Diferencia entre HVAC y HVDC
La electricidad generada en una central generadora de energía se transmite a largas distancias hasta llegar a una subestación eléctrica que la distribuye entre los consumidores. El voltaje que se utiliza para la transmisión de energía a larga distancia es muy alto. Llegaremos a la razón por la que es necesario que sea de alto voltaje. Aparte de eso, la energía transmitida puede ser en forma de CA (Alterna) o CC (Corriente Continua). Por lo tanto, la energía se puede transmitir utilizando HVAC (corriente alterna de alto voltaje) o HVDC (corriente directa de alto voltaje).
¿Por qué es necesario el alto voltaje para la transmisión?
El voltaje juega un papel vital en la reducción de las pérdidas de línea, también conocidas como pérdidas de transmisión. Cada conductor eléctrico que utilizamos para la transmisión de energía tiene algún valor de resistencia óhmica. R. Estos conductores generan energía térmica cuando la corriente I fluye a través de él, que en realidad es la energía o Poder PAG siendo desperdiciado.
Según la ley de ohmios
V = I x R
También la ecuación de potencia;
P = I x V
Poniendo el valor de V = I x R
P = I x (I x R)
P = I2R
Como puede ver, la energía desperdiciada en un conductor durante la transmisión depende de la corriente, no del voltaje. Pero podemos usar el conversión de voltaje utilizando equipos especiales para aumentar o disminuir la cantidad de corriente.
Durante la conversión de voltaje, la potencia permanece conservada y no cambia. Solo el voltaje y la corriente disminuyen y aumentan en el mismo factor. Eso es;
P = I x V
Por ejemplo, una potencia de 11 KW con un voltaje de 220 V tiene 50 amperios. En tal caso, las pérdidas en la línea de transmisión serán
P = I2R = (50)2r = 2500 r
Aumentemos el voltaje en un factor de 10. Entonces, la misma potencia de 11 KW tendría un voltaje de 2200 V y 5 amperios. Ahora las pérdidas de línea serían;
P = (5)2r = 25 r
Como puede ver, aumentar el voltaje reduce significativamente las pérdidas de energía en las líneas de transmisión.
Entonces, para disminuir la corriente en los cables de transmisión manteniendo la misma cantidad de transmisión de energía, aumentamos el voltaje.
La Guerra de la Corriente (AC VS DC)
En tiempos anteriores, durante la era de la guerra del actual (CA versus CC, finales de la década de 1880), la transmisión de CC se introdujo por primera vez, pero se consideró muy ineficiente debido a la falta de equipos para su conversión de voltaje, como un transformador que pueda convertir fácilmente voltajes de CA de bajo a alto voltaje y viceversa. Si bien hubo algunos bajos voltajes Estaciones generadoras de CC que sólo podía suministrar energía a un radio de un par de millas, más allá de eso, el voltaje caía significativamente. Por lo tanto, requieren múltiples estaciones generadoras en un área pequeña, lo que resulta muy costoso.
Si bien la CC muestra pérdidas muy bajas en la transmisión de alto voltaje en comparación con la CA, un Válvula de arco de mercurio (Rectificador) se utilizó para convertir CA de alto voltaje en CC para transmisión a larga distancia, pero el equipo utilizado en las estaciones terminales era muy voluminoso, costoso y requería mantenimiento frecuente. Mientras que la transmisión de CA solo necesita un transformador que sea más eficiente, económico y confiable. Por lo tanto, se adoptó el sistema de transmisión de CA para la transmisión de energía a largas distancias.
Al transmitir CA o CC de alto voltaje, hay algunos puntos que deben tenerse en cuenta antes de elegir una forma eficiente de transmisión de energía. En este artículo, los discutiremos en detalle.
Climatización y climatización
HVAC significa Corriente alterna de alto voltaje mientras que HVDC significa Corriente continua de alto voltaje. Generalmente, estos son el rango de voltaje, ya sea CA (HVAC) o CC (HVDC) que se utilizan para la transmisión de energía a largas distancias. Sin embargo, se prefiere utilizar HVDC para transmitir energía a largas distancias, generalmente más de 600 km.
Hoy en día ambos tipos de transmisión de potencia se utilizan en todo el mundo. Si bien ambos tienen algunas ventajas y desventajas, analizaremos cada uno de ellos brevemente en este artículo a continuación.
Costo de transmisión
Sabemos que la transmisión de energía a largas distancias requiere altos voltajes. La energía se transmite entre estaciones terminales que convierten los niveles de voltaje. Entonces, el costo total de la transmisión depende del costo de la estación terminal y del costo de la línea de transmisión.
Estacion terminal
Los altos voltajes se transmiten entre estaciones terminales Y su trabajo es la conversión de voltaje. En el caso de CA, el equipo utilizado para la conversión de voltaje en estos terminales son principalmente transformadores que convierten entre alto y bajo voltaje. Mientras que en el caso de CC, las estaciones terminales utilizan convertidores basados en tiristores o IGBT para la conversión entre voltaje CC alto y bajo.
Dado que los transformadores son más confiables y económicos que estos convertidores de estado sólido, las estaciones terminales de CA son más baratas que las estaciones terminales de CC. Por lo tanto, conversión de voltaje En CA es más económico que en CC.
Línea de transmisión
El costo de la línea de transmisión depende de la cantidad de conductores que se utilizan y del costo de la torre de transmisión.
En el caso de los conductores que se utilizan para la transmisión, la transmisión HVDC requiere solo dos conductores, mientras que el sistema de transmisión HVAC requiere 3 o más de 3 conductores (incluido el conductor agrupado debido al efecto corona).
Debido a la pesada carga mecánica de las torres de transmisión de CA, su soporte debe ser más fuerte y debe ser más ancho y más alto que las torres de transmisión HVDC. El costo de la línea de transmisión aumenta con la distancia y es mucho mayor que la línea HVDC por cada 100 km de línea de transmisión.
Costo general de transmisión
Dado que el costo total de transmisión depende del costo de la terminal (permanece constante) y del costo de la línea (aumenta con la distancia). Por tanto, el coste total del sistema de transmisión aumenta con la distancia.
La distancia de transmisión a la que el costo de inversión general para HVAC comienza a aumentar que HVDC se llama distancia de equilibrio. Esta distancia se estima en alrededor de 400 a 500 millas (600 a 800 kilómetros). HVDC es una mejor opción para la transmisión de energía a lo largo de la distancia de equilibrio. Sin embargo, por debajo de esta distancia, HVAC es más económico que HVDC. Esta información se puede entender fácilmente en el gráfico anterior.
Flexibilidad
Dado que la transmisión HVDC se utiliza para la transmisión a largas distancias entre dos puntos, no podemos tomar energía en ningún punto intermedio porque se necesitaría un convertidor costoso para reducir voltajes de CC tan altos. Mientras que la transmisión HVAC ofrece flexibilidad utilizando equipos económicos como transformadores en múltiples estaciones terminales para reducir estos altos voltajes.
Pérdidas de energía
La transmisión de energía HVAC experimenta múltiples pérdidas de energía, como pérdidas por corona, efecto piel, pérdidas por radiación, pérdidas por inducción, etc.
Cuando el voltaje aumenta por encima de cierto límite, el aire que rodea al conductor comienza a ionizarse y genera chispas que desperdician algo de energía, esto se llama descarga de corona. Las pérdidas debidas a la descarga de corona también dependen de la frecuencia y, dado que la CC tiene frecuencia cero, la pérdida de corona en HVAC es casi 3 veces mayor que en HVDC.
El flujo de corriente alterna en un conductor se divide de tal manera que la densidad de corriente tiende a ser mayor en la superficie del conductor y menor en el centro, esto se llama efecto en la piel. Como gran parte del área de la sección transversal es ineficaz y sabemos que la resistencia es directamente proporcional al área de la sección transversal, la resistencia del conductor aumenta. Sin embargo, la corriente continua en un conductor se distribuye uniformemente porque el efecto superficial sólo depende de la frecuencia. Por lo tanto, sólo la transmisión HVAC experimenta pérdida de energía debido al efecto piel.
El pérdidas por radiación e inducción ocurren debido al cambio del campo magnético alrededor del conductor HVAC. Un conductor largo comienza a actuar como una antena e irradia algo de energía que no regresa, mientras que las pérdidas por inducción son la energía desperdiciada cuando la corriente se induce en conductores cercanos debido al campo magnético que cambia continuamente. Dado que DC tiene un campo magnético uniforme, la transmisión HVDC está libre de tales pérdidas.
El efecto piel
El efecto piel hace que el conductor transporte la mayor parte de la corriente en su superficie y menos corriente en el núcleo. Depende de la frecuencia y es directamente proporcional a ella. Disminuye el eficiencia de los conductores siendo utilizado. Por lo tanto, para suministrar una corriente mayor, es necesario aumentar el área de la sección transversal del conductor.
Por lo tanto, el HVAC necesita un diámetro mayor conductor para transportar la misma cantidad de corriente en comparación con HVDC usando un conductor de menor diámetro.
Clasificaciones de corriente y voltaje del cable
Como sabemos, las clasificaciones de voltaje y corriente de un cable son el límite máximo permitido que puede tolerar. La CA tiene un voltaje y una corriente máximos que en realidad son 1,4 veces mayores que su promedio (la potencia promedio real entregada) o su valor de CC. Pero en DC los valores máximo y promedio son los mismos.
Sin embargo, el conductor debe estar clasificado para la corriente y el voltaje máximos para climatización transmisión que desperdicia casi el 30% de su capacidad de carga en comparación con la transmisión HVDC que utiliza toda la capacidad del conductor. Por tanto, un conductor del mismo tamaño puede transportar más potencia HVDC que HVAC.
Derecho de paso
El derecho de vía es el derecho a ocupar un terreno hacia y desde otro terreno. En el caso de la transmisión HVDC, tiene un más estrecho derecho de paso porque puede utilizar torres de transmisión más pequeñas con menos conductores, es decir, dos en el caso de CC y 3 en el caso de CA trifásica. Además, los aisladores instalados en la torre de transmisión deben estar clasificados para tensiones máximas en el caso de CA.
El derecho de vía afecta el costo de los materiales y los requisitos de construcción de dicho sistema de transmisión. Podemos decir que HVDC tiene un derecho de paso más estrecho que HVAC.
Transmisión de energía submarina
Para transmitir energía en alta mar mediante transmisión de energía submarina, utilizamos cables. Sin embargo, los cables ofrecen capacitancia parásita que existe entre dos conductores que corren en paralelo para transmitir energía a largas distancias.
La capacitancia solo reacciona al cambio de voltaje que ocurre constantemente en CA, y solo durante la conmutación en CC. Debido a dicha capacitancia, el cable no suministra energía (en el extremo receptor) antes de estar completamente cargado. En el caso de la CA, el cable se carga y descarga continuamente (50 o 60 veces por segundo), lo que provoca una enorme pérdida de energía. Mientras está en CC, el cable se carga solo una vez. Lea más sobre la Construcción, Características, Tendido y Empalmes de Cables Submarinos.
Por lo tanto, la transmisión de energía submarina utiliza HVDC para la transmisión de energía.
Controlabilidad del flujo de energía
El HVAC carece de capacidad de control del flujo de energía, mientras que los enlaces HVDC utilizan convertidores de semiconductores basados en IGBT que se pueden encender y apagar varias veces en un ciclo. Sin embargo, estos convertidores son complejos pero ayudan a optimizar la distribución del flujo de energía a todo el sistema y también mejoran el rendimiento armónico. Estos convertidores electrónicos controlados ofrecen protección rápida contra fallas de línea y eliminación de fallas a diferencia del sistema HVAC.
Interconexión entre sistemas asíncronos y Smart Grid
La idea de una red inteligente es que cada estación generadora pueda suministrar energía a una sistema de rejilla combinado. Ayuda a generar una gran cantidad de energía utilizando redes pequeñas, pero es bastante difícil conectar varias redes de CA asíncronas.
Según la frecuencia, algunos países utilizan redes eléctricas de 50 Hz mientras que otros países utilizan redes eléctricas de 60 Hz. Además, dos redes eléctricas diferentes pueden tener la misma frecuencia pero pueden estar desfasadas. Este tipo de sistemas se denominan sistemas asíncronos. Estas redes eléctricas no se pueden conectar entre sí mediante un enlace de CA normal.
En lo que respecta a DC, no hay fase ni frecuencia. Por lo tanto, el enlace HVDC puede interconectar fácilmente este tipo de redes eléctricas asíncronas. El interenlace HVDC convierte CA en CC que no tiene frecuencia y se puede combinar fácilmente con cualquier otro HVDC y transmitirlo al terminal receptor donde los inversores HVDC lo convierten nuevamente en CA con la frecuencia requerida.
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Cortacircuitos:
El disyuntor es un equipo muy importante en la transmisión de energía de alto voltaje. Desenergiza todo el circuito en caso de cualquier falla o mantenimiento. El disyuntor necesita capacidades de extinción de arco en la corriente para interrumpir el suministro de energía.
En el caso de HVAC, la dirección de la corriente cambia continuamente y el arco se extingue automáticamente debido a la presencia de múltiples corrientes cero en un segundo que brindan múltiples oportunidades para extinguir el arco. Mientras que en CC, la corriente es unidireccional y no hay corrientes cero, por lo tanto, se generan corrientes cero artificiales utilizando circuitos especiales para extinguir el arco.
Por lo tanto, los disyuntores para HVAC son simples y fáciles de diseñar debido a la capacidad de «autoextinción del arco» del AC. Mientras que para HVDC, el diseño de los CB es bastante complejo y son bastante caros que los disyuntores de HVAC.
Generando interferencia
La corriente alterna genera un campo magnético continuamente variable que puede provocar interferencias en los conductores de comunicación cercanos. Dado que DC tiene un campo magnético uniforme y no causa tales interferencias.
Principales diferencias entre HVAC y HVDC
| climatización | HVDC |
| Lo que representa Corriente alterna de alto voltaje. | Lo que representa Corriente Continua de Alto Voltaje. |
| Utiliza un transformador para la conversión de voltaje. | Usa semiconductor de estado sólido Convertidores basados en conversión de voltaje. |
| La conversión de voltaje HVAC es sencillo y económico. | La conversión de voltaje HVDC es complejo y caro. |
| La transmisión HVAC requiere un mínimo de tres conductores. | El HVDC solo requiere dos conductores en bipolar y un conductor en monopolar transmisión. |
| La transmisión HVAC se utiliza para menos de 600 kilómetros distancia. | La transmisión HVDC se utiliza para transmitir energía a granel. más de 600Km distancia. |
| Ofrece mejor flexibilidad permitiendo múltiples golpecitos en el camino. | no ofrece flexibilidad ni transmite potencia de un punto a otro. |
| La capacidad efectiva de transmisión de potencia se ve afectada por pérdidas de potencia reactiva. | No hay pérdidas de potencia reactiva en la transmisión HVDC. |
| Los conductores se ven afectados por pérdidas de corona. | Las pérdidas por corona en HVDC se reducen en un factor de aproximadamente 3. |
| Requiere un cable de gran diámetro debido a efecto en la piel. | La corriente permanece uniforme en el cable, por lo que se pueden utilizar cables de diámetro comparativamente más pequeño. |
| Se desperdicia casi el 30% de capacidad del conductor debido a las clasificaciones máximas de CA mientras entrega potencia promedio. | Utiliza la capacidad total del conductor debido a que el pico y el promedio de CC tienen el mismo valor. |
| El sistema HVAC tiene un más amplio derecho de paso. | El HVDC tiene un más estrecho derecho de paso. |
| La transmisión HVAC requiere torres de gran tamaño. | La transmisión HVDC requiere una torre más pequeña. |
| No es preferido para submarinos o transmisión de energía submarina debido a la capacitancia parásita de los cables. | Se prefiere y se utiliza el HVDC para transmisión de energía submarina costa afuera. |
| HVAC no ofrece controlabilidad. | Ofrece una gran controlabilidad sobre el flujo de potencia, control de frecuencia y amortiguación de oscilaciones de potencia. |
| El AC genera interferencia en las líneas de comunicación cercanas. | La corriente continua no genera ninguna interferencia. |
| El arco lineal puede extinguirse debido al voltaje. no hay paso. | El arco nunca tendrá la oportunidad de extinguirse a menos que se active la fuente de energía. |
| Los disyuntores de HVAC son simples y más económicos porque el arco se autoextinguirá. | Los disyuntores HVDC son caros y tienen un circuito de diseño complejo para forzar la corriente a cero. |
| El HVAC es más adecuado para la transmisión de energía aérea a distancias inferiores a 600 km, lo cual es económico. | El HVDC se utiliza para la transmisión de energía a granel a larga distancia, incluso bajo el agua, así como para la interconexión asíncrona entre redes de CA. |
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