Однофазні системи живлення Багатофазні схеми змінного струму Підручник з електроніки
Розділ 10 - Багатофазні схеми змінного струму
Принципова схема однофазної системи живлення мало показує про підключення практичної схеми живлення.
Зображена вище, це дуже проста схема змінного струму. Якщо розсіювання потужності резистора навантаження було значним, ми могли б назвати це «ланцюгом живлення» або «системою живлення», замість того, щоб розглядати це як звичайну схему.
Розрізнення між "ланцюгом живлення" та "звичайним контуром" може здатися довільним, але практичні проблеми точно не є.
Практичний аналіз схем
Однією з таких проблем є розмір і вартість проводки, необхідної для подачі живлення від джерела змінного струму до навантаження. Зазвичай ми не надто замислюємось над цим типом занепокоєння, якщо просто аналізуємо схему задля вивчення законів електрики.
Однак у реальному світі це може бути основною проблемою. Якщо ми надаємо джерелу у вищезазначеній схемі значення напруги, а також даємо значення розсіювання потужності для двох резисторів навантаження, ми можемо визначити потреби в електропроводці для цієї конкретної схеми:
З практичної точки зору, електропроводка для навантажень 20 кВт при 120 В змінного струму є досить значною (167 А).
83,33 ампер для кожного навантажувального резистора на малюнку вище додає до 166,66 ампер загального струму ланцюга. Це не мала кількість струму, і для цього потрібні провідники з мідного дроту принаймні 1/0.
Такий дріт перевищує 6 мм у діаметрі і важить понад 300 фунтів на тисячу футів. Майте на увазі, що мідь теж недешева! В наших інтересах було б знайти способи мінімізувати такі витрати, якби ми проектували енергосистему з великою довжиною провідників.
Одним із способів зробити це було б збільшення напруги джерела живлення та використання навантажень, побудованих для розсіювання 10 кВт при цій вищій напрузі.
Звичайно, навантаження повинні мати більші значення опору, щоб розсіювати ту саму потужність, що була раніше (10 кВт кожна) при більшій напрузі, ніж раніше.
Перевагою буде менший струм, що дозволяє використовувати менший, легший та дешевий провід:
Ті самі навантаження 10 кВт при 240 В перем. Струму вимагають менш значного підключення, ніж при 120 В перем. Струму (83 А).
Зараз наш загальний струм в ланцюзі становить 83,33 ампер, що вдвічі менше, ніж було раніше.
Тепер ми можемо використовувати дріт калібру No 4, який важить менше половини того, що робить дріт калібру 1/0 на одиницю довжини. Це значне зниження вартості системи без погіршення продуктивності.
Ось чому розробники систем розподілу електроенергії обирають передавати електроенергію з використанням дуже високих напруг (багато тисяч вольт): щоб використати економію, отриману завдяки використанню меншого, легшого, дешевшого дроту.
Небезпеки збільшення напруги джерела
Однак це рішення не позбавлене недоліків. Ще однією практичною проблемою, що стосується ланцюгів живлення, є небезпека ураження електричним струмом від високої напруги.
Знову ж таки, це, як правило, не те, на чому ми концентруємося, вивчаючи закони електрики, але це дуже серйозна проблема в реальному світі, особливо коли йдеться про великі обсяги енергії.
Підвищення ефективності, реалізоване посиленням напруги в ланцюзі, створює нам підвищену небезпеку ураження електричним струмом. Електророзподільні компанії вирішують цю проблему шляхом натягування своїх ліній електропередач уздовж високих стовпів або веж та ізоляції ліній від опорних конструкцій великими порцеляновими ізоляторами.
У місці використання (споживач електроенергії) все ще залишається питання, яку напругу використовувати для живлення навантажень.
Висока напруга забезпечує більшу ефективність системи за рахунок зменшеного струму провідника, але не завжди може бути практично тримати електропроводку поза зоною досяжності в місці використання так, як її можна підняти поза зоною досяжності в розподільчих системах.
Цей компроміс між ефективністю та небезпекою є тим, на який європейські дизайнери енергетичних систем вирішили ризикнути, оскільки всі їхні побутові та побутові прилади працюють при номінальній напрузі 240 вольт замість 120 вольт, як це відбувається в Північній Америці.
Ось чому туристи з Америки, які відвідують Європу, повинні мати при собі невеликі знижувальні трансформатори для своїх портативних приладів, щоб зменшити потужність 240 В змінного струму (вольт змінного струму) до більш відповідної 120 В змінного струму.
Рішення для подачі напруги споживачам
Понижувальні трансформатори в кінцевій точці використання енергії
Чи є спосіб одночасно усвідомити переваги як підвищеної ефективності, так і зниження ризику для безпеки?
Одним із рішень було б встановити знижувальні трансформатори в кінцевій точці використання енергії, як це повинен робити американський турист, перебуваючи в Європі.