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May 10, 2023

Che tensione per tutti

The war of the currents was fairly decisively won by AC. After all, whether

La guerra delle correnti è stata vinta in maniera abbastanza decisiva da AC. Dopotutto, che dalle prese a muro escano 110 V o 230 V, 50 Hz o 60 Hz, tutto il mondo concorda sul fatto che la frequenza di oscillazione dovrebbe essere rigorosamente maggiore di zero. Tecnicamente AC ha vinto grazie a tre fatti intrecciati. Era più economico avere poche grandi centrali elettriche piuttosto che centinaia di migliaia di piccole centrali. Ciò significava che la potenza doveva essere trasmessa su distanze relativamente lunghe, il che richiede tensioni più elevate. E all'epoca, il trasformatore CA era l'unico modo praticabile per aumentare e diminuire la tensione.

Ma quello era allora. Siamo proprio ora al culmine di una rivoluzione nella produzione di energia, almeno secondo gli appassionati di energia solare. E questo significa due cose: energia locale originariamente generata come DC. E questo annulla completamente due dei tre fattori a favore di AC. (E gli efficienti convertitori DC-DC uccidono il trasformatore.) No, non pensiamo che ci sarà un cambiamento da un giorno all'altro, ma non saremmo sorpresi se diventasse sempre più comune avere due sistemi elettrici domestici: uno CA remota ad alta tensione fornita dalle utenze e una CC a bassa tensione generata localmente.

Perché? Perché la maggior parte dei dispositivi oggigiorno utilizza corrente continua a bassa tensione, con la notevole eccezione di alcuni grandi elettrodomestici. Le batterie immagazzinano corrente continua. Se sempre più case dispongono di capacità di generazione locale di corrente continua, non ha più senso convertire la corrente continua locale in corrente alternata solo per collegare una presa a muro e riconvertirla nuovamente in corrente continua. [Jenny List] di Hackaday ha eluso gran parte di questa configurazione ed è andata dritta alla battuta finale nel suo articolo "Dov'è la mia presa a muro CC a bassa tensione?" e ha proposto alcune soluzioni per le interconnessioni fisiche. Ma vorremmo sostenerlo per un minuto. Quando arriverà la rivoluzione della corrente continua a bassa tensione, quale tensione sarà?

Il problema con il cablaggio a bassa tensione è semplice fisica. Per una data richiesta di potenza, P=I*V, quindi una tensione inferiore significa spingere più corrente. Ma sostituendo nella legge di Ohm, più corrente significa anche perdite resistive notevolmente più elevate P=I^2*R nei fili. Ridurre la resistenza del filo utilizzando più rame è un'alternativa, ma si ottiene un miglior rapporto qualità-prezzo concentrandosi sul termine corrente al quadrato.

Questo è il motivo per cui, ad esempio, gli schemi Power over Ethernet (PoE) utilizzano circa 48 V per trasmettere qualcosa come 30 W di potenza: quei sottili cavi Ethernet possono trasportare solo una certa quantità di corrente senza sprecarne la maggior parte sotto forma di calore. Anche intorno ai 50 V gli schemi PoE prevedono una perdita da 3 a 5 Watt nel cablaggio. Pertanto, qualunque sia il cablaggio utilizzato per i segmenti CC a bassa tensione dell'impianto elettrico domestico, sarà più spesso di Cat-5.

Ma il rame costa denaro, quindi ci sarà sempre una certa pressione al rialzo sulla tensione esercitata dagli effetti del riscaldamento resistivo.

L'elettricità inizia a diventare pericolosa per gli esseri umani intorno ai 30-50 V. È qui che i livelli di corrente che superano la resistenza del corpo umano iniziano a diventare problematici. Ma mentre tutti dicono "la sicurezza prima di tutto!" vale anche la pena notare che in questo momento nelle tue pareti sono presenti 110 o 230 V CA. Chiaramente nel mondo reale è "prima la lavatrice". Ciò significa che, anche se una tensione inferiore a 30 V CC sarebbe più sicura, sospettiamo che la sicurezza sarà integrata nei connettori o negli interruttori automatici.

Il che ci porta all’ultima preoccupazione. Hai mai saldato ad arco? Quanta tensione CC è necessaria per innescare un arco? Qualcosa vicino a 24 V è un valore abbastanza comune per un'unità professionale, ma le persone sono state in grado di saldare con pacchi batterie per utensili da 20 V o anche batterie per auto da 12 V. Alcuni modelli di saldatrici a punti che abbiamo visto utilizzano solo due o tre volt, ma sviluppano la corrente richiesta premendo insieme molto forte i pezzi per creare il percorso a bassa resistenza.

Hai mai guardato un relè e notato che ha valori nominali per l'uso CC e CA? Ad esempio, questi relè hanno una potenza nominale di 10 A a 250 V CA, ma solo 10 A a 30 V CC. Da dove viene questo fattore dieci? I contatti dei relè possono scintillare quando i due contatti si avvicinano e sono inclini a saldarsi insieme a tensioni CC più elevate in un modo che non è il caso della CA, poiché gli archi CA si autoestinguono 100 o 120 volte al secondo.