¿Por qué la transmisión de CC requiere varias veces menos cable que la CA?

Un factor significativo, y probablemente el principal aquí, es el aumento de voltaje. Están comparando manzanas con peras y luego algunas.

Potencia = Vrms x Irms.
 PERO las pérdidas de líneas resistivas son proporcionales a I ^ 2.
 Entonces, si aumenta el voltaje en un factor de "N", la corriente para la misma potencia cae en un factor de N y las pérdidas caen como N ^ 2, como

• Potencia = V x I = (V x N) x (I / N)
  Las pérdidas en I son proporcionales a I ^ 2
  Las pérdidas en I / N son proporcionales a (I / N) ^ 2 = I ^ 2 / N ^ 2.

Sus líneas de CA originales son de 500 kV.
 Su línea DC es de 800 kV.
 N = 800/500 = 1.6
 N ^ 2 = 1.6 ^ 2 = 2.56.
 Para llegar a 7 x necesitas un factor de 7 / 2.56 = 2.7

Para la misma cantidad de cables, necesitará 2.7 x el área o aproximadamente 1.65 x el diámetro. Y / o material de menor resistencia. Tal vez más cobre y menos aluminio.

Entonces hay una pérdida de pérdidas capacitivas de AC.

Un factor importante es que ABB ha existido por mucho tiempo y "conoce sus cosas". No será mágico, solo ingeniería aplicada, y la afirmación será cierta tal como se presentó, pero aún habrá humo y espejos. ¿Qué tan GRANDE es esa nueva torre? ¿Qué tan visibles son los cables ...? El hecho de que lo estén haciendo significa que usted puede ganar más dinero y ahorrarle dinero al cliente o su equivalente en el proceso.

Hay tres factores principales en el trabajo que hacen que la transmisión de energía de CC sea más eficiente.

1. Voltaje máximo. Como usted dice, las líneas de transmisión de CA deben diseñarse para la tensión máxima, pero la potencia útil está relacionada con la tensión RMS. Estos difieren por la raíz cuadrada de 2 ya que son senos. La potencia es proporcional al cuadrado de la tensión. La misma línea de transmisión puede transportar el doble de energía a un voltaje de CC estable que es el mismo que el voltaje de CA máximo.

2. efecto de la piel. Con CA, los bordes exteriores del cable llevan más corriente. Esto hace que el cable parezca tener una mayor resistencia en CA que en DC. No sé cuál es esta relación a 60 Hz para las líneas de transmisión típicas. Por supuesto, esas líneas de transmisión fueron dimensionadas con esto en mente. Es por esto que a veces ves un grupo de 3 cables en lugar de uno más grande. Con DC, el más grande funcionaría bien, lo que presumiblemente es menos costoso. Hay otro problema de mantener baja la intensidad de campo en el aire circundante, por lo que tres líneas no son necesariamente solo para reducir el efecto de la piel.

3. Radiación y pérdida capacitiva. Incluso se irradian 60 Hz, y siempre hay algún acoplamiento capacitivo a tierra y entre los conductores. La radiación es pura pérdida de potencia, y la impedancia reactiva causa corrientes en los cables que no transfieren potencia, sino que causan pérdidas y consumen su máximo presupuesto actual. No sé qué tan grandes son estos efectos con las líneas de transmisión normales. Sé que las líneas de CA se cruzan a intervalos regulares de algunas millas. Esto los hace esencialmente pares trenzados para reducir el campo externo neto.

7x suena bastante alto para mí. Sin una explicación clara de qué factores se consideraron y alguna justificación para los números elegidos, no estoy listo para creerlo. Sin embargo, definitivamente existe cierta cantidad de eficiencia adicional en el sistema de transmisión . Tenga en cuenta que mientras DC es más eficiente para transmitir, AC es más fácil y más eficiente para convertir entre diferentes voltajes y corrientes. El sistema debe diseñarse para obtener el mejor resultado total de extremo a extremo.

Los sistemas de CC existen, por lo que el hecho de que la mayoría de las líneas de transmisión sean de CA probablemente signifique que la economía no favorece a la CC, excepto en situaciones específicas. Parece (no tengo conocimiento directo) que el DC se usa hoy en día para distancias largas y cuando se va entre diferentes grillas. En el primer caso, la mejor eficiencia de transmisión domina a largas distancias, y en el segundo caso, DC no requiere que los fines estén sincronizados en fase.

Un ejemplo del caso anterior es la transmisión de Hydro Quebec a Nueva Inglaterra. Es un largo recorrido, pero también hay una gran estación de conversión de energía en el extremo receptor, no muy lejos de mi casa. Definitivamente no es trivial recibir la alimentación de CC y hacerla utilizable para la red local. Puedes ver esto por ti mismo en 42.57047 ° N 71.52434 ° W. El corte a través del bosque hacia el noroeste es donde entran las líneas de CC. Ese corte también incluye una línea de CA de 3 fases que existía anteriormente antes del proyecto Hydro Quebec. Las líneas este-oeste al sur de esa planta son una de las principales líneas de transmisión de CA de la red local.

No estoy seguro unas siete veces. Recuerdo de mis días universitarios que el 25% de todas las centrales eléctricas existen para calentar cables y alambres (estoy bastante seguro de que puedes encontrar información más precisa en la web). La distribución de energía de CA sufre de dos efectos adversos principales:

• Potencia reactiva: los sistemas de potencia reales nunca son estrictamente resistivos, es decir, su factor de potencia es menor que 1. Esto lleva a que la energía reactiva inútil "salpique" a los cables de calefacción. Recuerde que es la potencia activa la que hace un trabajo útil, pero es la potencia aparente que fluye en los cables, por lo que los cables deben dimensionarse para la potencia aparente. La corrección del factor de potencia costosa se emplea comúnmente para contrarrestar este efecto, pero nunca es completamente efectiva. Consulte alimentación de CA .

• Efecto de piel : en realidad es bastante grave incluso a 50 o 60 Hz. Reduce el área conductora efectiva del alambre. Muchos cables de línea eléctrica están hechos de núcleo de acero envuelto en aluminio. Las pérdidas por resistencia en el núcleo de acero son realmente despreciables.

Hay otros efectos relacionados más con la transmisión de energía por encima de la cabeza que con la CA, como la descarga de corona, los desequilibrios de fase que requieren la transposición de fases (no es un factor en los cables IIRC), la necesidad de calentar los cables en clima frío para evitar la acumulación de hielo , etc., pero estos tienen un efecto comparativamente pequeño en la eficiencia.

El diseño del sistema de transmisión de CC se basa en el valor pico de la tensión, pero el diseño del sistema de transmisión de CA depende del valor de R.M.S. Por lo tanto, el límite del sistema de transmisión de CA debe multiplicarse por 1.4 para transmitir la misma cantidad de potencia