چرا جریان متناوب در سامانه های انتقال برق کار برد دارد

[Syed]

سلام
برای انتقال انرژی الکتریکی ادیسون موافق جریان مستقیم بود ، اما وستینگهاوس از جریان مستقیم حمایت میکرد ، سر انجام در خطوط انتقال برق جریان مستقیم بکار برده شد.
سوالم اینجاست چرا جریان مستقیم رو برای برق رسانی استفاده نکرده‌اند؟ جریان متناوب چه ویژگی هایی دارد که جریان مستقیم فاقد آن است ؟ چرا ادیسون موافق جریان مستقیم بود؟

[maxrg.ir]

درباره قسمت اول سؤال، جریان متناوب چندین فایده کلی دارد:
* در مقیاس‌های بزرگ ساده‌تر و ارزان‌تر تولید می‌شود.
* اتلاف انرژی جریان متناوب نسبتاً کمتر است.
* بسیاری از دستگاه‌های الکتریکی (خصوصاً آنهایی که به‌نوعی با پدیده‌های مغناطیسی سروکار دارند) نیازمند جریان متناوب هستند.
* ...

[MRT]

چون ادیسون متوجه شده بود که در مسیرهای طولانی جریان متناوب مستهلک شده و اتلاف انرژی دارد. در مورد جریان متناوب پاسخ صحیح است یعنی "بسیاری از دستگاه‌های الکتریکی (خصوصاً آنهایی که به‌نوعی با پدیده‌های مغناطیسی سروکار دارند) نیازمند جریان متناوب هستند." ولی برای اینکه توان چندین نیروگاه را به هم وصل کنیم نیاز به جریان مستقیم داریم. اگر برق متناوب چند نیروگاه را به هم وصل کنیم به علت اختلاف فاز خسارت سنگینی به وجود می آید ولی در فواصل دور جریان حتما باید در ولتاژ خیلی بالا و مستقیم باشد.

[rohamavation]

بالا و پایین رفتن ولتاژ (با استفاده از ترانسفورماتور) نسبت به DC راحترو ارزونتره به همین دلیله است که از AC برای انتقال نیرو استفادهمیشه.خطوط جریان مستقیم ولتاژ بالا (HVDC) به دلایل متعددی مانند پایداری اقتصاد و تلفات کرونا به عنوان پیوند در سیستم‌های انتقال AC استفاده میشن . کنترل جریان در سمت HVDC با استفاده از مدارهای شلیک تریستورهای مورد استفاده در هر دو یکسو کننده و اینورتر امکان پذیره .خطوط انتقال جریان مستقیم ولتاژ بالا (HVDC) برای انتقال نیرو در فواصل طولانی بهترند ببین مقایسه با سیستم‌های انتقال جریان متناوب ولتاژ بالا (HVAC) اتلاف کمتری را متحمل میشن به طور کلی بگم خطوط انتقال HVDC در مقایسه با خطوط انتقال HVAC از سطح زمین کمتری استفاده میکنند برخلاف ولتاژ AC ولتاژ DC چندین بار در ثانیه تغییر نمیکنه و جریان از کل هادی عبور می کنه نه فقط از سطح آن الانه به سمت HVDC هست در ضمن گفتی ادیسون موافق جریان مستقیم بود اما وستینگهاوس از جریان مستقیم حمایت میکرد ، سر انجام در خطوط انتقال برق جریان مستقیم بکار برده شد. عزیز من اشتباهه ببین [color=#0000FF]یک سیستم جریان متناوب که در ابتدا توسط شرکت جورج وستینگهاوس معرفی شد که از ترانسفورماتورها برای پایین آمدن از ولتاژ بالا استفاده می کرد تا بتوان از AC برای روشنایی داخلی استفاده کرد. استفاده از ولتاژ بالا به یک سیستم AC اجازه می دهد تا توان را در فواصل طولانی تر از ایستگاه های تولید مرکزی کارآمدتر انتقال دهد[/color] برعکس گفتی جان دلم
سیستم های انتقال HVDC مخصوصاً زمانی مناسبه که شبکه سیستم قدرت در فواصل طولانی پخش بشه سیستم‌های انتقال HVDC در کاربردهای زیردریایی جایی که زمین را به توربین های فراساحلی متصل می‌کنن یا برق را به مناطقی که سیستم‌های خطوط انتقال هوایی غیرممکن هستن، انتقال میدن.
محاسن و معایب سیستم های انتقال HVDC نسبت به سیستم های انتقال HVAC را در نظر بگیرید.
مزایای سیستم های انتقال HVDC
مزایای عمده سیستم های انتقال HVDC هزینه های سرمایه کمتر و ظرفیت انتقال مقدار قابل توجهی از توان در هنگام در نظر گرفتن فواصل زیاده. اتلاف برق تنها حدود 3% برای هر 1000 کیلومتر بسته به ساختار سیستم و سطح ولتاژه . منابع انرژی که در مکان های دور دست تولید می کنند نیز می توانند از سیستم های انتقال HVDC بهره مند شوند.
مناطق عمده ای که ثابت کرده اند سیستم های انتقال HVDC نسبت به سیستم های انتقال HVAC کارآمدتر هستند عبارتند از:
• کابل های انتقال دریایی که مقادیر خازنی زیادی دارند که منجر به تلفات اضافی برق AC میشن
• تقویت شبکه انتقال شبکه برق فعلی در شرایطی که اضافه کردن سیم های بیشتر دشواره.
• ایجاد ارتباط بین نیروگاه های دور و مراکز بار یا شبکه توزیع برق
سیستم های انتقال HVDC می تونند یک سیستم شبکه AC را بدون افزایش جریان اتصال کوتاه تثبیت کنند و مانند سیستم های HVAC دارای فازهای متعدد نیستن و به هادی های کمتری نیاز دارند. پدیده اثر پوستی که شبکه‌های HVAC را گرفتار میکنه که در آن جریان در داخل یک هادی توزیع می‌شود به طوری که چگالی جریان در نزدیکی سطح رسانا بیشترین مقدار را دارد و با اعماق بیشتر در هادی به صورت تصاعدی کاهش میاد در سیستم‌های HVDCنداریم در نتیجه دومی می‌تواند هادی‌های نازک‌تری را مستقر کند و می‌تواند از انتقال نیرو در بین کشورهای مختلف که در فرکانس‌ها و ولتاژهای مختلف کار می‌کنند پشتیبانی کنه
طول خطوط HVAC زیردریایی محدوده زیرا می توان از کل ظرفیت هادی حامل جریان برای تامین جریان شارژ استفاده کرد. با این حال، هیچ محدودیتی در مورد کابل های انتقال DC وجود نداره که همچنین می تواند توان بیشتری را در هر خط انتقال بده ولتاژ ثابت خط DC کمتر از حداکثر ولتاژ خط AC است. ولتاژ DC دارای مقدار ولتاژ بالاتر ثابتی است که به کابل‌های انتقال اجازه می‌دهد هادی‌هایی با اندازه یکسان داشته باشن. این عایق می تواند 100٪ قدرت بیشتری نسبت به ولتاژ AC در مناطقی که مقادیر زیادی انرژی مصرف می کنند، انتقال بده که می تواند هزینه های انتقال را نیز کاهش بده
سیستم‌های انتقال HVDC با جلوگیری از گسترش خرابی آبشاری از یک ناحیه از یک شبکه بزرگ برق به منطقه دیگر پایداری سیستم قدرت را افزایش میدن و از انتقال نیرو در میان سیستم‌های برق توزیع غیرهمگام AC پشتیبانی میکنن . یکی دیگر از مزایای مهم سیستم HVDC این است که تغییرات بار روی همگام سازی تأثیر نمی گذاره. الگوی و مقیاس جریان برق از طریق سیستم‌های پیوند HVDC تا سیستم‌های AC در هر دو انتهای چنین سیستم‌های پیوندی مفید باشه.
معایب سیستم های انتقال HVDC
کاستی های سیستم های انتقال HVDC عمدتا به کنترل، سوئیچینگ تبدیل، نگهداری کلی و تبدیل آنها مربوط میشن. آنها به اینورترهای ساکن نیاز دارن که هزینه زیاد و ظرفیت اضافه بار محدودی دارن. برای انتقال نیرو در فواصل کوتاهتلفات برق در چنین اینورترها می تواند بزرگتر از سیستم های HVAC باشه. هزینه این اینورترها را نمی توان با تلفات توان کمتر و کاهش هزینه های طراحی خطوط انتقال جبران کرد.ببین اجرای این سیستم
ترانسفورماتور مبدل
مبدل‌ها
فیلترها
راکتور صاف‌کننده
الکترودهای زمین و خط الکترود
خطوط انتقال یا کابل DC
منبع توان راکتیو
پست برق AC
ترانسفورماتور مبدل (Converter Transformer) نسبت به ترانسفورماتور معمولی مورد استفاده در خط انتقال HVAC تفاوت داره. این ترانسفورماتور به تجهیزات الکترونیک قدرت متصل شده و برای مقاومت در برابر فشار ولتاژ DC و جریان‌های هارمونیک طراحی شده در ترانسفورماتور مبدل محتوای هارمونیکی در مقایسه با ترانسفورماتور معمولی بیشتره از این رو، باعث شار نشتی بیشتری شده و نقطه داغ در سیم‌پیچ تشکیل میده. این ترانسفورماتورها برای جلوگیری از تأثیر نقطه داغ به تجهیزات خنک‌کننده اضافه نیاز دارن
.انرژی الکتریکی به فرم AC تولید و استفاده میشه . از این رو، مبدل‌ها در هر دو انتهای خط انتقال استفاده میشن. از یکسوساز برای تبدیل AC به DC در ابتدای خط استفاده می‌شود و داخل ساختمان جداگانه معروف به اتاق شیر (Valve Hall) قرار دارن.مبدل‌ها از سوئیچ‌های الکترونیک قدرت استفاده میکنن. به دلیل سوئیچینگ مبدل‌ها در هر دو انتهای یک خط انتقال هارمونیک‌ها این هارمونیک‌ها به سیستم AC منتقل میشن و این می‌تونه به گرمای بیش از حد تجهیزات منجر بشه. بنابراین‌، کاهش یا حذف هارمونیک‌ها ضروریه. از فیلترها برای کاهش هارمونیک استفاده می‌شود.این فیلترها در دو طرف AC و DC به کار میرنفیلترهای AC امپدانس کمتری دارند و از اجزای پسیو استفاده و توان راکتیو لازم برای کارکرد مبدل را تأمین می‌کنند
اکتور صاف کننده به صورت سری با مبدل در سمت DC متصل شده و از آن برای ایجاد جریان‌های بدون ریپل و کاهش هارمونیک‌ در سیستم DC استفاده میشن
برای عملکرد مبدل به توان راکتیو نیازه این توان را می‌توان از طریق بانک خازنی، کندانسور سنکرون یا ایستگاه تولید مناسب در نزدیکی مبدل تأمین کرد.
در انگلیس هم خط درای مانش و اتصال نروژ هم هست تو امریکا و هند و چین وسیع استفاده میشه

[Syed]

سلام
برای انتقال انرژی الکتریکی ادیسون موافق جریان مستقیم بود ، اما وستینگهاوس از جریان مستقیم حمایت میکرد ، سر انجام در خطوط انتقال برق جریان مستقیم بکار برده شد.
سوالم اینجاست چرا جریان مستقیم رو برای برق رسانی استفاده نکرده‌اند؟ جریان متناوب چه ویژگی هایی دارد که جریان مستقیم فاقد آن است ؟ چرا ادیسون موافق جریان مستقیم بود؟

منظورم جریان متناوب بود
سرانجام در خطوط انتقال برق جریان متناوب بکار برده شد

ببخشید

[Syed]

بالا و پایین رفتن ولتاژ (با استفاده از ترانسفورماتور) نسبت به DC راحترو ارزونتره به همین دلیله است که از AC برای انتقال نیرو استفادهمیشه.خطوط جریان مستقیم ولتاژ بالا (HVDC) به دلایل متعددی مانند پایداری اقتصاد و تلفات کرونا به عنوان پیوند در سیستم‌های انتقال AC استفاده میشن . کنترل جریان در سمت HVDC با استفاده از مدارهای شلیک تریستورهای مورد استفاده در هر دو یکسو کننده و اینورتر امکان پذیره .خطوط انتقال جریان مستقیم ولتاژ بالا (HVDC) برای انتقال نیرو در فواصل طولانی بهترند ببین مقایسه با سیستم‌های انتقال جریان متناوب ولتاژ بالا (HVAC) اتلاف کمتری را متحمل میشن به طور کلی بگم خطوط انتقال HVDC در مقایسه با خطوط انتقال HVAC از سطح زمین کمتری استفاده میکنند برخلاف ولتاژ AC ولتاژ DC چندین بار در ثانیه تغییر نمیکنه و جریان از کل هادی عبور می کنه نه فقط از سطح آن الانه به سمت HVDC هست در ضمن گفتی ادیسون موافق جریان مستقیم بود اما وستینگهاوس از جریان مستقیم حمایت میکرد ، سر انجام در خطوط انتقال برق جریان مستقیم بکار برده شد. عزیز من اشتباهه ببین [color=#0000FF]یک سیستم جریان متناوب که در ابتدا توسط شرکت جورج وستینگهاوس معرفی شد که از ترانسفورماتورها برای پایین آمدن از ولتاژ بالا استفاده می کرد تا بتوان از AC برای روشنایی داخلی استفاده کرد. استفاده از ولتاژ بالا به یک سیستم AC اجازه می دهد تا توان را در فواصل طولانی تر از ایستگاه های تولید مرکزی کارآمدتر انتقال دهد[/color] برعکس گفتی جان دلم
سیستم های انتقال HVDC مخصوصاً زمانی مناسبه که شبکه سیستم قدرت در فواصل طولانی پخش بشه سیستم‌های انتقال HVDC در کاربردهای زیردریایی جایی که زمین را به توربین های فراساحلی متصل می‌کنن یا برق را به مناطقی که سیستم‌های خطوط انتقال هوایی غیرممکن هستن، انتقال میدن.
محاسن و معایب سیستم های انتقال HVDC نسبت به سیستم های انتقال HVAC را در نظر بگیرید.
مزایای سیستم های انتقال HVDC
مزایای عمده سیستم های انتقال HVDC هزینه های سرمایه کمتر و ظرفیت انتقال مقدار قابل توجهی از توان در هنگام در نظر گرفتن فواصل زیاده. اتلاف برق تنها حدود 3% برای هر 1000 کیلومتر بسته به ساختار سیستم و سطح ولتاژه . منابع انرژی که در مکان های دور دست تولید می کنند نیز می توانند از سیستم های انتقال HVDC بهره مند شوند.
مناطق عمده ای که ثابت کرده اند سیستم های انتقال HVDC نسبت به سیستم های انتقال HVAC کارآمدتر هستند عبارتند از:
• کابل های انتقال دریایی که مقادیر خازنی زیادی دارند که منجر به تلفات اضافی برق AC میشن
• تقویت شبکه انتقال شبکه برق فعلی در شرایطی که اضافه کردن سیم های بیشتر دشواره.
• ایجاد ارتباط بین نیروگاه های دور و مراکز بار یا شبکه توزیع برق
سیستم های انتقال HVDC می تونند یک سیستم شبکه AC را بدون افزایش جریان اتصال کوتاه تثبیت کنند و مانند سیستم های HVAC دارای فازهای متعدد نیستن و به هادی های کمتری نیاز دارند. پدیده اثر پوستی که شبکه‌های HVAC را گرفتار میکنه که در آن جریان در داخل یک هادی توزیع می‌شود به طوری که چگالی جریان در نزدیکی سطح رسانا بیشترین مقدار را دارد و با اعماق بیشتر در هادی به صورت تصاعدی کاهش میاد در سیستم‌های HVDCنداریم در نتیجه دومی می‌تواند هادی‌های نازک‌تری را مستقر کند و می‌تواند از انتقال نیرو در بین کشورهای مختلف که در فرکانس‌ها و ولتاژهای مختلف کار می‌کنند پشتیبانی کنه
طول خطوط HVAC زیردریایی محدوده زیرا می توان از کل ظرفیت هادی حامل جریان برای تامین جریان شارژ استفاده کرد. با این حال، هیچ محدودیتی در مورد کابل های انتقال DC وجود نداره که همچنین می تواند توان بیشتری را در هر خط انتقال بده ولتاژ ثابت خط DC کمتر از حداکثر ولتاژ خط AC است. ولتاژ DC دارای مقدار ولتاژ بالاتر ثابتی است که به کابل‌های انتقال اجازه می‌دهد هادی‌هایی با اندازه یکسان داشته باشن. این عایق می تواند 100٪ قدرت بیشتری نسبت به ولتاژ AC در مناطقی که مقادیر زیادی انرژی مصرف می کنند، انتقال بده که می تواند هزینه های انتقال را نیز کاهش بده
سیستم‌های انتقال HVDC با جلوگیری از گسترش خرابی آبشاری از یک ناحیه از یک شبکه بزرگ برق به منطقه دیگر پایداری سیستم قدرت را افزایش میدن و از انتقال نیرو در میان سیستم‌های برق توزیع غیرهمگام AC پشتیبانی میکنن . یکی دیگر از مزایای مهم سیستم HVDC این است که تغییرات بار روی همگام سازی تأثیر نمی گذاره. الگوی و مقیاس جریان برق از طریق سیستم‌های پیوند HVDC تا سیستم‌های AC در هر دو انتهای چنین سیستم‌های پیوندی مفید باشه.
معایب سیستم های انتقال HVDC
کاستی های سیستم های انتقال HVDC عمدتا به کنترل، سوئیچینگ تبدیل، نگهداری کلی و تبدیل آنها مربوط میشن. آنها به اینورترهای ساکن نیاز دارن که هزینه زیاد و ظرفیت اضافه بار محدودی دارن. برای انتقال نیرو در فواصل کوتاهتلفات برق در چنین اینورترها می تواند بزرگتر از سیستم های HVAC باشه. هزینه این اینورترها را نمی توان با تلفات توان کمتر و کاهش هزینه های طراحی خطوط انتقال جبران کرد.ببین اجرای این سیستم
ترانسفورماتور مبدل
مبدل‌ها
فیلترها
راکتور صاف‌کننده
الکترودهای زمین و خط الکترود
خطوط انتقال یا کابل DC
منبع توان راکتیو
پست برق AC
ترانسفورماتور مبدل (Converter Transformer) نسبت به ترانسفورماتور معمولی مورد استفاده در خط انتقال HVAC تفاوت داره. این ترانسفورماتور به تجهیزات الکترونیک قدرت متصل شده و برای مقاومت در برابر فشار ولتاژ DC و جریان‌های هارمونیک طراحی شده در ترانسفورماتور مبدل محتوای هارمونیکی در مقایسه با ترانسفورماتور معمولی بیشتره از این رو، باعث شار نشتی بیشتری شده و نقطه داغ در سیم‌پیچ تشکیل میده. این ترانسفورماتورها برای جلوگیری از تأثیر نقطه داغ به تجهیزات خنک‌کننده اضافه نیاز دارن
.انرژی الکتریکی به فرم AC تولید و استفاده میشه . از این رو، مبدل‌ها در هر دو انتهای خط انتقال استفاده میشن. از یکسوساز برای تبدیل AC به DC در ابتدای خط استفاده می‌شود و داخل ساختمان جداگانه معروف به اتاق شیر (Valve Hall) قرار دارن.مبدل‌ها از سوئیچ‌های الکترونیک قدرت استفاده میکنن. به دلیل سوئیچینگ مبدل‌ها در هر دو انتهای یک خط انتقال هارمونیک‌ها این هارمونیک‌ها به سیستم AC منتقل میشن و این می‌تونه به گرمای بیش از حد تجهیزات منجر بشه. بنابراین‌، کاهش یا حذف هارمونیک‌ها ضروریه. از فیلترها برای کاهش هارمونیک استفاده می‌شود.این فیلترها در دو طرف AC و DC به کار میرنفیلترهای AC امپدانس کمتری دارند و از اجزای پسیو استفاده و توان راکتیو لازم برای کارکرد مبدل را تأمین می‌کنند
اکتور صاف کننده به صورت سری با مبدل در سمت DC متصل شده و از آن برای ایجاد جریان‌های بدون ریپل و کاهش هارمونیک‌ در سیستم DC استفاده میشن
برای عملکرد مبدل به توان راکتیو نیازه این توان را می‌توان از طریق بانک خازنی، کندانسور سنکرون یا ایستگاه تولید مناسب در نزدیکی مبدل تأمین کرد.
در انگلیس هم خط درای مانش و اتصال نروژ هم هست تو امریکا و هند و چین وسیع استفاده میشه

من این متن رو تو کتاب درسی خوندم

[rohamavation]

عزیز من هم از کتاب فیزیک 2 مهندسی میگم .یک سیستم HVDC میتونه دو شبکه AC آسنکرون (ناهمسان) را به هم متصل کنه که بخواهیم شبکه های AC را به هم متصل کنیم باید حتما سنکرون باشن .ببین محدودیت برای میزان طول یک کابل HVDC وجود نداره. در سیستم انتقال AC میدونی فلوی توان راکتیو به واسطه کاپاسیتانس زیاد کابل میزان حداکثر انتقال امکان پذیر را محدود میکنه سیستم HVDC به دو شبکه ناهماهنگ AC امکان میده تا بهم اتصال پیداکننداین سیستم باعث افزایش ثبات در شبکه و عدم پدیده‌ای آبشار خطاها Cascading failure حالا فقط بحث هزینه و من نمیدونم منظورتون چیه .ببخشید ها این سوالو بچه های برق میتونند راحت جواب بدن . خوب من همینومیدونم البته اینم بگم اون زمان بحث هزینه بود ببین وستینگهاوس مخترع ترمز بادی compressed-air-brake system و سرماه گذار بود معلومه طرح اون با هزینه کمتر برنده میشد .الانم تو درسامون درس طراحی و مدیریت مهندسی وپروژه انفرادی و گروهی یک نبحث بهینه و اقتصادی بودن طرحمونه .خوب ممکنه ایده خوبی بدیم اما باید اجرایی باشه .اونم همینطور بوده .و هست .