Γιατί τριφασικό ρεύμα; Διατομές καλωδίων

[hkamp]

Συνήθως το σύστημα μεταφοράς μέσης και υψηλής τάσης εκμεταλλευόμενο την συνδεσμολογία των τυλιγμάτων του μετασχηματιστή χρησιμοποιεί για την μεταφορά τρεις αγωγούς, όπως αναφέρθηκε παραπάνω, και έναν αγωγό επιπλέον για αλεξικέραυνο.

Στην χαμηλή τάση όμως, μετά την γείωση του ουδέτερου κόμβου του μετασχηματιστή δεν νοείται μεταφορά χωρίς ουδέτερο. Στην άριστη λειτουργία του δικτύου, ο ουδέτερος έχει μηδενικό ρεύμα.

 

Για να μεταφέρεις μεγάλα ποσά ενέργειας με συνεχές ρεύμα θα έπρεπε να ανυψώσεις την τάση του σε ψηλές τιμές. Αυτό είναι οικονομικά ασύμφορο και δεν χρησιμοποιείται.

Σε ειδικές εφαρμογές όπως σε συρμούς η χρήση συνεχούς ρεύματος σε μεγάλες αποστάσεις είναι αναγκαία για την λειτουργία του συστήματος, όχι για μεταφορά ενέργειας.

Αν τώρα φίλε μου nvel μου διαφεύγει κάτι, δώσε μου ένα παράδειγμα. Μπορεί να κάνω και λάθος.

[samd]

Καλημερα

Mε την διανυσματική πρόσθεση των ρευμάτων προκύπτει τελικά ρεύμα 10Α αλλά σε φάση 60 deg .Aυτο που λες ειναι σωστο Κωστα και ισης αξιας με αυτο που ειπα ποιο πανω καθως

cos60o=0.5 Οποτε Ιο=Ιcos60=10*0.5=5A

Kαι αν μπει και η τριτη φαση με ωμικο φορτιο των 10Α στις 240μοιρες τοτε

Ιο=5+10cos240=5+10*(-0.5)=5-5=0

[thanar]

Αν και η εισαγωγή της μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας μέσω συστήματος συνεχούς είναι σχετικά off-topic, θα ήθελα να προσθέσω πως η υπάρχουσα χρήση του εναλλασσόμενου επιβλήθηκε αναγκαστικά λόγω του γεγονότος πως μέχρι πολύ πρόσφατα απλούστατα δεν υπήρχαν οικονομικοί τρόποι ανύψωσης της τάσης του συνεχούς σε μεγάλες τιμές, κάτι που απαιτείται για τη μεταφορά σε μεγάλες αποστάσεις, και κάτι που ήταν πάντα φτηνό για το εναλλασσόμενο δίκτυο χρησιμοποιώντας τους γνωστούς σε όλους μαγνητικούς μετασχηματιστές.

 

Πρόσφατα, υπάρχει μεγάλη συζήτηση για την μελλοντική χρήση του συνεχούς υπερυψηλής τάσης από διάφορους οργανισμούς, μεταξύ άλλων και του οργανισμού Desertec, καθώς με την εξάπλωση πλέων των φωτοβολταϊκών βολεύει πλέον περισσότερο η μεταφορά με συνεχές, και συγκεκριμένα μέσω High Voltage Direct Current (HVDC). Εξ' άλλου, είναι πλέον συνηθισμένες ηλεκτρονικές συσκευές ισχύος που έχουν τη δυνατότητα μετασχηματισμού του συνεχούς σε πολύ μεγάλα εύρη, κάτι που στο παρελθόν όπως προείπα ήταν αδύνατον.

[nvel]

Στην χαμηλή τάση όμως, μετά την γείωση του ουδέτερου κόμβου του μετασχηματιστή δεν νοείται μεταφορά χωρίς ουδέτερο. Στην άριστη λειτουργία του δικτύου, ο ουδέτερος έχει μηδενικό ρεύμα.

 

στην ΧΤ δεν χρησιμοποιείται ο όρος μεταφορά αλλά διανομή, και η διανομή ΧΤ φυσικά έχει και ουδέτερο.

 

Για να μεταφέρεις μεγάλα ποσά ενέργειας με συνεχές ρεύμα θα έπρεπε να ανυψώσεις την τάση του σε ψηλές τιμές. Αυτό είναι οικονομικά ασύμφορο και δεν χρησιμοποιείται.

Σε ειδικές εφαρμογές όπως σε συρμούς η χρήση συνεχούς ρεύματος σε μεγάλες αποστάσεις είναι αναγκαία για την λειτουργία του συστήματος, όχι για μεταφορά ενέργειας.

Αν τώρα φίλε μου nvel μου διαφεύγει κάτι, δώσε μου ένα παράδειγμα. Μπορεί να κάνω και λάθος.

 

γραμμές μεταφοράς ΥΤ με συνεχές ρεύμα υπάρχουν πολλές με κοντινότερη την σύνδεση Ελλαδας-Ιταλιας

[engineer_thess]

Ο υποβρύχιος αγωγός που συνδέει την Ελλάδα (Άραχθος) με την Ιταλία είναι HVDC. Στα υποβρύχια καλώδια μεταφοράς DC δεν εμφανίζονται χωρητικότητες που εμφανίζονται στα υποβρύχια καλώδια μεταφοράς AC.

 

* Αν και με τον τρόπο που ανυψώνεται το DC, θεωρώ ότι πιο σωστό είναι να λέγεται το ρεύμα ως μεταβαλλόμενο (παίρνει μόνο θετικές και μηδενικές τιμές αν δεν κάνω λάθος) και όχι ως συνεχές αφού δεν έχει κάθε χρονική στιγμή την ίδια τιμή.

[sdim]

Γιατί τριφασικό ρεύμα;

 

1. Μικρότερo ρεύμα ανά αγωγό (= μικρότερες απώλειες ενέργειας στα καλώδια και πιο αδύναμα ηλεκτρομαγνητικά πεδία).

2. Είναι οι ελάχιστες φάσεις για να λειτουργήσει αξιόπιστα ένας κινητήρας. Με μια ή δύο φάσεις στο εναλλασσόμενο δεν μπορείς να ξεκινήσεις την περιστροφή του κινητήρα απ' όλες τις θέσεις (υπάρχουν κάποια νεκρά σημεία).

3. Σε περίπτωση διακοπής ρεύματος σε μια φάση, να υπάρχει ρεύμα στις άλλες ώστε να καλύπτονται οι βασικές ανάγκες.

 

 

Διατομές καλωδίων

 

Όπως φαίνεται στο επόμενο σχήμα το δίκτυο στο τριφασικό είναι συμμετρικό, υπάρχει διαφορά 120 μοίρες μεταξύ των τριών φάσεων. Στην ιδανική περίπτωση το συνιστάμενο ρεύμα στους κόμβους είναι μηδέν και δεν χρειάζεται ουδέτερος.

Στην πράξη όμως η κατανάλωση δεν είναι συμμετρική επειδή:

1. Οι τριφασικοί κινητήρες επιστρέφουν το ρεύμα με μια υστέρηση στο δίκτυο.

2. Συνδέονται μονοφασικοί καταναλωτές σε διαφορετικές φάσεις. Στατιστικά η ΔΕΗ μοιράζει τις μονοφασικές παροχές ομοιόμορφα στις φάσεις με βάση το ονομαστικό φορτίο, αλλά δεν λειτουργούν πάντα όλοι στην μέγιστη τιμή.

3. Η άεργος υσχύς αλλάζει το διάνυσμα του ρεύματος.

 

Άρα ο ουδέτερος είναι για να περνάει το ρεύμα που δημιουργείται λόγω ασυμμετρίας στην κατανάλωση στην κάθε φάση και λόγω της αλλαγής της γωνίας φάσης.

 

http://en.wikipedia.org/wiki/Three-phase_electric_power

 

engineer_thess. Το AC το λέμε εναλλασσόμενο αν εναλλάσσεται η κατεύθυνση που κινούνται τα ηλεκτρόνια. Το DC το λέμε συνεχές επειδή παραμένει σταθερή η φορά κίνησης. Το συνεχές μπορεί όπως σωστά αναφέρεις να είναι μεταβαλλόμενο. Υπάρχει και το σταθερό (μπαταρίας) και εξομαλυμένο (σχεδόν συνεχές, σαν αυτό που παίρνουν από το τροφοδοτικό οι υπολογιστές).

http://www.kpsec.freeuk.com/acdc.htm

[engineer_thess]

engineer_thess. Το AC το λέμε εναλλασσόμενο αν εναλλάσσεται η κατεύθυνση που κινούνται τα ηλεκτρόνια. Το DC το λέμε συνεχές επειδή παραμένει σταθερή η φορά κίνησης. Το συνεχές μπορεί όπως σωστά αναφέρεις να είναι μεταβαλλόμενο. Υπάρχει και το σταθερό (μπαταρίας) και εξομαλυμένο (σχεδόν συνεχές, σαν αυτό που παίρνουν από το τροφοδοτικό οι υπολογιστές).

http://www.kpsec.freeuk.com/acdc.htm

 

Διαφωνώ σε κάποια.

Συνεχές είναι αυτό που έχει σταθερή τιμή και πολικότητα.

Μεταβαλλόμενο είναι αυτό που αλλάζει τιμή ή πολικότητα ή και τα δύο.

Εναλλασσόμενο είναι αυτό που παίρνει και θετικές και αρνητικές τιμές και το συνολικό μεταφερόμενο φορτίο σε μία περίοδο είναι μηδέν.

*Υπάρχει η περίπτωση να εναλλάσσεται η κατεύθυνση φοράς του ρεύματος αλλά το συνολικό φορτίο σε μία περίοδο να μην είναι μηδέν. Αυτό δεν είναι εναλλασσόμενο ρεύμα.

Αν μετρήσουμε την μέση τιμή ενός μεταβαλλόμενου ρεύματος (που παίρνει θετικές και αρνητικές τιμές) με όργανο μέτρησης DC και μετρήσει 0 (μηδέν) τότε είναι ταυτόχρονα και εναλλασσόμενο αν μετρήσει διαφορετική τιμή είναι μεταβαλλόμενο αλλά όχι όμως και εναλλασσόμενο.

[sdim]

Εναλλασσόμενο είναι το ρεύμα που περιοδικά αλλάζει η φορά του, δεν είναι δεσμευτικό το συνολικό μεταφερόμενο φορτίο σε μία περίοδο να είναι μηδέν. Στο σχολείο το διδάσκουν ως συμμετρικό έτσι για να είναι πιο απλό, αλλά στην πράξη δεν είναι έτσι τα πράγματα. Αν είχαμε ιδανικές συνθήκες δεν θα χρειαζόμασταν τον ουδέτερο στο τριφασικό.

 

Ένα άλλο στοιχειό που μου έρχεται στο μυαλό είναι το DC Offset στο εναλλασσόμενο ρεύμα.

 

Αν μετρήσεις με όργανο μέτρησης DC το εναλλασσόμενο είναι πολύ πιθανό να μια μικρή ένδειξη αλλά μπορεί και να σου κάψει το όργανο σε ορισμένες περιπτώσεις.

 

Από ετοιμολογικής πλευράς, το εναλασσόμενο σημαίνει κάτι που εναλάσσεται μεταξύ δύο καταστάσεων (+ και -).

Στους υπολογισμούς κυκλωμάτων θεωρούμε συνήθως ότι έχουμε σταθερό συνεχές (μπαταρία). Τα τροφοδοτικά που χρησιμοποιούμε έχουν έναν κυματισμό στην έξοδο αλλά είναι μικρός οπότε κάνουν την δουλειά τους.

[CostasV]

Για δυο ρευματα των 10Α απο ωμικες αντιστασεις το ρευμα ουδετερου ειναι:

Ιο=Ιrcos0+Iscos120=10*1+10*(-0.5)=10-5=5Α

 

Διορθώστε με αν κάνω λάθος, αλλά τα 5 Α που υπολόγισες βρίσκονται στην φάση των 0 deg (δηλαδή πάνω στον άξονα των x) , ενώ με την διανυσματική πρόσθεση των ρευμάτων προκύπτει τελικά ρεύμα 10Α αλλά σε φάση 60 deg (ανάμεσα στις δύο φάσεις)

 

 

Mε την διανυσματική πρόσθεση των ρευμάτων προκύπτει τελικά ρεύμα 10Α αλλά σε φάση 60 deg .Aυτο που λες ειναι σωστο Κωστα και ισης αξιας με αυτο που ειπα ποιο πανω καθως

cos60o=0.5 Οποτε Ιο=Ιcos60=10*0.5=5A

 

 

Νομίζω δεν έχει αποσαφηνιστεί πλήρως, και θα κάνω μία προσπάθεια:

 

Δύο ρεύματα (από ωμικές αντιστάσεις και μόνο) των 10Α το καθένα, από οποιεσδήποτε (από τις R, S, T) διαφορετικές φάσεις δίνουν πάντα ρεύμα 10 A στον ουδέτερο, σε γωνία φάσης ακριβώς ενδιάμεση ανάμεσα στις δύο φάσεις των ρευμάτων από τα οποία προήλθε. Η προβολή του ρεύματος αυτού πάνω στον άξονα x μπορεί να παίρνει τιμές από μηδέν έως 10 Α, ανάλογα με την χρονική στιγμή (όπως εξάλλου με κάθε εναλλασόμενο ρεύμα), και δεν έχει σημασία στην διαστασιολόγηση της διατομής ή σε άλλη πρακτική εφαρμογή που εξαρτάται από το μέγεθος του ρεύματος.

 

Είναι καλύτερα τώρα;

[sdim]

Στον σύνδεσμο που παραθέτω φαίνεται η κυμματομορφή του ανορθωμένου ρεύματος και του εξομαλυμένου.

http://en.wikipedia.org/wiki/Ripple_(electrical)

 

Βρήκα και μια εργαστηριακή άσκηση στο ΤΕΙ Θεσσαλονίκης.

http://eureka.lib.teithe.gr:8080/bitstream/handle/10184/1300/Papaioanou%20P%20(main).pdf?sequence=2

 

Αναφέρει μεταξύ των άλλων ότι

"Η μετατροπή της εναλλασσόμενης τάσης σε συνεχή ονομάζετε ανόρθωση.

Η ανορθωμένη τάση είναι συνεχής μεταβαλλόμενη. Η μεταβολή αυτή ονομάζεται κυμάτωση.

Η εξάλειψη της κυμάτωσης ( ή μείωση ) λέγεται εξομάλυνση."