Даёшь постоянный ток! Опции

[Гость_Феодор_*]

Здравствуйте господа, давно не виделись.

Есть бредовая идея, присоединяйтесь к обсуждению.

Идея: наступает пора перевести планету обратно на постоянный ток.

Как мы помним, первые электрические сети были постоянными. Однако, единственным эффективным способом преобразования напряжения был перевод электрического поля в магнитное и обратно, т. е. трансформатор, а трансформатор работает только с переменным током.

Прошёл век. Всё больше электрической нагрузки - электроника, которая первым делом ток выпрямляет, создавая в сетях переменного тока злобные гармоники. Вторым делом электроника осуществляет высокоэффективное преобразование постоянного тока используя тиристоры и стабилизирующие схемы с обратной связью. Электронное питание всё чаще применяется в традиционно реактивных нагрузках: лампах дневного света (электронный балласт), в моторах (преобразователи частоты).

С другой стороны, расширяется парк генерации постоянного тока: солнечные батареи, обычные аккумуляторы в источниках бесперебойного питания. Всё больше вводится высоковольтных линий постоянного тока, построенных на тех же тиристорах.

Электронные компоненты (особенно высоковольтные) пока что дороги, но постоянно дешевеют. Медь, напротив, дорожает.

Повсеместно используемый трёхфазный переменный ток имеет свои недостатки. ЛЭП - огромные антенны, рассеивающие энергию в окружающую среду. В то же время, среднее напряжение меньше пикового, то есть провода используются неэффективно. Фазовая синхронизация гигантских сетей, управление как активными, так и реактивными компонентами - сложные инженерные задачи. Наконец, трёхфазное питание требует трёх проводников, а постоянный ток обходится двумя или одним.

Итак, мы всё больше потребляем, генерируем и передаём постоянный ток, но "посередине" используем переменный. В какой-то момент станет выгоднее массово перейти на сети постоянного тока.

Резистивной и электронной нагрузке природа тока безразлична. Трансформаторы можно заменить электронными преобразователями. Если преобразователи автоматически стабилизируют выходное напряжение, не требуется чрезвычайная стабильность напряжения в питающей сети. Если электронные преобразователи будут иметь кибернетические функции, можно будет предотвращать катастрофы посредством точечного управления нагрузками. Генераторы переменного тока можно снабдить выпрямителями, индуктивные двигатели - инверторами. Ими же можно снабдить точки соединения постоянных и переменных сетей.

Итак, в чём я неправ?

Я слышал, что постоянный ток имеет какие-то особые недостатки в плане передачи, но подробного объяснения не встретил. Кто разъяснит?

[Феодор]

Для начала - электрическое поле не побочный эффект, а сама суть электричества. Ты имеешь в виду, что польза извлекаеся от поля, двигающего электроны вдоль проводника, а установление электромагнитного поля между проводами и между проводами и землёй - побочный эффект.

Насколько я понимаю затею про транспорт, это что-то вроде линейного двигателя. Не очень хорошо себе представляю, как сделать простую реализацию, т.к. двигатель требует, чтобы поле двигалось и тянуло его за собой. А поле вокруг проводника что спереди, что сзади - одинаковое. То есть придётся на всём пути делать коммутируемые магниты (как на левитационных трассах), строить двигатель размером в тысячи км.

Следующее наблюдение. Пока энергию из поля не сняли, эффект реактивный: при смене направления тока энергия возвращается в сеть. Но если в поле есть энергоприёмник, он становится активной нагрузкой. Контакт между проводниками необязателен: трансформатор тоже энергию передаёт через поле.

Иными словами, можно не заморачиваться с линейными двигателями, а просто катать ночью составы на электровозах, что мы, кажется, уже делаем.

Что интересно, за пару лет моя идея преобразовалась в схожем направлении: надо делать интегрированные магистрали. В одной конструкции, совместить скоростную железную дорогу, пару автомобильных полос, а под ними ЛЭП ПТ, оптоволокно, нефте- и газопровод. Для начала, соединить Китай с Польшей и гонять грузы со скоростью 200 км/ч. Потом накрыть всю страну треугольной сеткой из таких магистралей шагом в 500 км.

Интересно, осмысленна ли такая идея экономически. С землёй и обслуживанием вроде проще выходит.

Для выравнивания суточных циклов можно заняться разработкой накопителей энергии. Есть интересная книжка про маховики - теоретически, в них можно запасать огромное количество энергии, если решить проблемы с магнитной подвеской в вакууме. Кроме того, под Сергиевым Посадом есть уникальная накопительная гидроэлектростанция между двумя озёрами: ночью качает вверх, днем вниз.

Павел: спасибо за переход в практические вопросы.

Два технических комментария/возражения:

Был тут разговор, что на плюс пыль налипает, поэтому была гипотеза, что сохраняется схема фаза-нуль-земля, причём фаза - минус. На производстве, впрочем, можно сделать четырёхпроводку с дополнительной плюсовой фазой и шторками на розетках.

Мне кажется, что надо ориентироваться не на пиковое напряжение, а всё-таки на номинальное. Соображение такое: да, конденсатор после выпрямителя заряжается до пикового напряжения. Но при росте нагрузки оно постепенно проседает до номинального. Следовательно, можно ожидать, что техника с такой схемой способна работать при неизменном номинальном напряжении питания.

В то же время, резистивные и универсальные нагрузки (ТЭНы, лампочки, пылесосы) просто погорят если настолько задрать напряжение. Может быть имеет смысл сделать стандартной напругу в 250 в - число из последовательности ISO 3, достаточно близко к 240.

Ещё вопрос: насколько стабильным должно быть это напряжение? От этого сильно зависит устройство ИБП. Например, если просто параллельно к нагрузке включить 112 элементов, эти 250 в будут поддерживать заряд. При потере питания, напряжение упадёт до 224 в. Как такое поведение оговорить в стандартах? Другой вариант: батареи подключены через преобразователь, который держит 250. По сути - тот же инвертор, с теми же потерями. Зато все нагрузки расчитаны на более узкий диапазон напряжений.