A escolha de corrente alternada em vez de corrente contínua para a eletricidade residencial é um resultado abrangente baseado na eficiência da transmissão de energia, na compatibilidade dos equipamentos e na evolução tecnológica histórica. A lógica central gira em torno de "como transportar eletricidade de usinas remotas para milhares de residências com baixo custo e baixas perdas".

1. A principal vantagem da CA é a implementação eficiente da transmissão de energia de longa distância.

Existe uma lacuna geográfica natural entre a produção e o consumo de energia – grandes usinas (como hidrelétricas e termelétricas) são frequentemente construídas em áreas ricas em recursos ou distantes de áreas urbanas e precisam transportar eletricidade por centenas ou até milhares de quilômetros até áreas residenciais. Durante esse processo, quando a corrente passa pela linha de transmissão, ocorrem perdas térmicas devido à resistência dos fios (seguindo a Lei de Joule: as perdas são proporcionais ao quadrado da corrente). Se as perdas não forem controladas, uma grande quantidade de eletricidade será desperdiçada durante a transmissão, levando a um aumento repentino nos custos do fornecimento de energia.

O valor fundamental da CA reside na sua capacidade de atingir facilmente “aumento e queda de tensão” através de transformadores (dispositivos com estrutura simples, baixo custo e sem partes móveis):

• Reforço da usina: A tensão CA gerada pela usina é de cerca de 12.000 V, que é inicialmente aumentada para alta tensão de 115 kV, 230 kV ou mesmo 765 kV por meio de um transformador de reforço. De acordo com a fórmula de potência, sob a condição de potência total constante, um aumento na tensão reduzirá significativamente a corrente, reduzindo assim a perda de calor da linha de transmissão (por exemplo, se a tensão for aumentada em 10 vezes e a corrente for reduzida para 1/10, a perda será de apenas 1/100 da original), e a perda final de transmissão pode ser controlada em até 5%.

• Redução de tensão antes de entrar no domicílio: Depois que a eletricidade chega à cidade, ela é primeiramente reduzida para cerca de 12 kV pelo transformador redutor de tensão da subestação, que é usado para distribuição local dentro da cidade. Por fim, a tensão é ainda mais reduzida para padrões residenciais seguros (como 120 V na América do Norte e 230 V na China/Europa) por meio de pequenos transformadores localizados em áreas residenciais ou ruas, para evitar o perigo da alta tensão para a saúde humana e eletrodomésticos.

Por outro ladoA corrente contínua, devido à sua tensão e direção de corrente constantes, não pode gerar um campo magnético variável – e o princípio de funcionamento dos transformadores se baseia em "campos magnéticos variáveis ​​que induzem tensão", de modo que a corrente contínua não consegue gerar aumento e queda de tensão por meio de transformadores convencionais. Se a transmissão em corrente contínua for forçada, ela só pode ser transmitida em baixa tensão e alta corrente, resultando em perdas de linha extremamente altas (por exemplo, a perda de uma linha contínua de 100 quilômetros pode exceder 50%), forçando a construção de usinas elétricas perto dos usuários (geralmente a menos de 1,6 km), o que não consegue atender às necessidades de fornecimento de energia em larga escala das cidades.

2. Compatibilidade natural entre ar condicionado e eletrodomésticos.

No dia a dia, os eletrodomésticos (de grandes a pequenos aparelhos) dependem principalmente de acionamento CA ou são mais adequados para alimentação CA. Essa compatibilidade decorre das características e vantagens de custo de fabricação da CA:

• Adequado para tipos de motores convencionais: geladeiras, máquinas de lavar, condicionadores de ar, coifas e outros eletrodomésticos de grande porte, com motores de indução CA como principal componente de potência. Esse tipo de motor possui estrutura simples (sem a necessidade de componentes vulneráveis, como comutadores), baixa taxa de falhas, custo controlável e pode utilizar diretamente as características alternadas da CA para obter partida automática sem a necessidade de componentes eletrônicos adicionais. Motores CC (como os primeiros motores CC com escovas) requerem comutadores mecânicos para alternar a direção da corrente, que são propensos ao desgaste e têm vida útil curta; mesmo os motores CC sem escovas modernos requerem controladores complexos para funcionar e, historicamente, têm sido fabricados a custos muito mais elevados do que os motores CA.

• Compatível com equipamentos de aquecimento e iluminação: Equipamentos de aquecimento por resistência, como fornos elétricos, aquecedores de água e aquecedores elétricos, embora teoricamente compatíveis com CA e CC (a corrente que passa pelos resistores gera calor), como a CA é um padrão unificado para a rede elétrica, não requerem conversores "CA para CC" adicionais, o que pode reduzir significativamente os custos de produção e as taxas de falhas. As primeiras lâmpadas incandescentes e, posteriormente, as fluorescentes também podem ser conectadas diretamente à rede elétrica CA para operação; embora as lâmpadas LED modernas sejam essencialmente alimentadas por CC, elas precisam apenas integrar um pequeno retificador (de custo extremamente baixo) internamente para se adaptarem à CA residencial sem alterar a arquitetura da rede elétrica.

3. A “Guerra da Corrente Elétrica” estabeleceu a posição dominante da CA no final do século XIX, determinando diretamente que a CA se tornasse o padrão global para eletricidade doméstica.

Por trás disso havia uma competição prática de duas rotas tecnológicas:

• Limitações da solução DC de Edison: O inventor Edison inicialmente promoveu sistemas de fornecimento de energia CC e construiu as primeiras usinas de energia CC em Nova York. No entanto, como mencionado anteriormente, a corrente contínua não pode ser transmitida por longas distâncias e seu alcance de fornecimento de energia é limitado a 1,6 km ao redor da usina. Para evitar perdas, são necessários fios grossos (o que é caro) e não atendem às necessidades da expansão urbana.

• Inovação na solução de CA da Tesla: O físico Tesla inventou um sistema CA multifásico e um motor de indução CA, resolvendo os principais problemas de transmissão e aplicação da CA. A empreendedora Westinghouse Electric adotou esse plano e utilizou a CA com sucesso para alimentar a Feira Mundial de Chicago de 1893 (iluminando dezenas de milhares de luzes), seguida pela construção do sistema de transmissão CA para a Usina Hidrelétrica de Niagara (fornecendo eletricidade para Buffalo, a 35 quilômetros de distância). Esses casos demonstram a escalabilidade da CA, superando completamente a solução CC e consolidando a posição global da CA no fornecimento de eletricidade residencial.

4. O limite de aplicação da CC moderna: ainda dependendo da rede elétrica CA.

Hoje em dia, a corrente contínua é amplamente utilizada na geração de energia solar, no armazenamento de energia de baterias e em dispositivos eletrônicos, mas não substituiu a posição central da corrente alternada no uso doméstico.

• Conversão de CC para CA de energia renovável: Os painéis solares geram CC diretamente, e as baterias de armazenamento de energia doméstica também armazenam CC, mas essa eletricidade precisa ser convertida em CA por meio de “inversores” antes de poder ser conectada à rede elétrica doméstica para fornecer eletrodomésticos - essencialmente ainda contando com o padrão unificado de CA

• Suplemento para Corrente Contínua de Alta Tensão (CCAT): A transmissão moderna de ultralonga distância (como redes elétricas transfronteiriças, parques eólicos offshore para terra) usa HVDC (com perdas menores do que CA), mas depois que a eletricidade chega à rede de distribuição urbana, ela ainda precisa ser convertida para CA antes de poder ser usada em residências.

Resumindo, a aplicação moderna da CC é um suplemento à rede elétrica CA, e não uma substituição – as principais necessidades de eletricidade doméstica (longa distância, baixo custo, compatível com vários dispositivos) ainda são perfeitamente atendidas pela CA.