¿Cómo 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 algo más.

Potencia = Vrms x Irms.
PERO las pérdidas de línea resistiva son proporcionales a I ^ 2.
Entonces, si aumenta el voltaje en un factor de "N", entonces 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 AC originales son de 500 kV.
Su línea de CC 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 el mismo número de cables, necesitará 2,7 x el área o alrededor de 1,65 x el diámetro. Y/o material de menor resistencia. Quizás más cobre y menos aluminio.

Entonces hay una pérdida de pérdidas capacitivas de CA.

Un factor importante es que ABB ha existido durante mucho tiempo y "conoce lo que hace". No será magia, solo ingeniería aplicada, y la afirmación será cierta tal como se presenta, pero aún habrá algo de 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 creen que pueden ganar más dinero y ahorrar dinero al cliente o 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 pico. Como usted dice, las líneas de transmisión de CA deben diseñarse para el voltaje máximo, pero la potencia útil está relacionada con el voltaje RMS. Estos difieren por la raíz cuadrada de 2 ya que son senos. La potencia es proporcional al cuadrado del voltaje. La misma línea de transmisión puede transportar el doble de energía a un voltaje de CC constante que es el mismo que el voltaje de CA máximo.

2. Efecto en la piel. Con CA, los bordes exteriores del cable transportan más corriente. Esto hace que el cable parezca tener una mayor resistencia en CA que en CC. No sé cuál es esta relación a 60 Hz para las líneas de transmisión típicas. Por supuesto, esas líneas de transmisión se dimensionaron teniendo esto en cuenta. Es por eso 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 del 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 60 Hz irradian, y siempre hay algún acoplamiento capacitivo a tierra y entre los conductores. La radiación es pura pérdida de energía, y la impedancia reactiva provoca corrientes en los cables que no transfieren energía pero causan pérdidas y consumen su presupuesto actual máximo. 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 convierte esencialmente en par trenzado 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 hay una cierta cantidad de eficiencia adicional en el sistema de transmisión . Tenga en cuenta que, si bien la transmisión de CC es más eficiente, la CA es más fácil y más eficiente de 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 de nicho. Parece (no tengo conocimiento directo) que DC se usa hoy en día para largas distancias y cuando se va entre diferentes redes. En el primer caso, la mejor eficiencia de transmisión domina a largas distancias, y en el segundo caso, DC no requiere que los extremos estén sincronizados en fase.

Un ejemplo del primer caso es la transmisión de Hydro Quebec a Nueva Inglaterra. Eso 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 energía de CC y hacerla utilizable para la red local. Puede verlo usted 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 trifásica que existía antes del proyecto Hydro Quebec. Las líneas este-oeste justo al sur de esa planta son una importante línea de transmisión de CA de la red local.

No estoy seguro de siete veces. Recuerdo de mis días de universidad que el 25% de todas las plantas de energía existen para calentar alambres y cables (estoy bastante seguro de que puedes encontrar información más precisa en la web). La distribución de energía 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 inferior a 1. Esto conduce a que la energía reactiva inútil "salpique" los cables calefactores. Recuerde que es la potencia activa la que realiza un trabajo útil, pero es la potencia aparente la que fluye en los cables, por lo que los cables deben dimensionarse para la potencia aparente. La costosa corrección del factor de potencia se emplea comúnmente para contrarrestar este efecto, pero nunca es completamente efectiva. Consulte alimentación de CA.

• Efecto piel : en realidad es bastante grave incluso a 50 o 60 Hz. Reduce el área conductora efectiva del cable. Muchos cables de líneas eléctricas están hechos de núcleo de acero envuelto en aluminio. Las pérdidas resistivas en el núcleo de acero son en realidad insignificantes.

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

El diseño del sistema de transmisión de CC se basa en el valor pico del voltaje, pero el diseño del sistema de transmisión de CA depende del valor RMS. Por lo tanto, el límite del sistema de transmisión de CA debe multiplicarse por 1,4 para transmitir la misma cantidad de energía