Der Vorteil der Verwendung von Hochspannung besteht darin, dass wir dieselbe Leistung mit geringerem Strom über die Übertragungsleitungen liefern können. Ein geringerer Strom verringert die Verluste aufgrund des Widerstands der Leitungen. Dies gilt unabhängig davon, ob wir Wechselstrom oder Gleichstrom bei Hochspannung verwenden (und tatsächlich wird die Hochspannungs-Gleichstromübertragung immer häufiger)

Der Vorteil der Verwendung von Wechselstrom besteht darin, dass es angesichts der Technologie des späten 19. und frühen 20. Jahrhunderts, die bei der Entwicklung unseres Übertragungsnetzes vorhanden war, viel einfacher ist, Hochspannungswechselstrom in Mittel- oder Niederspannungswechselstrom für die Lieferung an umzuwandeln der Endkunde. Wir können dies mit Transformatoren tun. Zum Entwurf und zur Bereitstellung des Stromnetzes war keine vergleichbar erschwingliche und zuverlässige Technologie für die Umwandlung zwischen Gleichspannungen verfügbar.

Und wenn die Spannung höher ist, wie kann der Strom niedriger sein?

Beachten Sie, dass ich oben gesagt habe, "um die gleiche Menge an Leistung zu liefern".

Eine 100-W-Glühbirne in einem 240-V-Land verbraucht dieselbe Leistung und erzeugt dieselbe Lichtmenge wie eine 100-W-Glühbirne in einem 120-V-Land. Im 240-V-Land ist die Glühbirne jedoch mit einem höheren Widerstand ausgelegt, sodass sie weniger Strom verbraucht als die 100-W-Glühbirne für den Einsatz im 120-V-Land.

Wenn wir 20 Privatkunden haben, die insgesamt 20 kW Strom beziehen, und sie mit einer 20-kV-Leitung versorgen (indem wir einen Transformator verwenden, um diese auf 240 oder 120 V zu senken, bevor sie zu ihren Häusern geliefert werden), dann Die Leitung führt weniger Strom als wenn wir diese Kunden mit einer 10-kV-Leitung versorgen.

Der einzige Unterschied, den ich sehen kann, ist die Entlastung der Kabel aufgrund des Polaritätsschalters. Warum ist Wechselstrom besser, um Elektrizität über große Entfernungen zu transportieren?

Dies liegt etwas außerhalb des Hauptfokus Ihrer Frage, aber tatsächlich ist Wechselstrom in Bezug auf die Drahtverluste nicht besser als Gleichstrom.

Erstens muss die Spitzenspannung der Wechselstromwellenform tatsächlich höher sein, um die gleiche Leistung wie eine gegebene Gleichspannung zu liefern, da das Wechselstromsignal einen Teil seiner Zeit nahe 0 V verbringt. Wenn wir beispielsweise sagen, dass wir eine "120 V AC" -Netzquelle haben, meinen wir, dass die AC-Spannung eine Effektivspannung (Effektivwert) von 120 V hat, da dies in der Lage ist, einer ohmschen Last dieselbe Leistung zuzuführen wie a 120 V DC Quelle. Die Spitzenspannung dieser Wechselstromquelle beträgt jedoch etwa 170 V. Dies bedeutet, dass der Draht isoliert werden muss, um einen Lichtbogen bei 170 V und nicht nur bei 120 V zu verhindern

Zweitens wegen des Hauteffekts. Dies bedeutet, dass Wechselströme meist an der Außenfläche eines Drahtes fließen, während Gleichströme durch den gesamten Querschnitt des Drahtes fließen können. Der Effekt ist bei den relativ niedrigen Frequenzen, die wir für die Energieübertragung verwenden, gering, bedeutet jedoch immer noch, dass die Übertragungsdrähte beim Tragen von Wechselstrom einen effektiv höheren Widerstand aufweisen als beim Tragen von Gleichstrom.

Der Hauptgrund für die Wahl der Wechselstromübertragung besteht wiederum darin, Transformatoren zur Umwandlung zwischen Spannungen verwenden zu können, anstatt dass Wechselstrom von Natur aus besser ist.

Hochspannung ermöglicht im Allgemeinen, dass mehr Energie über eine bestimmte Drahtgröße gesendet wird, da ein geringerer Strom verwendet werden kann. Je niedriger der Strom ist, desto geringer sind die Drahtverluste (Widerstandsverluste). Das heißt:

• Die abgegebene Leistung ist Strom * Spannung oder W = E * I
• Durch Wärmeverlust verlorene Leistung ist die Widerstandszeit des Quadrats des Stroms oder W (Verlust) = I ^ 2 / R

Es ist dieser Begriff, der dich erwischt. Die Minimierung des Stroms ist ein großer Gewinn in Bezug auf die Reduzierung von Verlusten. (Ich denke hier noch nicht über Reaktanz nach. Das ist eine weitere Diskussion.)

Was warum Wechselstrom verwendet wird, ist in fast jeder Phase einfacher zu erzeugen und zu arbeiten als Gleichstrom, insbesondere wenn man bedenkt, dass der größte Teil der Kerntechnologie für die Stromerzeugung und -verteilung erst spät entwickelt wurde 19. Jahrhundert:

• Der Quellengenerator, im Wesentlichen ein rotierender Magnet, erzeugt zunächst Wechselstrom.
• Dieser Wechselstrom wird über Transformatoren auf hohe Wechselspannung erhöht und über den Draht gesendet. Transformatoren sind einfach und zuverlässig: keine beweglichen Teile, keine Elektronik.
• Die Hochspannungsleitung kümmert sich um Wechselstrom gegen Gleichstrom (Gleichstrom ist besser). Mehr dazu weiter unten.
• Das HV-Netz kümmert sich auch um die Phasenausrichtung, wenn Strom von Netz zu Netz verlagert wird (Gleichstrom ist besser). Nochmals weiter unten.
• In der Nähe der Verbraucherseite senken Transformatoren den Wechselstrom erneut auf eine freundlichere Spannung für den lokalen Gebrauch. Wieder - einfach, keine beweglichen Teile, keine Elektronik.
• Beim Verbraucher ist 3-Phasen-Wechselstrom für die meisten großen Motoren ideal. Einphasig lässt sich leicht auf eine sichere Spannung wie 240 / 120V für Geräte und Beleuchtung herunterschalten.

Lassen Sie uns jetzt über DC sprechen. Hochspannungs-Gleichstrom (HGÜ) ist eine Technologie, die ursprünglich in Schweden (von ASEA, jetzt ABB) entwickelt wurde, um ein Problem mit Unterseekabeln zu lösen: Dielektrikum und Abschirmungsverlust. Mehr hier: https://mycableengineering.com/knowledge-base/dielectric-loss-in-cables

Die Schweden wussten lange, dass das sich ständig ändernde elektrische Feld in einem Unterwasserkabel zu großen Kopplungsverlusten mit dem umgebenden Panzerungsmaterial führte. Diese Kopplung wird zu Wärme, dh Verlust. Um den Fjord von einer Insel zur anderen mit Strom zu versorgen, hat es sich gelohnt, vor dem Herunterschicken des Kabels auf Gleichstrom umzustellen und dann zur Verwendung wieder auf Wechselstrom umzustellen. Mehr hier von ABB.

Und ein bisschen über den Nazi-hassenden Schweden, der es hervorgebracht hat: Uno Lamm.

Die Verwendung von HGÜ hat einen weiteren Vorteil, sei es Freileitungen oder vergraben: kein Hauteffekt. Wechselstrom in einem Kabel erzeugt lokalisierte Wirbelströme in der Mitte des Kabels, die dem Strom entgegenwirken, was dazu führt, dass der Hauptstrom im Außenumfang des Kabels konzentriert wird. Diese Stromkonzentration erhöht den Kabelwiderstand, sodass mehr Energie als Wärme verloren geht. Mehr hier: https://www.electrical4u.com/skin-effect-in-transmission-lines/

Gleichstrom bildet keine Wirbel, die dem Strom entgegenwirken, und hat daher fast keinen Hauteffekt. Dies bedeutet, dass das gesamte Kabel verwendet wird, sodass mehr Strom mit geringeren Verlusten über Kabel gleicher Größe geleitet werden kann.

Schließlich gibt es das Zwischenproblem. Wenn Wechselstrom zwischen Netzen bewegt wird, müssen deren Phasen und Spannungen genau aufeinander abgestimmt sein. Dies ist für große Systeme sehr schwierig. Mehr dazu hier: https://www.testandmeasurementtips.com/how-ac-power-sources-get-synchronized-faq/

DC verringert dieses Problem bei Unterbrechungen - es müssen keine Phasen übereinstimmen, und es ist einfacher, die Aufwärtsspannung anzupassen und dem Netzwerk hinzuzufügen, wenn eine neue Quelle online geht. Es wird in vielen großen Stromkorridoren als Zwischenstation verwendet, einschließlich dieser: der Pacific DC Intertie, die Strom vom Bonneville Dam am Columbia River bezieht und nach Südkalifornien liefert .

Seitdem wird die Verwendung von HGÜ-Unterseekabeln nicht nur für U-Boot-Stromkabel eingesetzt, sondern auch für die Anbindung von Offshore-Windkraft an Onshore-Stationen.(Hier wird eine Variante namens HDVC Light verwendet, mehr von den Schweden hier: https://new.abb.com/systems/hvdc/hvdc-light)

Wenn die Wechselrichtertechnologie ausgereift ist und die Kosten sinken, besteht der Trend für lange Leitungen darin, auf HGÜ zu migrieren und gleichzeitig den Wechselstrom für Teilnehmeranschlüsse beizubehalten, da dies für Motoren und andere große Maschinen weiterhin von Vorteil ist.

Selbst dann kann und wird dieselbe elektronische Technologie, die HGÜ praktisch macht, auf die Verbraucherseite angewendet, sodass wir auch auf der lokalen Seite weiterhin mehr Gleichstrom sehen werden.Dies ist bereits bei Rechenzentren der Fall, die anfangen, 48 V DC für die Stromversorgung des Server-Racks zu verwenden.Sogar Induktionsmotoren, die Maschinen, die Wechselstrom wirklich mögen, können mit gewissen Kosten auf Wechselrichter- / VFD-Antriebe umsteigen, um mehr Effizienz und Flexibilität zu erzielen

Transformatoren, Riesentransformatoren, sind billiger als riesige Stapel von Gleichrichtern und Zerhackern, um den HV-Gleichstrom in Gleichstrom mit niedrigerer Spannung umzuwandeln.

Und die Transformatoren sind robuster.

Es ist wirklich schwer, in reiner Theorie damit umzugehen.

Versuchen wir ein praktisches Beispiel.

Nehmen wir an, ich habe ein netzunabhängiges Haus mit einem perfekt funktionierenden Stromversorgungssystem gebaut. Batterien, die meisten Beleuchtungs- und Hilfslasten sind Gleichstrombatterien, Wechselrichter betreiben einige Dinge nach Bedarf. Die Batteriespannung beträgt 12 Volt.

500 Meter entfernt habe ich eine Windmühle mit 480 VA (im Grunde 480 Watt), deren Aufrollen sie im Grunde genommen mit einer Geschwindigkeit laufen lässt. Es ist nicht schwer, es aufzuwickeln, so dass Sie einphasig 60 Hz erhalten. Ich bin mit der Lage festgefahren, weil dort der Nacken des Hügels ist. How wickle ich den Generator? Welche Spannung?

Meine Systemspannung beträgt 12 Volt. Wickeln wir den Generator also einfach auf 12 V und geben 40 Ampere. Jetzt muss ich meine 12V @ 40A von der Windmühle zum Haus 500 Meter bringen. Welchen Draht werde ich verwenden ????

Der minimal zulässige Code für 40 A beträgt 8 AWG (8,37 mm ^{2 sup>). Das Zeug ist 2,061 Milliohm pro Meter, also ist meine 1000m Hin- und Rückfahrt 2,06 Ohm. E = IR-Spannungsabfall beträgt 82,4 - nun, das funktioniert nicht!}

Erhöhen wir die Drahtgröße auf 6 AWG (13,3 mm ^{2 sup>). 1,3 Mohm / m oder 1,3 Ohm bei 1000 m oder 52 Volt - Nein, das funktioniert auch nicht .}

Gehen wir zum größten - 0000 oder 4/0 AWG (107 mm ^{2 sup>). Das sind 0,161 Mohm / m oder 0,161 Ohm für unseren 1000-m-Lauf. 6,4 Volt oder 53% Spannungsabfall, * wow, wir verlieren die Hälfte davon und zahlen 10 USD / Meter für den Draht (tatsächlich für 300 kcmil Aluminium bei 1,59 USD / ft; wir würden bei dieser Größe kein Kupfer verwenden) / p>}

Gehen wir zum größten Draht. 2500 kcmil AAC "Lupine" in der Größe Ihres Handgelenks, bei 18 USD / Meter pro Strecke. 0,023 Ohm / km. Also 0,91 Volt oder 7,6% Spannungsabfall (endlich! Eine vernünftige Zahl!), Aber das wird in der Praxis immer noch nicht als gute Zahl angesehen.

Nun, das ist nicht gut .

Aber schau. Auf diesem von uns verwendeten XHHW-Kabel steht tatsächlich "600V". Wie wäre es, wenn wir die Spannung erhöhen und im Haus abbauen? 600-V-Transformatoren sind seltsam, also versuchen wir es mit 480 V, da dies üblich ist. 480 VA bei 480 V treten bei 1 Ampere auf. Gehen wir jetzt zurück und drücken Sie den Spannungsabfallrechner.

14 AWG Kupferdraht (2,08 mm ^{2 sup>) @ 0,23 USD / Meter ist der kleinste verfügbare THWN / XHHW-Draht. Lass es uns versuchen. Der Widerstand beträgt bei uns 8,282 Milliohm pro Meter oder 8,282 Ohm. Schrecklich! Oh Schnappschuss, wir sind in Schwierigkeiten. Dies funktioniert nicht, aber lassen Sie uns nur aus akademischen Gründen weitermachen, um zu sehen, wie schlimm es ist. Mal sehen, 8,282 Ohm x 1A = 8,282 Volt oder 1,7% Spannungsabfall. Warte ... das ist völlig akzeptabel, warum hat das funktioniert ???}

Aber das scheint seltsam, als ob dort etwas schief gelaufen wäre. Versuchen wir es noch einmal mit dem kleinsten verfügbaren Aluminiumdraht, 6 AWG.

Aluminium mit 6 AWG (17,16 mm 2) bei 0,55 USD / Meter. Der Widerstand beträgt 2,16 Milliohm / Meter oder 2,16 Ohm (uh oh!) für unseren Lauf. Geben von 2,16 Volt oder 0,45% Spannungsabfall. Das funktioniert wirklich, wirklich .

Wir haben lediglich die Spannung von 12 auf 480 geändert.

Ohmsches Gesetz, erfüllen Sie das Wattsche Gesetz.

Hier ist das Ding. Ohmsches Gesetz ist

  E = I R.

 Spannung (Abfall) = Strom x Widerstand
 

Der Spannungsabfall ist also proportional zum Strom. Oben fließen 1 Ampere statt 40 Ampere, sodass der Spannungsabfall offensichtlich 1/40 beträgt. Aber es gibt noch mehr .

Watt's Gesetz sagt

  P = E I.

  Leistung = Spannung x Strom
 

Denken Sie daran, dass in unserer Anwendung die Leistung konstant war: 480 W / VA. W Als wir die Spannung erhöhten, verursachte dies eine proportionale Verringerung des Stroms bei gleicher Leistung. Wir haben den Strom um den Faktor 40 gesenkt.

Zurück zum Ohmschen Gesetz fiel der Spannungsabfall (in absoluten Volt) um den Faktor 40. Es geschah jedoch etwas anderes. Die Spannung erhöhte sich um den Faktor 40. That bedeutet, dass der Biss, den der Spannungsabfall nahm, ebenfalls um den Faktor 40 schrumpfte. Relativer Spannungsabfall im Vergleich zur Systemspannung, um 40 im Quadrat gesunken .

Ka-zinga! Sie können die Leistung dieses Spannungsanstiegs sehen (für einen bestimmten statischen Leistungsbedarf).

Versuchen Sie es erneut in einer sehr praktischen, typischen Anwendung.

1500 Fuß entfernt möchten Sie eine Reihe von Einfahrtpfostenlichtern mit Strom versorgen. Sie ziehen 240 Watt. Sie können sie entweder mit 120 V oder 240 V versorgen (die Lichter funktionieren auch problemlos). Ein Spannungsabfall von 3,5% ist akzeptabel.

Gehen Sie zu Ihrer freundlichen Nachbarschaft Spannungsabfallrechner und sehen Sie, was Sinn macht. Sie werden auch die Optionen hier bewerten und / 2 UF-B mit Sicherheitsgrund auswählen.

• Führen Sie 120 V aus. Die Stromaufnahme beträgt 2 Ampere.
• Führen Sie 240 V aus. Die Stromaufnahme beträgt 1 Ampere.

Für was würden Sie lieber bezahlen?

In Bezug auf den Widerstand ist DC besser als AC (siehe "Hauteffekt").

DC erfordert auch weniger Isolierung bei gleicher effektiver Spannung (AC-Spitzen sind 41% höher als die effektive Spannung)

In gewissem Sinne ist es auch besser, dass die Energieübertragung kontinuierlich ist. Im einphasigen Wechselstrom kommt die Energie 100 oder 120 Mal pro Sekunde in Impulsen. (3-Phasen-Wechselstromnetz hat, wenn es ausgeglichen ist, auch eine kontinuierliche Energieübertragung.)

DC ist auch besser, weil es keine Synchronisation benötigt. Das Hinzufügen eines Generators zu einem Wechselstromnetzwerk ist auch heute noch ein großes Problem. Vor 30 bis 40 Jahren war es weitaus schlimmer, als Computer nicht überall waren.

In einem Gleichstromnetz haben Sie keine "Blindleistung" und den damit verbundenen Aufwand.

Die meisten elektronischen Geräte benötigen zum Betrieb Gleichstrom. Das Erhalten eines guten Gleichstroms vom Netzstrom ist ein großer technischer Aufwand.

In einem kleinen, isolierten Stromnetz (z. B. einem Auto) ist die Verwendung von Gleichstrom in Ordnung. Sie können Stromquellen und Stromverbraucher verwenden, die eine einzelne Gleichspannung direkt verwenden.

T. Edison versuchte, den gleichen Ansatz in der ganzen Stadt anzuwenden. Es gelang ihm fast. Ein Jahrhundert später verfügen wir immer noch nicht über die Technologie, die er benötigt, um erfolgreich zu sein.

Was passiert in großem Maßstab:

Sie benötigen ein 100-500-kV-Fernnetz, um die ohmschen Verluste UND Drahtdurchmesser überschaubar zu halten (Kupfer ist auch teuer, wichtig bei der Bestellung von 100-Kilometer-Kabeln).

Weder die Generatoren noch die verbrauchenden Geräte sind bei 100-kV-Spannungen praktisch. Sie benötigen also eine Methode zum Ändern der Spannung. Hier kommt der Transformator. Ein Jahrhundert alte, ausgereifte, effiziente Technologie, einfaches Funktionsprinzip, einfache Produktion.

Eine Einschränkung: Der Transformator funktioniert nur mit Wechselstrom. Bei Gleichstrom benötigen Sie einen Wechselrichter, um Wechselstrom zu erzeugen, dann einen Transformator und dann einen Gleichrichter, um den Gleichstrom zurückzugewinnen.

Die leistungsstarke und hocheffiziente Wechselrichtertechnologie explodierte im 21. Jahrhundert und ist immer noch nicht mit dem einfachen Transformator vergleichbar.Es kämpft auch im Maßstab.Aus diesem Grund können Sie DC-Netze für Hochspannungsinfrastrukturen weltweit an Ihren Fingern zählen.

Und wenn die Spannung höher ist, wie kann der Strom niedriger sein?

Haben Sie jemals einen Hebel, ein Getriebe, einen Hydraulikzylinder oder Riemenscheiben verwendet? Dies sind Geräte, die einen mechanischen Vorteil bieten. Um die gleiche Menge an Arbeit zu erledigen, z. B. einen Sack Kartoffeln um einen Meter zu heben, können Sie wählen zwischen:

• viel Kraft bereitstellen, nicht viel Abstand, oder

Die Transformatoren im Verteilungssystem sind dieselbe Idee, außer dass anstelle von Kraft und Abstand Spannung und Strom verwendet werden.

Speziell für mechanische Systeme ist die Leistung \ $ P \ $ span> das Produkt der Kraft \ $ F \ $ span> und Geschwindigkeit \ $ v \ $ span>:

$$ P = F v $$ span>

und das elektrische Äquivalent ist das Produkt aus Strom \ $ I \ $ span> und Spannung \ $ E \ $ span>:

$$ P = I E $$ span>

Wenn ein Faktor abnimmt und der andere um denselben Faktor zunimmt, bleibt die Leistung (die Energieübertragungsrate) gleich.

Was macht Hochspannung + Wechselstrom zu einem besseren Prozess für den Energietransport?

Nehmen wir dies in zwei Teile, Hochspannung und Wechselstrom. Erstens, warum Hochspannung?

Stellen Sie sich vor, Sie haben einen Motor, der eine Maschine über eine Welle antreibt. An dieser Welle ist jedoch ein Lüfter angebracht. Der Lüfter erzeugt Widerstand: Je schneller sich der Lüfter dreht, desto mehr Widerstand. Die Überwindung dieses Widerstands ist Energieverschwendung.

Hinzufügen eines Getriebes, damit sich die Welle mit einer niedrigeren Drehzahl dreht, aber mit einem größeren Drehmoment die gleiche Leistung überträgt, die Welle sich jedoch langsamer dreht, sodass der Lüfter weniger verschwendete Leistung erzeugt. Wenn diese Verstärkung größer als die Getriebeverluste ist, wird das System effizienter.

Insbesondere ist die in den Übertragungsleitungen verschwendete Leistung \ $ P \ $ span>:

$$ P = I ^ 2 R $$ span>

Der Widerstand \ $ R \ $ span> kann durch Verwendung dickerer Leiter verringert werden, aber Metalldrähte und die Türme, die sie tragen, sind teuer.Das Reduzieren des Stroms \ $ I \ $ span> ist jedoch billig: Es ist nur ein Transformator an jedem Ende erforderlich, um die Spannung zu erhöhen und dann wieder herunterzufahren, und möglicherweise einige verbesserte Isolatorender höheren Spannung standhalten.Isolatoren sind billiger.

Warum AC?Denn während des Krieges der Ströme war die einzige wirtschaftliche Möglichkeit, die Spannung zu erhöhen oder zu verringern, ein Transformator, und Transformatoren arbeiten nur mit Wechselstrom.Seitdem gibt es Erfindungen, die eine Gleichstromübertragung bei Hochspannung möglich machen, und so verwenden jetzt einige Hochleistungsübertragungsleitungen Gleichstrom

Koronaverlust ist auch oft ein Faktor bei der Wechselstromübertragung, wird aber nicht oft erwähnt. General Electric war auch ein Pionier bei der Umwandlung und Übertragung von HGÜ. Sie bauten das Sylmar-Terminal in Sylmar C.A. , die mit Festkörper-Thyristor-Gleichrichtern ausgestattet war. ABB baute das ursprüngliche Terminal in Celilo Oregon mit Mercury Arc Rectifiers. Diese Station wurde mit Festkörperventilen aufgerüstet. Ein schönes Merkmal eines Interties ist, dass die Phase der Spannungswellenform sehr schnell geändert werden kann, so dass die Gleichstromleitung verwendet werden kann, um Instabilitäten in den angeschlossenen Wechselstromleitungen zu dämpfen. Diese Fähigkeit wurde im Laufe der Jahrzehnte immer leistungsfähiger, da die Reaktionszeit der Ventilsteuerelektronik abgenommen hat. Viele Wechselstromleitungen sind auch nicht durch den Widerstand, sondern durch die induktive Reaktanz begrenzt. Das ist bei DC nicht der Fall. Sie sprachen darüber, eine große Gleichstromleitung unter einen der großen Seen zu legen. Da die praktische Übertragung von Wechselstrom unter Wasser aufgrund der kapazitiven Reaktanz auf etwa 100 Meilen begrenzt ist, hätte dies mit Wechselstrom nicht möglich sein können. Als ich auf dem Feld arbeitete, betrug der Break-Even-Punkt für DC gegenüber AC ungefähr 400 Meilen. Vielleicht weiß jemand, was es heute ist? Wie auch immer, GE war bis zur Ölkrise (1974?) Mit HGÜ beschäftigt, was dazu führte, dass die Menschen anfingen, Strom zu sparen, so dass neue Leitungen nicht so dringend benötigt wurden. HGÜ ist jedoch in China und an anderen Orten der letzte Schrei. Suchen Sie nach "Battle of the Currents", um eine interessante Geschichte von AC gegen DC in den USA zu finden.

Ignorieren Sie, dass der Strom Wechselstrom ist, dass Hochspannung effizienter ist, gilt für Wechselstrom oder Gleichstrom. AC wurde aus verschiedenen Gründen gewählt.

So verwenden Sie eine Analogie von Wasser in einem unter Druck fließenden Schlauch, um eine Turbine anzutreiben:

Der Strom ist analog zur Durchflussrate von Wasser, z. B. Gallonen pro Minute

Die Spannung entspricht dem Druck des Wassers im Schlauch

Ziel des Wasserflusses und -drucks ist es, am Ende eine Turbine mit Strom zu versorgen

Die an die Turbine gelieferte Leistung ist Durchfluss x Druck, analog zu Elektrizität, bei der Volt x Strom = Leistung ist. Wenn einer der beiden Werte niedrig ist, haben Sie weniger Leistung -

Um die Leistung zu erhöhen, können Sie die Durchflussrate oder den Druck erhöhen. Das Erhöhen der Durchflussrate führt zu einem Druckverlust am Schlauchende, es sei denn, Sie vergrößern den Schlauch. Sie erhöhen stattdessen den Druck (ohne das Problem des Platzen des Schlauchs zu beachten) und konstruieren die Turbine entsprechend, um die Durchflussmenge gleich zu halten.

Elektrizität ist dieselbe: Wenn Strom durch ein Kabel gedrückt wird, fällt aufgrund des Widerstands ein Spannungsabfall entlang des Kabels ab, sodass beim Erhitzen des Kabels ein Teil der Leistung verloren geht, was durch die Verwendung von Hochspannung und niedrigem Strom minimiert wird.

Hohe Durchflussrate (Strom) tötet Sie doppelt, da nicht nur der Druck- (Spannungs-) Verlust aufgrund der Durchflussrate (Strom) höher ist, sondern auch der niedrigere Arbeitsdruck (Spannung) einen höheren Prozentsatz bedeutet.

Ich werde dies in der einfachsten Form schreiben, damit jeder, der sich nicht so für EE interessiert, es verstehen kann. Ich werde nur die Grundformeln verwenden, um es so einfach und intuitiv wie möglich zu gestalten.

Die Grundformel für die Leistung lautet: P = U * I . Wenn Sie nun U als R * I ändern, erhalten Sie: P = R * I * I oder P = R * I. ^ 2 . Sie sehen, dass die Leistung mit der Strommenge zusammenhängt, die durch den Leiter gesendet wird. Wenn wir den Strom reduzieren, reduzieren wir die Leistung und damit den Leistungsverlust.

Wenn wir jetzt so wenig Strom wie möglich verlieren wollen, müssen wir den Strom reduzieren. Wenn wir die gleiche Menge an Leistung liefern und den Strom und den Leistungsverlust verringern möchten, können wir die Spannung erhöhen. P (const) = U⬆️ * I⬇️ .

Nun haben wir den Hochspannungsteil verstanden, warum AC über DC verwenden?

Im Allgemeinen wird Wechselstrom häufiger verwendet, da die Einrichtung billiger und viel einfacher war. Der Bau eines AC-AC- und AC-DC-Transformators zum Herunterfahren und Einrichten der Spannung ist recht einfach. Für AC-AC benötigen Sie eine isolierte Verkabelung (Sie können einen Metallkern verwenden, dies ist jedoch für experimentelle Zwecke kein Muss). Für AC-DC benötigen Sie lediglich einen AC-AC-Transformator mit einem Kondensator und einem GLEICHBRÜCKENGLEICHRICHTER am Ende. Ein 10-Jähriger könnte es schaffen.

Aber es gibt einen Nachteil, AC hat den sogenannten Hauteffekt. Dies bedeutet im Grunde, dass mehr Elektronen an die Oberfläche des Leiters gelangen als in der Mitte des Leiters und sich nicht gut verteilen.

Hier springt HGÜ ein! HGÜ bedeutet, ob Sie es glauben oder nicht, Hochspannungs-Gleichstrom. Es verwendet Kilovolt, um Energie zu übertragen. Es wurde am Anfang nicht verwendet, da Sie Elektronik benötigen würden, um es zu erstellen und an beiden Enden zu steuern (das modernste elektrische Element zu dieser Zeit war eine Heizglühbirne).

Selbst mit dem Leistungsverlust von Elektronen, die in Moleküle einschlagen, ist er über große Entfernungen geringer als der Hauteffekt von AC.

HGÜ wird langsam verwendet, aber die Wartung von Wechselstrom ist nur billiger als die Umwandlung in HGÜ.