چه فرقی بین سیستم های HVAC و HVDC در انتقال برق وجود دارد؟
HVAC û HVDC ya Karîna
Birra elektrîkî yên di stasyonên nirojê de hate çêkirin bi berdewam ên îlberên dirêj werin hatine vegirî. Bi serfirazî bûyerê yên bi berdewam ên îlberên birrê kirin hêmîn têne ku me li ser vebijarkên wê bibînim. Weha, birra elektrîkî di AC (Alternating Current) an DC (Direct Current) de hate dîtin. Buna, bi karînayê û bi HVAC (High Voltage Alternating Current) an HVDC (High Voltage Direct Current) birra elektrîkî hate dîtin.
Cîh Ji Bo Dîtin Berdewam E?
Bûyerê rola herî mîheng e di ser kerkirina hilanên hatine bikar anîn. Her hilanên elektrîkî yên bi berdewam ên îlberên birrê dîtin heye ku hûn bi ohmî reyaziya (R) yekî ne. Heke dergeha (I) di wan hilanan de bigere, wan bişînên termal bike, ku hûn wek nîrvan an nîrvan (P) dikarin bînin.
Li ser Ohm's Law
Wekî di nav me de were şohîn, nîrvana bişînên termal li ser hilanên bi berdewam ên îlberên birrê dîtin heye ku bi dergeha ne bi bûyerê. Lakin, hûn dikarin mezaj dergeha bi ser kevî bûyerê bikar bînin.
Di ser kevî bûyerê de, nîrvan pabêt ve ne hatiye guherandin. Tu bûyer û dergeha di ser kevî bûyerê de tu binivîsandin.
Mînak, 11KW nîrvan bi bûyerê 220v 50 Amps heye. Di vê demê de, hilanên hatine bikar anîn hêmîn têne ku:
Ji bo serbexsherê, bûyerê bi factor 10 zêde bikin. Nîrvan 11KW bi bûyerê 2200v û 5 Amps hêbe. Hilanên hatine bikar anîn hêmîn têne ku:
Wekî di nav me de were şohîn, bûyerê zêde bikin hilanên hatine bikar anîn bi serîlî zêdetir bikin. Ji bo ku dergeha li ser hilanan bi berdewam ên îlberên birrê dîtin hêbe, bûyerê zêde bikin.
Ceribeya Dergeha (AC vs. DC)
Di paşê 1880'an de, di "Ceribeya Dergeha" de, direct current (DC) ji bo dîtin bi berdewam ên îlberên birrê dîtin hate bikar bînin. Lakin, wekî ku hûn xweş ne bi ser kevî bûyerê, di nav me de niha tekerandî ve ne. Alternating current (AC), bi ser transformers, bi serîlî kevî bûyerê dîtin. Stasyonên nîrvanê yên bi berdewam ên îlberên birrê dîtin hêbe ku hûn bi serîlî nîrvanê yên bi berdewam ên îlberên birrê dîtin hêbe. Ev stasyonan tikandin bi serîlî nîrvanê yên bi berdewam ên îlberên birrê dîtin hêbe, ev jî tiştên gava bi serîlî nîrvanê yên bi berdewam ên îlberên birrê dîtin hêbe, ev jî tiştên gava bi serîlî nîrvanê yên bi berdewam ên îlberên birrê dîtin hêbe.
Di nav me de, high-voltage DC transmission bi serîlî hilanên hatine bikar anîn zêdetir bike. Ev sistemên sêdema DC li ser mercury arc valves (rectifiers) bi serîlî kevî bûyerê dîtin. Ev amacên terminala çend pir û bi serîlî hilanên hatine bikar anîn zêdetir bike. Alternating current (AC) li ser transformers, bi serîlî hilanên hatine bikar anîn zêdetir bike, ji bo vê yekê AC ji bo dîtin bi berdewam ên îlberên birrê dîtin hêbe.
Di nav me de, ji bo dîtin bi HVAC (High Voltage Alternating Current) an HVDC (High Voltage Direct Current) dîtin, hûn dikarin bi serîlî hilanên hatine bikar anîn zêdetir bike. Vê gotara li ser ev faktorên jî berxistin.
HVAC & HVDC
HVAC (High Voltage Alternating Current) û HVDC (High Voltage Direct Current) li ser rangên bûyerê yên bi berdewam ên îlberên birrê dîtin hêbe. HVDC ji bo dîtin bi berdewam ên îlberên birrê dîtin hêbe (di nav me de 600 km). Hûn dikarin bi serîlî hilanên hatine bikar anîn zêdetir bike, ev jî tiştên gava bi serîlî nîrvanê yên bi berdewam ên îlberên birrê dîtin hêbe, ev jî tiştên gava bi serîlî nîrvanê yên bi berdewam ên îlberên birrê dîtin hêbe.
Hilanên Dîtin
Dîtin bi berdewam ên îlberên birrê dîtin hêbe bûyerê bi serîlî hilanên hatine bikar anîn zêdetir bike. Nîrvan bi serîlî hilanên hatine bikar anîn zêdetir bike. Hilanên dîtin hêbe ji du amadê: hilanên terminal stations û hilanên transmission lines.
Break-Even Distance
"Break-even distance" li serîlî hilanên hatine bikar anîn zêdetir bike. Ev distance bi serîlî 400-500 miles (600-800 km) dîtin. Ji bo distances beyond this threshold, HVDC bi serîlî hilanên hatine bikar anîn zêdetir bike; ji bo distances shorter than this, HVAC bi serîlî hilanên hatine bikar anîn zêdetir bike. Ev relationship bi serîlî graph above dîtin.
Flexibility
HVDC bi serîlî point-to-point long-distance transmission dîtin, ji bo vê yekê power tapping at intermediate points bi serîlî expensive converters dîtin. HVAC bi serîlî flexibility: multiple terminal stations bi serîlî low-cost transformers dîtin, enabling power extraction at various points along the line.
Power Losses
HVAC transmission bi serîlî hilanên hatine bikar anîn zêdetir bike, including corona losses, skin effect losses, radiation losses, and induction losses, which are largely absent or minimized in HVDC systems:
The Skin Effect
The skin effect, directly proportional to frequency, forces most AC current to flow near the conductor surface, leaving the core underutilized. This reduces conductor efficiency: to carry larger currents, HVAC systems require conductors with increased cross-sectional area, driving up material costs. HVDC, unaffected by the skin effect, uses conductors more efficiently.
Thus, to carry the same current, HVAC requires conductors with a larger diameter, whereas HVDC can achieve this with smaller-diameter conductors.
Cable Current and Voltage Ratings
Cables have rated maximum tolerable voltage and current. For AC, peak voltage and current are approximately 1.4 times higher than their average values (which correspond to actual delivered power or equivalent DC values). In contrast, DC systems have identical peak and average values.
However, HVAC conductors must be rated for peak current and voltage, wasting approximately 30% of their carrying capacity. In contrast, HVDC utilizes the full capacity of conductors, meaning a conductor of the same size can transmit more power in HVDC systems.
Right-of-Way
"Right-of-way" refers to the land corridor required for transmission infrastructure. HVDC systems have a narrower right-of-way due to smaller towers and fewer conductors (two for DC vs. three for three-phase AC). Additionally, AC insulators on towers must be rated for peak voltages, further increasing their footprint.
This narrower corridor reduces material, construction, and land costs, making HVDC superior in terms of right-of-way efficiency.
Submarine Power Transmission
Submarine cables used for offshore power transmission have stray capacitance between parallel conductors. Capacitance reacts to voltage changes—constant in AC (50–60 cycles per second) but only occurring during switching in DC.
AC cables continuously charge and discharge, causing significant power losses before delivering power to the receiving end. HVDC cables, charged only once, eliminate such losses. For more details, refer to content on submarine cable construction, characteristics, laying, and joints.
Controllability of Power Flow
HVAC systems lack precise control over power flow, whereas HVDC links use IGBT-based semiconductor converters. These complex converters, switchable multiple times per cycle, optimize power distribution across the system, improve harmonic performance, and enable rapid fault protection and clearance—advantages unmatched by HVAC.
Interlinking Asynchronous Systems and Smart Grids
A smart grid allows multiple generating stations to feed into a unified network, leveraging small-scale grids for high-power generation. However, connecting multiple asynchronous AC grids (with differing frequencies or phases) is highly challenging.
Interlinking Asynchronous Grids
Power grids worldwide operate at different frequencies—some at 50 Hz, others at 60 Hz. Even grids with the same frequency may be out of phase. These are classified as "asynchronous systems" and cannot be connected via standard AC links.
DC, however, is unaffected by frequency or phase. HVDC interlinks resolve this by converting AC to frequency- and phase-agnostic DC, enabling seamless integration of asynchronous grids. At the receiving end, HVDC inverters convert the DC back to AC with the required frequency, facilitating unified power transmission.
Circuit Breakers
Circuit breakers are critical in high-voltage transmission, responsible for de-energizing circuits during faults or maintenance. A key requirement is arc-extinguishing capability to interrupt power flow.
Interference Generation
AC’s alternating current produces a constantly varying magnetic field, which can induce interference in nearby communication lines. In contrast, DC’s steady magnetic field eliminates such interference, ensuring minimal disruption to adjacent communication systems.
