Zer da HVAC eta HVDC arteko desberdintasunak indar osagaiaren transmitzitzan

HVAC eta HVDC arteko Desberdintasuna

Elektrizitatea erditxiketen bitartez sortzen da, ondoren distantzia luzeetan transmititzen da elektrizitate-atalak, eta horixe banatzen du erabiltzaileei. Distantzia luzeetarako transmititutako tensioa oso altua da, eta geroago azalduko dugu zergatik beharrezkoa den tensio altu hau. Aldiz, transmititutako indarra batez ere korronte alternoa (AC) edo korronte zuzena (DC) izan daiteke. Beraz, indarra HVAC (High Voltage Alternating Current) edo HVDC (High Voltage Direct Current) bidez transmititu daiteke.

Zergatik Beharrezkoa Da Tensio Altua Transmititzeko?

Tensioa papel garrantzitsu bat du lerro-galderen, hainbat aldiz transmitizio-galderen murriztean. Elektrizitate transmititzeko erabilitako harro guztiak ohmikoa duten errazentzien bat (R) dituzte. Korrontea (I) harrotan doazen unean, termikoaren energia sortzen dute, hau da, askatasuneko energia edo indarra (P).

Ohm-en Legearen arabera

Ehara, transmitizioan harrotan galduko den energia korrontearekin lotuta dago, tensioren ordez. Baina, tensioko aldatzearen bidez korrontearen magnitudea egokiak diren tresnekin alda daiteke.

Tensioko aldatzean, indarra gorde eta aldatu gabe gelditzen da. Tensioa eta korrontea sinpleki alderantzizko faktore baten arabera aldatzen dira, honako printzipioaren arabera:

Adibidez, 11KW indarra 220v tensioan 50 Ampere ditu. Kasu horretan, transmitizio-lerroen galdera hauek izango dira

Biderkatu dezagun tensioa hamarreko bat. Beraz, 11KW indarra 2200v tensioa eta 5 Ampere ditu. Orain, lerro-galderak hurrengoak izango dira;

Ikus dezakezu, tensioa handitzeak transmitizio-lerroetan galderak gehiegi murriztu ditu. Beraz, transmitizio kableetan korrontea murrizteko, tensioa handitzen dugu.

Korronteen Gerra (AC kontra DC)

1880ko amaieran, "Korronteen Gerra" bezala ezagututako aldiro, korronte zuzena (DC) lehenengoa izan zen transmitizioarekin. Baina, praktikoak ez ziren tensioko aldatzeko tresnak, korronte alternoa (AC) bezala, transformadoreekin erraz aldatzeko. Hasierako korronte zuzeneko indarrerako estazioak bakarrik elektirizitatea milaka batetik kanpo eman ahal izan zuten; horren ondorioz, tensioa oso gutxi geratzen zen, eta multzo txiki batetan askoz indarrerako estazio gehiago behar izan ziren - kostu altua.

Tensioko korronte zuzen transmitizioak inherenteki korronte alternoaren gaineko galderak baino txikiagoak izaten ditu, baina korronte zuzen sistema lehenengotan merkurio arku-bihurrietan (rectifiers) mendebaldeko tensioko AC korrontea korronte zuzenean bihurtzeko erabili ziren. Terminal-device hauek zuriune handiak, kostu altuak eta mantentzea beharrezkoa zuten. Aldiz, korronte alternoa transformadoreen menpe dago - efizientziagarrago, ordaintzeko ahalagarriago eta fiableago - hortaz, korronte alternoa distantzia luzeetarako transmitizioaren aukera nagusi izan zen.

Aukeratzean, korronte alternoa (HVAC) eta korronte zuzena (HVDC) distantzia luzeetarako transmitizioan kontuan hartu beharreko faktore asko daude. Artikulu honek faktore hauei begira egin dio.

HVAC & HVDC

HVAC (High Voltage Alternating Current) eta HVDC (High Voltage Direct Current) distantzia luzeetarako transmitizioan erabiliko diren tensiorako tarteak dira. HVDC distantzia oso luzeetarako (ohikoa 600 km baino gehiagora) hobesten da, baina sistemak biak oraindik munduan erabiltzen dira, bakoitzak bere abantailak eta desabantailak ditu.

Transmitizio Kostuak

Distantzia luzeetarako transmitizioa tensio altuak eskatzen ditu, terminal stationen artean indarra transmititzen da, non tensioko aldatzea egiten den. Horrela, transmitizio kostu guztiek bi osagaia dituzte: terminal station kostuak eta transmitizio line kostuak.

• Terminal Stationak
  Terminal stationak transmitizioa egiteko tensio mailak aldatzen dituzte. AC sistemetan, hau transformadoreen bidez egiten da, altu eta baxu tensioen artean aldatzen dituzte. DC sistemetan, terminal stationak thyristor edo IGBT-based converteren bidez DC tensio mailak aldatzen dituzte.

  Transformadoreak solido-state converteren baino fiableagoak eta ordaintzeko ahalagarriagoak direnez, AC terminal stationak DC terminal stationen baino kostu gutxiago dituzte, hortaz, AC tensioko aldatzea ekonomikoagoa da.

• Transmitizio Lineak
  Line kostuak konduktore kopuruaren eta transmitizio toweren diseinuaren mendean daude. HVDC sistemetan bi konduktore soilik behar dituzte, HVAC sistemetan hiru edo gehiago (korona efektuak murrizteko bundled konduktoreak barne).

  AC transmitizio towerrek mekanikoari dagokion pisu handiagoa sustatu behar dute, beraz, HVDC toweren baino altuagoak, zabaltuagoak eta fortukagoak izan behar dituzte. Line kostuak distantzia handiagoan gehitzen dira, eta 100 km bakoitzeko, HVAC lineak HVDC lineen baino kostu handiagoak dira.

• Transmitizio Kostu Guztiak
  Kostu guztiak terminal kostuen (finkoa, distantziarekin independientea) eta line kostuen (aldakorra, distantziarekin proportzionala) mendean daude. Hortaz, transmitizio sistemaren kostu osoa distantziarekin gehitzen da.

Break-Even Distance

"Break-even distance" transmitizio distantzia baten ondorioz HVAC investimentu kostu osoa HVDC baino handiagoa dela adierazten du. Distantzia hau 400-500 mile (600-800 km) inguru da. Distantzia hau baino gehiago dugunean, HVDC kostu txikiagoa da; distantzia txikiagoetarako, HVAC kostu txikiagoa da. Erlazio hau goiko grafikoan ikus daiteke.

Flexibilitatea

HVDC distantzia luzeetarako puntu batetik beste puntura transmititzeko erabiltzen da, intermedio puntuetan indarra erabiltzeak korronte zuzen tensio altuen bihurtzeko kostu altuko convertiruak behar ditu. Aldiz, HVAC flexibilitate handiagoa ematen du: terminal station asko indarraren tensioa baxuagotzeko kostu txikiak dituzten transformadoreak erabiliz, lerroaren zerrendan punturen batetik bestera indarra atera dezake.

Indarra Galduak

HVAC transmitizioak korona galdera, skin effect galdera, radiazio galdera eta indukzio galdera mota desberdinak ditu, HVDC sistemetan ez daude edo minimizatuta daude:

• Korona Galdera: Tensioa xehetasun jakin baten gainditzen denean, konduktoreen inguruko airea ionizatzen da, korona discharge sortzen du, energia galdu egiten da. Galderak maiztasunarekin lotuta daude - DCren maiztasuna zero denez, HVAC korona galdera HVDCren baino hiru aldiz handiagoak dira.

• Skin Effect Galdera: AC transmitizioan, korronteen dentsitatea konduktorearen gainean dagoena handiena eta barruan dagoena txikiena da (skin effect), horrek korrontearen fluxuarentzat erabiltzen diren sekzio-karratu errealak murriztu ditu. Honek konduktorearen errazentzia handitzen du eta I²R galdera handitzen ditu. DC korrontea, kontrastuan, uniformeki banatzen da konduktorean, horrek skin effect ezabatzen du.

• Radiazio eta Indukzio Galdera: HVACren alternatiboko magnetikoa lerro luzeak antena bezala funtzionatzen ditu (energia irrecuperablea radiatzen du) eta indarren konduktoreen ondoan indarren korronteak sortzen ditu (indukzio galdera). HVDCren jarraian dauden magnetikoa horrelako arazoak saihesten ditu.

Skin Effect-a

Skin effect-a, maiztasunarekin proportzionala, korronte alternoaren gehienak konduktorearen gainean doazela eragiten du, barruan erabili gabeko egoera utzi du. Honek konduktorearen efizientzia murriztu du: korronte handiagoak eramateko, HVAC sistemak sekzio-karratu handiagoa duten konduktoreak behar dituzte, material kostu handiagoak dituzte. HVDC, skin effect-a eragiten ez duena, konduktoreak efizientziagarrago erabiltzen ditu.

Hortaz, korronte berdina eramateko, HVAC konduktore handiagoak behar ditu, HVDCren baino, konduktore txikiagoak erabil ditzake.

Kablearen Korrontea eta Tensioren Ertaketak

Kableak erresistentziatzat hartzen dituzten tensio eta korronte maximoak dituzte. ACn, pikeko tensioa eta korrontea bataz besteko balioetatik (zerrendako indarra edo DC balio baliokoak) 1,4 aldiz altuagoak dira. Kontrastuan, DC sistemetan, pikeko eta bataz besteko balioak berdinak dira.

Hala ere, HVAC konduktoreak pikeko korrontea eta tensioa erresistentziatzat hartu behar dituzte, hortaz, geroztik 30% kapazitatea galdu egiten dute. Kontrastuan, HVDC kapazitate osoa erabiltzen du, beraz, tamaina bera duten konduktoreak HVDC sistemetan indar gehiago transmititu ditzakete.

Right-of-Way

"Right-of-way" transmitizio infraestrukturarako land corridorra adierazten du. HVDC sistemak torret txikiagoak eta konduktore gutxiago (DC bi konduktoreren baino, ACren hiru konduktoreren baino) dituzte. Gehiago, AC insulator toweren gainean pikeko tensioentzat erresistentziatzat hartu behar dira, horrek espazio gehiago eskatzen du.

Corridor hau txikiagoa denez, material, eraikuntza eta lur kostuak murriztu egin dira, HVDC right-of-way efizientzia handiagoa du.

Itsasoaren Barruan Indarra Transmititzeko

Itsasoaren barruan erabiltzeko submarine kableek paraleloko konduktoreen artean kapazitate estray dute. Kapazitatea tensio aldaketari eragina du - ACn (50-60 segundotan) aldatzen da, DCn bakarrik aldatzen da switch egiten denean.

AC kableak jarraitu charge eta discharge egiten dute, hortaz, indarra jasotzaileari eramatelehen energia asko galdu egiten da. HVDC kableak bakarrik bat charge egiten dute, horrek galdera horiek eliminatzen ditu. Informazio gehiago submarine kableen eraikuntzari, ezaugarriari, jokatzeari eta jointseari buruzko edukiak.

Indarren Fluxuaren Kontrola

HVAC sistemek indarren fluxuaren gaineko kontrol zehatzik ez dute, HVDC linkak IGBT-based semiconductor converteren bidez erabiltzen dituzte. Converter kompleksu hauek ziklo bakoitzeko aldaketa anitz egiten dituzte, indarraren banaketa sistemaren zati desberdinetan optimizatzen dute, harmonikoaren prestazioa hobetzen dute eta fault protection eta clearance rapiduak ahalbidetzen dituzte - HVACren baino arrakasta handiagoa duen aukera.

Asynchronous Systemen eta Smart Griden Interlinking-a

Smart grid bat generatzaile talde asko batu daitezkeen sarea bat da, potentzia altuak sortzeko scale grids txikiak erabiliz. Baina, asynchronous AC grid asko (maiztasun edo fase desberdinekin) konektatzea oso zaila da.

Asynchronous Griden Interlinking-a

Munduko power grid guztiak maiztasun desberdinetan egiten dute - batzuei 50 Hz, beste batzuei 60 Hz. Bat etxe maiztasun bera duten gridak ere fase desberdinetan egon daitezke. Hauek "asynchronous system" bezala klasekatzen dira, eta ezin dira standard AC link bidez konektatu.

DC, ordea, maiztasun edo fasearen mendean ez daude. HVDC interlinks hauetan AC maiztasun eta fase agnostic DCra bihurtzen da, horrela asynchronous gridak integrazio erraza egingo dute. Jaso orrian HVDC inverters DCra ACra bihurtzen du, maiztasun beharrezkoa duen, horrela indar transmitizio bat egingo dute.

Circuit Breakerak

Circuit breakerak tensio altu transmitizioan parte garrantzitsu bat du, faltsuen edo mantentzearen bitartean circuituak de-energizing egiten dituzte. Ahalmen bat arc-extinguishing du, horrek indar fluxua bertan behera egiten du.

• HVAC Circuit Breakerak: AC korrontea jarraitu norabide desberdinetan doaz, natural zero-current momentuak sortzen ditu (50-60 aldiz segundoan) horrek arkak automatisch extinguish egiten ditu. Ezarpen honek HVAC breaker disenioa erraztzen du, horrek kostu txikiagoa eta errazagoa egin du.

• HVDC Circuit Breakerak: DC korrontea norabide bakar batean doaz, natural zero crossing ez ditu. Arkak extinguish egiteko, special circuitry artificial zero-current points sortu behar ditu. Komplexutasun honek HVDC breakerak AC breakeren baino konplexuagoak eta kostu altuagoak egin ditu.

Interferentziak Sortzen

ACren korronte alternoa magnetic field jarraitu bat sortzen du, hau interferentziak sortu dezakeen komunikazio lineen ondoan. Kontrastuan, DCren magnetic field jarraituak horrelako interferentziak eliminatzen ditu, hortaz, komunikazio sistemaren zaharretasuna minimoa da.