Γιατί τριφασικό ρεύμα; Διατομές καλωδίων

[iliekater]

Από το σχολείο έχω μείνει με έναν προβληματισμό ... Ξέρω πως το ρεύμα που μας στέλνει η ΔΕΗ είναι (νομίζω υπάρχουν και εξαιρέσεις , αλλά αυτό είναι άλλο θέμα) τριφασικό . Το λοιπόν , αυτό είναι που με προβληματίζει ... Απ'ότι κατάφερα μέχρι σήμερα να μάθω , το "τριφασικό" σημαίνει τρεις φάσεις , δηλαδή τρία καλώδια . Επίσης , πέρα από αυτά τα τρία , υπάρχουν πάντα άλλα δύο , το ουδέτερο και η γείωση . Απ'ότι , πάλι , έμαθα , το ουδέτερο είναι για να κλείνει το κύκλωμα . Αν είναι έτσι , τότε σας παρακαλώ , απαντήστε μου :

1) Γιατί το ουδέτερο είναι μικρότερης διατομής απ'ό,τι οι τρεις φάσεις μαζί ; Θέλω να πω , όταν το κύκλωμα είναι κλειστό , ο ίδιος αριθμός ηλεκτρονίων δεν περνάει στην μονάδα του χρόνου σε κάθε διατομή ; Οπότε η ίδια ένταση , άρα δεν θα έπρεπε η διατομή του ουδέτερου να είναι ίση με το άθροισμα των φάσεων ; Υπενθυμίζω πως η ερώτηση τιτλοφορείται "Μία χαζή ερώτηση από έναν χαζό άνθρωπο"

2) Γιατί το ρεύμα είναι τριφασικό ; ; ; Θέλω να πω , γιατί ειδικά τρι-φασικό και όχι , για παράδειγμα, τέτρα-φασικό ;

[eloy]

Καλησπέρα, ως νέο μέλος θα προσπαθήσω να σου εξηγήσω κάποια πράγματα που πιστεύω ότι γνωρίζω αν και ακόμα τελειόφοιτος και όχι επαγγελματίας.

 

Όταν κάνεις μια εγκατάσταση τριφασικού ρεύματος τότε το κύκλωμα δεν χρησιμοποιεί καθόλου τον ουδέτερο. Αν αθροίσεις και τις τρεις φάσεις μαζι επειδή έχουν διαφορά φάσης 2π/3 τότε το αποτέλεσμα που θα πάρεις είναι 0. Συνεπώς το ρεύμα που 'επιστρέφει' όλο μαζί από ένα καλώδιο είναι μηδενικό.

 

Τώρα γιατί είναι τριφασικό, και όχι τετραφασικό κοκ, δεν γνωρίζω ακριβώς να σου πω, όμως πιθανολογόντας σου λεω πολύ απλά ότι το τετραφασικό είναι ακριβότερο! Θα απαιτούσε περισσότερα καλώδια και γενικώς δεν θα είχε ουσιαστική διαφορά σε σχέση με το τριφασικό.

 

Ελπίζω να σε βοήθησα, αν ακόμα έχεις απορίες ευχαρίστως να σε βοηθήσω!

[Πέτρανθος]

Καθόλου χαζή ερώτηση. Άλλωστε, με αφορμή κάτι χαζές ερωτήσεις, του στυλ: "γιατί πέφτουν τα μήλα;", θα κάνουμε σε λίγο διαπλανητικό τουρισμό...

 

Τώρα, όσον αφορά το ερώτημά σου: Να ξεκαθαρίσουμε ευθύς εξαρχής ότι ενέργεια που σχετίζεται με τα ηλεκτρικά κυκλώματα, η ηλεκτρική ενέργεια δηλαδή, είναι ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία και αυτή. Επειδή όμως ζούμε συνέχεια δίπλα της, και σε κάποιο βαθμό την έχουμε τιθασεύσει, ξεχνάμε αυτή την ιδιότητά της.

Τα καλώδια, οι αγωγοί των φάσεων, λειτουργούν ως οδηγοί (κυματοδηγοί στην περίπτωσή μας). Κάθε φάση ενός κυκλώματος (ένα ζευγάρι αγωγών) μπορεί να οδηγήσει, να άγει, ηλεκτρική ενέργεια οποιουδήποτε συχνοτικού περιεχομένου και κυματικών χαρακτηριστικών. Στα πολυφασικά κυκλώματα η γεννήτρια παράγει τάση σε κάθε αγωγό (ως προς τη γη) που διαφέρει κατά μια σταθερά γωνία (διαφορά φάσης) από κάθε άλλο αγωγό.

Στην περίπτωση αυτή η ενέργεια μεταφέρετε μια χαρά στις καταναλώσεις χωρίς να χρειαστεί κανένα πρόσθετο καλώδιο (παράδειγμα: όλα δίκτυα μέση ς και υψηλής τάσης, τα οποία είναι τριφασικά, χρησιμοποιούν τρεις αγωγούς μόνο, κοιτάξτε του στύλους γύρω σας και πάνω σας).

Στα δίκτυα χαμηλής τάσης, για λόγους καλής λειτουργίας (όπως, να υπάρχουν δύο επίπεδα τάσης, η τάση να μη επηρεάζεται πολύ από τις μεταβολές του φορτίου, τα παρασιτικά ρεύματα να κρατούνται σε λογικά επίπεδα κ.λπ.), χρησιμοποιείται και ο ουδέτερος αγωγός, ο οποίος, όταν όλα πάνε καλά, πράγματι, δεν φορτίζεται.

Ο αγωγός γείωσης, όμως, ή αγωγός προστασίας, είναι απολύτως απαραίτητος εκεί όπου οι τάσεις μπορούν να γίνουν επικίνδυνες για τη ζωή των ανθρώπων και των ζώων ή για την ασφάλεια των πραγμάτων. Η χρησιμότητά του έγκειται στο γεγονός της κατάλληλης τοποθέτησης και χρησιμοποίησής του, ώστε σε περίπτωση βλάβης της μόνωσης να ενεργοποιηθούν οι προστασίες του κυκλώματος και να μην συμβεί καμιά ηλεκτροπληξία.

 

Τώρα όσον αφορά το τετραφασικό κύκλωμα. Θεωρητικά μπορεί να υπάρξει. Αλλά με απλή αριθμητική προκύπτει ότι στην πραγματικότητα πρόκειται για δύο διφασικά κυκλώματα. Επομένως, περιττεύει.

[ckiriako]

Αν θυμαμαι σωστα 3φασικο ειναι το ελαχιστο που χρειαζομαστε ετσι ωστε να εχουμε περιστρεφομενο μαγν πεδιο, που μας χρειαζεται ετσι ωστε να γυρισει μια ηλ μηχανη. Με 2φασικο δεν εχουμε περιστρ μαγν πεδιο. Θα μου πεις δεν εχει μονοφασικα μοτερ? Εκει εχουμε πυκνωτη που δημιουργει τις καταλληλες συνθηκες ετσι ωστε να γυρισει ο ροτορας. Οι 3 φασεις ειναι το ελαχιστο για περιστρ μαγν πεδιο. Γινεται κ με 4, κ με 5, κ με οσες θες. Οτιδηποτε ομως πανω απο 3 φασεις γινεται αιτια αντιοικονομικοτητας κ περιπλοκοτητας. (Φαντασου στυλο με 7 αγωγους πχ) Αυτα.

[marionavas]

Καλησπέρα, γνωρίζετε αν υπαρχει καποιο προγραμμα που να βοηθα στον υπολογισμο των διατομων και γενικα για ηλεκτρολογικες μελετες, ευχαριστω!

[stayros]

Επίσης η πρώτη πολυφασική γεννήτρια ήταν τριφασική, δημιούργημα του Tesla. Ίσως λοιπόν χρησιμοποιούμε το τριφασικό επειδή όλες οι εγκαταστάσεις απο τότε ήταν τριφασικές κ επιπλέον σε αυτές υπήρχε τεχνογνωσία που μπορούσε να εξαχθεί απο τις ΗΠΑ...

[CostasV]

Στο ερώτημα γιατί χρησιμοποιούμε τριφασικό και όχι διφασικό ή τετραφασικό ή πενταφασικό κτλ, η απάντηση είναι ότι το τριφασικό είναι το ΜΟΝΟ που η πολική του τάση ανάμεσα σε δύο τυχαία επιλεγμένες φάσεις του είναι ΤΟΣΟ μικρή ώστε να χρειάζεται η ελάχιστη μόνωση και ΑΡΑ προκύπτει το οικονομικότερο κατά την μεταφορά ενέργειας.

[manolakis]

1) Γιατί το ουδέτερο είναι μικρότερης διατομής απ'ό,τι οι τρεις φάσεις μαζί ; Θέλω να πω , όταν το κύκλωμα είναι κλειστό , ο ίδιος αριθμός ηλεκτρονίων δεν περνάει στην μονάδα του χρόνου σε κάθε διατομή ; Οπότε η ίδια ένταση , άρα δεν θα έπρεπε η διατομή του ουδέτερου να είναι ίση με το άθροισμα των φάσεων ; Υπενθυμίζω πως η ερώτηση τιτλοφορείται "Μία χαζή ερώτηση από έναν χαζό άνθρωπο"

 

Το ερώτημα απαντήθηκε, απλά θα προσπαθήσω να δώσω και μια άλλη σκοπιά: Όταν το τριφασικό φορτίο είναι ισορροπημένο (δηλαδή όταν από την μεριά του καταναλωτή και οι τρεις φάσεις είναι φορτισμένες με ίσα και συμμετρικά φορτία), τότε στον ουδέτερο το ρεύμα είναι μηδέν. Όταν όμως το τριφασικό φορτίο δεν είναι ισορροπημένο (που πρακτικά συμβαίνει πάντα), τότε δημιουργείται ένα μικρό ρεύμα επιστροφής στον ουδέτερο. Το ρεύμα αυτό είναι πάντα μικρότερο από το ρεύμα που ρέει στην φάση, αφού η αν-ισορροπία του δικτύου δεν είναι ποτέ αρκετά μεγάλη ώστε οι δύο φάσεις π.χ. να μην χρησιμοποιούνται καθόλου. Υπάρχει και ένας σχετικός συντελεστής που προβλέπει την διατομή του ουδέτερου για φυσιολογικές συνθήκες λειτουργίας. Αυτό συμβαίνει πάντα όταν έχουμε τριφασικά φορτία.

 

Ωστόσο, σε εγκαταστάσεις καταναλωτών οικιακής χρήσης, έχω την εντύπωση ότι οι τριφασικοί πίνακες π.χ. θα πρέπει να έχουν ουδέτερο ίσης διατομής με τις φάσεις. Αυτό συμβαίνει επειδή είναι δυνατόν να χρησιμοποιείται μόνο η μια φάση, αφού οι περισσότερες οικιακές συσκευές είναι μονοφασικές. Βέβαια, το καλώδιο του τριφασικού πίνακα αντέχει όλο το πιθανό φορτίο του σπιτιού, οπότε και πάλι ίσως ο ουδέτερος να μην απαιτείται να είναι ίσης διατομής με τις φάσεις. Όποιος έχει δει κάτι στην πράξη ας μας το πει.

[blozzar]

Mήπως γίνεται να εξηγηθεί πως το ουδέτερο κλείνει το κύκλωμα;

[GeorgeS]

Παιδιά να το πώ και εγώ λίγο πιο απλά για τους συναδέλφους που ρωτάνε.

 

Πάμε λοιπόν. Ας πάρουμε για παράδειγμα ένα σπίτι. Η ΔΕΗ, μας φέρνει στο ρολόι 4 καλώδια. Τις 3 φάσεις και τον ουδέτερο. Προσέχτε τώρα. Η ΔΕΗ, σε όλο το μήκος του δικτύου της στη Χαμηλή Τάση (εφεξής Χ.Τ.) γειώνει τον ουδέτερό της, δηλαδή, οδηγεί το καλώδιο αυτό στη γη. Αυτό το κάνει ανά 100, 200 μέτρα. Έτσι λοιπόν δημιουργείται το εξής φαινόμενο, η διαφορά δυναμικού μεταξύ φάσης (μιας οποιασδήποτε φάσης) και γης είναι 230V (αφού η γη έχει μηδενικό δυναμικό). Μπορούμε να πούμε ότι αν έχουμε μια λάμπα στο σπίτι μας που θέλει φάση και ουδέτερο, τότε αν συνδέσουμε στον ένα πόλο της λαμπας τη φάση και στον άλλο τραβήξουμε ένα καλώδιο στη γη, η λάμπα μας θα ανάψει.

 

Φανταστείτε λοιπόν της εξείς αντιστοιχεία με μια μπαταρία. Ξέρουμε πως από τη μια έχουμε το + και απο την άλλη το - (που ορίζει την κίνηση των ηλεκτρονίων δηλαδή του ροή του ηλεκτρικού ρεύματος). Το ίδιο και με τη ΔΕΗ, από τη μια έχουμε τις φάσεις και απο την άλλη τη γη. Όταν λέμε λοιπόν πως κλείνουμε κύκλωμα, στη πραγματικότητα κλείνουμε κύκλωμα με τη γη που έχει μηδενικό δυναμικό. Αυτό κάνει ο ουδέτερος. Κλείνει κύκλωμα με τη γη που είναι ο άλλος "πόλος" της πηγής ρεύματος.

 

Ερώτημα : Καλά αν είναι έτσι τη ρόλο παίζει η γείωση ? Στη πραγματικότητα η γείωση και ο ουδέτερος συνδέονται στο ρολόι της ΔΕΗ (περίπτωση ουδετερογείωσης, γιατί υπάρχουν κι άλλα συστήματα). Δηλαδή η γείωση ενός σπιτιού πηγαίνει στο ρολόι της ΔΕΗ και ενώνεται με τον ουδέτερο που όμως είπαμε είναι πάλι γειωμένος στο δίκτυο Χ.Τ. της ΔΕΗ. Ο λόγος που χρησιμοποιούμε τη γείωση είναι για προστασία. Δηλαδή αν μια ηλεκτρική συσκευή παρουσιάσει διαρροή, δηλ. για παράδειγμα κάποιο σφάλμα στη μόνωση ενός πληντυρίου τότε τι θα γίνει ? Ο άνθρωπος αν ακουμπήσει το μεταλλικό περίβλημα του πληντυρίου (που έχει διαρροή, δηλαδή είναι σε επαφή με κάποια φάση) τότε θα κλείσει κύκλωμα με τη γη (αφού πατάει στη γη, στο πάτωμα). Χρησιμοποιώντας τη γείωση η οποία συνδέεται στα μεταλλικά μέρη των συσκευών, τότε το ρεύμα σφάλματος οδεύει μέσω του αγωγού της γείωσης στη γη (με μηδενικό δυναμικό) και όχι μέσω του ανθρώπου.

 

Στο τριφασικό σύστημα ισχύουν τα ίδια. Η διαφορά εδώ είναι ότι έχουμε και για τις 3 φάσεις κοινό ουδέτερο. Αν έχουμε 3 λαμπες 100W, 100W και 60W που η κάθε μια τροφοδοτείται από διαφορετική φάση, τότε τι γίνεται ? κάθε λάμπα θα τραβήξει ένα ρεύμα Χ, όμως η τελευταία λάμπα θα τραβήξει διαφορετικό ρεύμα Υ (μικρότερη ισχύς), άρα το διανυσματικό άθροισμα το ρευμάτων δεν θα είναι μηδεν στο ουδέτερο που είναι κοινός και για τις 3 λάμπες. Αν οι λάμπες ήταν και οι 3 απο 100W, τότε το διανυσματικό άθροισμα θα ήταν 0. Ο ουδέτερος είναι αυτός που ενώνει τις λάμπες μας με τη γη, κλείνει το κύκλωμα δηλαδή με τον "άλλο πόλο" ώστε να έχουμε την απαραίτητη διαφορά δυναμικού των 230V.

 

 

Τα πράγματα αλλάζουν όταν έχουμε αμιγώς 3Φ φορτία όπως π.χ. κινητήρες. Εκεί, δεν πάει ουδέτερος, παρά μόνο γείωση. Καθώτι οι 3Φ κινητήρες δημιουργούν το στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο αξιοποιώντας τις πολικές τάσεις (διαφορά δυναμικού μεταξύ φάσης-φάσης) των 400V και τις διαφορετικές γωνίες στη φορά του ρεύματος.

 

Μπορεί να φάινονται απλά, αλλά είναι φοβερά ουσιώδες και απαραίτητο να κατανοήσει κανείς τι γίνεται με τον ουδέτερο και τις φάσεις και πως είναι η δομή του δικτύου διανομής και η φιλοσοφία του.