Sisteme de alimentare monofazate Circuite AC polifazate Manual electronic
Capitolul 10 - Circuite AC polifazice
Diagrama schematică a sistemului de alimentare monofazat arată puțin despre cablarea unui circuit de alimentare practic.
Prezentat mai sus, este un circuit de curent alternativ foarte simplu. Dacă disiparea puterii rezistorului de sarcină ar fi substanțială, am putea numi acest lucru „circuit de putere” sau „sistem de alimentare” în loc să îl considerăm doar ca un circuit obișnuit.
Distincția dintre un „circuit de putere” și un „circuit regulat” poate părea arbitrară, dar preocupările practice nu sunt cu siguranță.
Analiza practică a circuitului
O astfel de preocupare este dimensiunea și costul cablajului necesare pentru a furniza energie de la sursa de curent alternativ la sarcină. În mod normal, nu ne gândim prea mult la acest tip de îngrijorare dacă analizăm doar un circuit de dragul de a învăța despre legile electricității.
Cu toate acestea, în lumea reală, poate fi o preocupare majoră. Dacă acordăm sursei din circuitul de mai sus o valoare de tensiune și dăm, de asemenea, valori de disipare a puterii celor două rezistențe de sarcină, putem determina necesitățile de cablare pentru acest circuit special:
Din punct de vedere practic, cablarea pentru sarcinile de 20 kW la 120 Vac este destul de substanțială (167 A).
83,33 amperi pentru fiecare rezistență de sarcină din figura de mai sus adaugă până la 166,66 amperi curent total al circuitului. Aceasta nu este o cantitate mică de curent și ar necesita conductoare de sârmă de cupru de cel puțin 1/0 gabarit.
Un astfel de fir are un diametru de peste 1/4 inch (6 mm), cântărind peste 300 de lire sterline pe mia de picioare. Rețineți că nici cuprul nu este ieftin! Ar fi în interesul nostru să găsim modalități de a minimiza astfel de costuri dacă am proiecta un sistem de alimentare cu lungimi mari de conductori.
O modalitate de a face acest lucru ar fi creșterea tensiunii sursei de energie și utilizarea sarcinilor construite pentru a disipa 10 kW fiecare la această tensiune mai mare.
Sarcinile, desigur, ar trebui să aibă valori de rezistență mai mari pentru a disipa aceeași putere ca înainte (10 kW fiecare) la o tensiune mai mare decât înainte.
Avantajul ar fi mai mic de curent necesar, permițând utilizarea firelor mai mici, mai ușoare și mai ieftine:
Aceleași sarcini de 10 kW la 240 Vac necesită cabluri mai puțin substanțiale decât la 120 Vac (83 A).
Acum curentul total al circuitului nostru este de 83,33 amperi, jumătate din cât era înainte.
Acum putem folosi sârmă de calibru numărul 4, care cântărește mai puțin de jumătate din ceea ce face sârmă de calibru 1/0 pe unitate de lungime. Aceasta reprezintă o reducere considerabilă a costului sistemului, fără degradarea performanței.
Acesta este motivul pentru care proiectanții de sisteme de distribuție a energiei aleg să transmită energie electrică folosind tensiuni foarte mari (multe mii de volți): pentru a valorifica economiile realizate prin utilizarea unui fir mai mic, mai ușor și mai ieftin.
Pericolele creșterii tensiunii sursei
Cu toate acestea, această soluție nu este lipsită de dezavantaje. O altă preocupare practică cu privire la circuitele de alimentare este pericolul de electrocutare de la tensiuni ridicate.
Din nou, acest lucru nu este de obicei genul de lucruri pe care ne concentrăm în timp ce învățăm despre legile electricității, dar este o preocupare foarte valabilă în lumea reală, mai ales atunci când se tratează cantități mari de energie.
Câștigul de eficiență realizat prin creșterea tensiunii circuitului ne prezintă un pericol crescut de electrocutare. Companiile de distribuție a energiei electrice abordează această problemă înșirând liniile electrice de-a lungul stâlpilor sau turnurilor înalte și izolând liniile de structurile de susținere cu izolatori mari, din porțelan.
La punctul de utilizare (clientul de energie electrică), există încă problema tensiunii de utilizat pentru alimentarea sarcinilor.
Tensiunea înaltă oferă o eficiență mai mare a sistemului prin intermediul curentului redus al conductorului, dar s-ar putea să nu fie întotdeauna practic să țineți cablurile de alimentare la îndemână la punctul de utilizare, așa cum poate fi ridicat la îndemână în sistemele de distribuție.
Acest compromis între eficiență și pericol este unul pe care proiectanții de sisteme de alimentare europeni au decis să-l riscă, toate gospodăriile și aparatele lor funcționând la o tensiune nominală de 240 volți în loc de 120 volți, așa cum este în America de Nord.
Acesta este motivul pentru care turiștii din America care vizitează Europa trebuie să poarte mici transformatoare descendente pentru aparatele lor portabile, pentru a reduce puterea de 240 VAC (volți AC) până la 120 VCA mai potrivită.
Soluții pentru livrarea tensiunii către consumatori
Transformatoare reduse la punctul final al consumului de energie
Există vreo modalitate de a realiza în același timp avantajele atât ale eficienței sporite, cât și ale riscului redus pentru siguranță?
O soluție ar fi instalarea transformatoarelor descendente la punctul final al consumului de energie, la fel cum trebuie să facă turistul american în Europa.