DC се разраства в градовете. И инженерите току-що отвориха вратата към него без искри и дим.

Електропреносната мрежа на САЩ е подложена на нов натиск: нарастващото търсене на електроенергия, разширяването на центровете за данни и възобновяемите енергийни източници критично натоварват застаряващата инфраструктура. На този фон все повече се увеличават предложенията за преминаване към постоянен ток (DC), който се представя по-добре от променливия ток (AC), особено в приложенията на слънчевата и вятърната енергия и суперкомпютрите. Основната техническа пречка обаче е невъзможността на традиционните прекъсвачи да работят в условия на прав ток. Инженерите от Националната лаборатория Оук Ридж (ORNL) предложиха технология, която може да се справи с това ограничение и да модернизира енергетиката без скъпоструващи модернизации.

Новото решение се основава на полупроводникови компоненти и е предназначено за диапазона на средното напрежение, което е особено важно за енергоемките отрасли. Основното предимство в сравнение с механиката е скоростта. В системите за постоянен ток няма нулево пресичане и поради това класическите превключватели не могат да прекъснат веригата навреме. Това води до натрупване на топлина и повишен риск от пожар. Полупроводниците, от друга страна, действат почти мигновено и надеждно.

Ръководителят на проекта Прасад Кандула и неговият екип решават да използват един отдавна известен, но рядко използван елемент – тиристора. Този евтин полупроводник не е в състояние сам да изключва тока, затова инженерите прилагат външна схема, която изкуствено го намалява до нулата в точния момент. Благодарение на този подход прототипът изключва електрическо захранване с напрежение 1400 волта за по-малко от 50 микросекунди – 4-6 пъти по-бързо от предишни аналози на същата елементна база.

В допълнение към високата скорост, конструкцията е мащабируема. Комбинирането на няколко модула дава възможност да се постигне равномерно разпределение на напрежението и едновременно задействане в случай на авария. Устройството е успешно тествано при 1800 волта, а следващата цел е да достигне 10 000. Това е изключително важен етап: все още нито един търговски прекъсвач не е в състояние безопасно да изключва постоянен ток с напрежение над 2 000 волта, а много от тях не могат да се справят дори с половината от това натоварване. По този начин разработката на ORNL открива принципно нови възможности.

На фона на масовото преминаване на предприятията – от центровете за данни до фабриките за чипове – към захранване с постоянен ток, тези технологии започват да стават незаменими. Постоянният ток осигурява по-висока ефективност, тъй като отпада необходимостта от преобразуване, намаляват се загубите при пренос на големи разстояния и е по-лесно да се контролира. Той също така поддържа двупосочен поток на енергията, което е особено важно за интелигентните мрежи и разпределеното производство. Но без надеждна комутация цялата тази архитектура е невъзможна.

Освен това полупроводниковите схеми избягват друга уязвимост на механичните решения – образуването на електрическа дъга. При традиционните прекъсвачи изключването на постоянния ток води до разряд, който разрушава контактите и е потенциално опасен. Тиристорите нямат такъв ефект: изключването става без отворен контакт и с минимално закъснение. Според Кандула именно липсата на „нулев ток“ превръща работата с постояннотокови изключватели в инженерно предизвикателство, но при правилен подход тя открива съвсем нови хоризонти: „Когато токът не преминава през нулата, механиката просто няма време да спре късото съединение, преди да настъпи прегряване.“

Проектът е част от голямата програма на ORNL за създаване на модулно оборудване за бъдещата национална енергийна мрежа на САЩ. Тя е предназначена за транспортни, промишлени и компютърни инфраструктури . Изследването е подкрепено от Министерството на енергетиката на САЩ и се осъществява с участието на инженерите Марсио Кимпара и Елви Андраде. Лабораторията се управлява от UT-Battelle от името на Службата за научни програми на агенцията.

Ако бъде мащабирано и внедрено в промишлеността, устройството има потенциала да промени из основи енергийната архитектура: САЩ ще могат да осигурят сигурно превключване на постоянния ток, да преминат към по-ефективни мрежи и да модернизират енергийната индустрия, без да се налага да заменят изцяло съществуващите магистрални мрежи.