในรูปของความร้อนระหว่างการถ่ายทอด ตามสูตร:

P_loss = I2 × R

โดยที่ I คือกระแสไฟฟ้า และ R คือความต้านทานของสาย ขณะเดียวกัน พลังงานรวมที่ส่งออกคือ

P = V × I

สําหรับปริมาณพลังงานคงที่ การเพิ่มความกระชับกําลัง (V) จะลดกระแส (I) เพราะการสูญเสียจะปรับขนาดตามกําลังสองของกระแสแม้แต่การลดกระแสไฟฟ้าน้อยๆ ก็ทําให้การเสียพลังงานลดลงอย่างมาก.

ตัวอย่างคอนกรีต: การจัดส่ง 100 เมกะวัตต์ที่ 12 kV ต้องใช้กระแสไฟฟ้าประมาณ 8,333 A. ในระดับ 230 kV 100 เมกะวัตต์เดียวกันต้องใช้กระแสไฟฟ้าเพียงประมาณ 435 Aซึ่งลดการสูญเสียความร้อนในสายโดยประมาณ 360 เท่า.

นั่นเป็นเหตุผลที่โรงไฟฟ้าส่งไฟฟ้าในแรงดันสุดๆ ผ่านสายส่งแรงดันสูง แล้วค่อยๆ ลดลงเมื่อมันเข้าใกล้ผู้ใช้สุดท้ายระบบ DC ที่ไม่มีเครื่องแปลง จะต้องส่งสัญญาณในระดับต่ําเท่ากัน, ความดันระดับอาคารที่ลูกค้าใช้ ส่งผลให้เกิดการสูญเสียพลังงานอย่างมหัศจรรย์ แม้แต่ระยะทางสั้น

แอนซียังมีข้อดีที่แหล่งและทั่วเครือข่าย

• เครื่องกําเนิดอัตราแลกเปลี่ยน แรงไฟฟ้าที่ใช้ในเครื่องไฟฟ้าที่ใช้ในเครื่องไฟฟ้าที่ใช้ในเครื่องไฟฟ้าที่ใช้ในเครื่องไฟฟ้าการผลิต DC ต้องการเครื่องสลับ หมุนสวิทช์กลไกที่แก้ไขผลิต, การบํารุงรักษา และจุดผิดพลาด
• การสานสมาชิกกับเครือข่ายเป็นเรื่องตรงไปตรงมา ระบบแอลเอซีจะสานสมาชิกกับความถี่เดียวกัน (50 Hz หรือ 60 Hz) โดยอนุญาตให้โรงไฟฟ้าหลายแห่งเชื่อมต่อกับเครือข่ายเดียวกันและแบ่งภาระ
• โครงสร้างพื้นฐานระดับโลกที่มีมาตรฐานมากกว่าหนึ่งศตวรรษ ของการมีอํานาจในแอนซี ได้ผลิตระบบนิเวศของเครื่องแปลง เครื่องเปลี่ยน เครื่องป้องกันและอุปกรณ์อุปกรณ์ ล้วนถูกออกแบบโดยใช้ AC.

เมื่อไฟฟ้าถึงอาคารแล้ว เครื่องแปลงออนไลน์ของ AC ทําให้มันปลอดภัยในการส่งไฟฟ้าในความดันต่ําและมาตรฐาน

• 120 วอลต์ (อเมริกาเหนือ) และ 230 วอลต์ (ยุโรป, เอเชีย, ออสเตรเลีย) ต่ําพอที่จะลดความรุนแรงของการกระแทกไฟฟ้าในขณะที่ยังคงให้พลังงานกับภาระส่วนใหญ่ของครัวเรือน
• เครื่องตัดวงจรและไฟฟิวส์จะตัด AC ได้อย่างน่าเชื่อถือกว่า DC ในความแรงดันเดียวกัน เพราะ AC จะข้าม 0 โวลต์ 100-120 ครั้งต่อวินาที
• โปรแกรมสแตนเดอร์เดรนด์ (NEMA, Schuko, Type A/B ฯลฯ) สร้างอินเตอร์เฟซความปลอดภัยทั่วไป

ด้าน DC วงโค้งโดยต่อเนื่องและยากที่จะหยุด เพราะเครื่องตัดวงจรแบบ DC มีขนาดใหญ่และแพงกว่า

เรื่องราวไม่ได้เป็นเรื่องเดียวเลย วันนี้ไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าแบบสอดคล้องความดันสูง (HVDC) ใช้สําหรับการใช้งานเฉพาะเจาะจง:

• การถ่ายส่งระยะทางไกลมาก (หลายร้อยถึงหลายพันกิโลเมตร) โดยสาย DC มีการสูญเสียความจุ / ความจุที่ต่ํากว่า AC
• สายไฟใต้ทะเล ที่ความจุของ AC ผ่านน้ําทะเลจะกลายเป็นขั้นต่ํา
• การเชื่อมต่อกันของเครือข่ายที่ไม่สมองที่ทํางานในความถี่หรือระยะที่แตกต่างกัน

HVDC แก้ปัญหาการแปลงความดันไม่ได้ด้วยเครื่องแปลง แต่ด้วยอิเล็กทรอนิกส์ประสิทธิภาพ (AC→DC) ที่ปลายส่งและเครื่องแปลง (DC→AC) ที่ปลายรับราคาเหล่านี้ได้ถูกในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา.

ขณะเดียวกัน ภายในอาคาร มีอุปกรณ์หลายอย่างทํางานด้วยไฟฟ้าแบบ DC โทรศัพท์ คอมพิวเตอร์เล็ปโตป ไฟ LED ชาร์จรถยนต์ แผนแสงอาทิตย์ และเซอร์เวอร์ศูนย์ข้อมูลพวกเขาใช้เครื่องปรับไฟที่ติดตั้งในตัวหรือเครื่องพลังงานเพื่อแปลง AC กลับสู่การแปลง DC กลับทําให้เสียพลังงานและเพิ่มต้นทุนซึ่งเป็นเหตุผลที่บางอาคารใหม่และศูนย์ข้อมูลกําลังทดลองกับการกระจายไฟฟ้าแบบ DC ในสถานที่ แต่เครือข่ายส่งไฟฟ้าเองยังคงเป็น AC เป็นจํานวนมาก

สรุป

แอค (AC) กลายเป็นมาตรฐานในการส่งพลังงานไปยังอาคาร เพราะมันแก้ปัญหาสองประเด็นที่กําหนดการใช้ไฟฟ้าในช่วงแรกการจัดส่งระยะไกลที่ประสิทธิภาพดี (ผ่านเครื่องแปลงความแรงสูงและการส่งกระแสความแรงต่ํา) และปลอดภัย, การจําหน่ายการใช้งานปลายทางที่เชิงปฏิบัติการ (ความแรงดันที่ลดลง, การหยุดเชื่อถือได้, และอุปกรณ์มาตรฐาน)AC ยังคงเป็นวิธีการที่ประหยัดที่สุดและเข้ากันได้ทั่วไปในการส่งไฟฟ้าจากโรงงานไฟฟ้าไปยังสายพานผนัง.