Многофазные сети

[rascas]

Mihaylo в сообщении #1597691 писал(а):

- выпрямители работают хуже

Согласен.

Mihaylo в сообщении #1597691 писал(а):

- асинхронные двигатели работают хуже

Создаётся точно такое же вращающееся магнитное поле. Асинхронные двигатели работают одинаково что двухфазной, что в трёхфазной системе. Поясните почему хуже?

Mihaylo в сообщении #1597691 писал(а):

- риск выгореть нулевому проводу выше

Да. Для трёхпроводной схемы клемму общего провода надо рассчитывать на больший ток.

Mihaylo в сообщении #1597691 писал(а):

- сложнее выравнивание нагрузки между фазами

Не понятно. Всего же две фазы, а не три. В случае трёхпроводной схемы наличие общего провода обязательно. Почему сложнее?

Mihaylo в сообщении #1597691 писал(а):

Чем больше фаз, тем лучше потребителям.

Сомнительное утверждение. Например, для двух фаз два защитных автомата, а для трёх фаз три.
Или в случае обрыва нулевого провода в трёхфазной сети потребитель в розетке может получить 380 вольт вместо 220. А в двухфазной максимум 310 вольт.
В чём лучше для потребителя? Поясните.

Mihaylo в сообщении #1597691 писал(а):

законодательно прописываем трехфазную сеть

И общем строем в светлое ... будущее! Правда? Вроде проходили уже.

[Евгений Машеров]

rascas в сообщении #1597730 писал(а):

Создаётся точно такое же вращающееся магнитное поле. Асинхронные двигатели работают одинаково что двухфазной, что в трёхфазной системе. Поясните почему хуже?

Надо 4 обмотки вместо 3. Ну, или две при сильное неравномерности поля.

rascas в сообщении #1597730 писал(а):

Да. Для трёхпроводной схемы клемму общего провода надо рассчитывать на больший ток.

В норме при симметричной нагрузке ток в нейтрали в трёхфазной отсутствует. Поэтому линии высокого напряжения, где нагрузка трансформатор и симметрична по конструкции, нейтрального провода не имеют вообще. Он нужен для компенсации асимметричности нагрузки.

rascas в сообщении #1597730 писал(а):

Не понятно. Всего же две фазы, а не три. В случае трёхпроводной схемы наличие общего провода обязательно. Почему сложнее?

При классической двухфазной вообще выравнивания нагрузки не происходит.

rascas в сообщении #1597730 писал(а):

Сомнительное утверждение. Например, для двух фаз два защитных автомата, а для трёх фаз три.
Или в случае обрыва нулевого провода в трёхфазной сети потребитель в розетке может получить 380 вольт вместо 220. А в двухфазной максимум 310 вольт.
В чём лучше для потребителя? Поясните.

Для двух фаз автоматов надо ставить 4, на каждый провод. Ну, или три с объёдинённым.

rascas в сообщении #1597730 писал(а):

И общем строем в светлое ... будущее! Правда? Вроде проходили уже.

Демагогия штука сильная, но вот в США двухфазная сеть как-то сама собой вымерла. Без "руководящей и направляющей". Чисто экономически. Осталось в двух регионах по причине нежелания заменять существующую сеть - в некоторых районах в центре Филадельфии и в Хартфорде, шт. Коннектикут.
https://hackaday.com/2018/03/15/a-tale- ... h-inertia/
Причём там, где двухфазная сеть - востребованы трансформаторы Скотта для получения трёх фаз.
https://www.phillyfacility.com/two_phase.htm

[rascas]

Евгений Машеров в сообщении #1597738 писал(а):

Ну, или три с объёдинённым.

Вы понимаете, что получится если поставить тройной автомат на двухфазную трёхпроводную сеть?
Похоже, что не понимаете.

А произойдёт вот что:
1) По каким-то причинам происходит отключение автомата.
2) Одновременно все три автомата отключится не могут. Это механические размыкатели.
3) Предположим, что первым отключился автомат, стоящий на общем проводе.
4) В розетках оказывается 310 вольт вместо 220.
5) Идете в магазин за новой техникой, подключенной в этот момент к розеткам.

И эта вся радость только при попытке отключить автомат.

Евгений Машеров в сообщении #1597738 писал(а):

Демагогия штука сильная

Вы считаете, что правильно всё ограничить запретами? Но ведь это с нами уже было. Вы не помните?

[Евгений Машеров]

rascas в сообщении #1597744 писал(а):

Вы понимаете, что получится если поставить тройной автомат на двухфазную трёхпроводную сеть?

На фига, спрашивает поэт Андрей Вознесенский?

[rascas]

Что на фига? На двухфазную трёхпроводную сеть надо ставить двойной автомат. А на трёхфазную тройной.

[Евгений Машеров]

Поскольку напряжение в двухфазной сети имеется на обоих проводах, надо ставить по два на каждую фазу.

-- 16 июн 2023, 12:38 --

sergey zhukov в сообщении #1590935 писал(а):

имея двухфазную сеть, можно преобразовать ее в трех- или любую полифазную без реактивных элементов

Мне казалось, что трансформатор Скотта - реактивный элемент. Или есть ещё какая-то схема?

[rascas]

Евгений Машеров в сообщении #1597751 писал(а):

Мне казалось, что трансформатор Скотта - реактивный элемент.

Реактивная мощность мощных трансформаторов низка по сравнению с трансформируемой активной мощностью. В первом приближении реактивностью мощных трансформаторов можно пренебречь.

[EUgeneUS]

К вопросу о металлоёмкости.

Обозначения:
$U_F$ - фазное напряжение, напряжение между фазой и нулём
$\sigma$ - потребное сечение провода на один ампер тока.
$S$ - суммарное потребное сечение проводов для передачи заданной мощности.
$s$ - суммарное потребное сечение проводов для передачи одного ватта мощности.

1. Однофазная сеть.
Мощность на активной нагрузке: $P=U_F I$
Проводов два.
$S = 2 I \sigma$

$s = 2 \frac{\sigma}{U_F}$

2. Двухфазная сеть со сдвигом фаз $\pi /4$

Проводов три. По двум течет ток $I$, по нулевому - $\sqrt{2} I$
Мощность на активной нагрузке $P = 2 U_F I$
$S = (2 + \sqrt{2}) I \sigma$

$s = \frac{2 + \sqrt{2}}{2} \frac{\sigma}{U_F} \approx 1.7 \frac{\sigma}{U_F}$

3. Трехфазная сеть без нулевого провода.
Мощность на активной нагрузке $P = 3 U_F I$
Проводов три, токи в них одинаковые.

$S = 3 I \sigma$

$s = \frac{\sigma}{U_F}$

В 1.7 раза меньше, чем для двухфазной сети!

3.1. Трехфазная сеть с нулевым проводом.
Пусть нулевой провод будет иметь такое же сечение, как и фазный - это с большим запасом.
Тогда
$s = \frac{4}{3} \frac{\sigma}{U_F} \approx 1.33 \frac{\sigma}{U_F} $

Всё равно сильно меньше, чем для двухфазной сети.

-- 16.06.2023, 13:46 --

Получить оптимальное значение $s = \frac{\sigma}{U_F}$ для двухфазной сети можно двумя способами:

1. Сдвиг фаз $\pi$. Тогда по нулевому проводу ток не течет.
Но по факту это однофазная сеть с удвоенным напряжением.

2. Сдвиг фаз $\pi / 6$ и подключение нагрузки в виде треугольника или звезды.
Тогда ток в нулевом проводе будет равен току в фазных проводах.
Но по факту это трехфазная сеть

[rascas]

EUgeneUS в сообщении #1597778 писал(а):

К вопросу о металлоёмкости.

Для уменьшения металлоёмкости выгоднее было бы поднимать неограниченно напряжение тем самым опуская ток для передачи одинаковой мощности.
Если рассматривать кабельные сети, то похоже есть какие-то ограничения на величину напряжений. Ведь можно было бы увеличить величину изолятора и уменьшить металлоёмкость.
Предполагаю есть какой-то лимит на напряжения в кабелях. А если это так, то на мой взгляд учёт одной металлоёмкости недостаточен. Необходимо учитывать и ограничения на напряжения в кабелях.
А по параметру напряжений трёхфазная сеть проигрывает двухфазной.

[Евгений Машеров]

В общем, резюмирую свою точку зрения.
1. Двуфазные сети появились, как естественное обобщение однофазных.
2. Преимуществ по сравнению с трёхфазными они не имели, но и трёхфазные, пока на каждую фазу прокладывалась пара проводов, ничем не были лучше.
3. С идеей совместить провода, вместо шести используя четыре, а в ряде случаев всего три, трёхфазные сети стали лучше и по текущим, и по капитальным затратам.
4. Там, где они уже были проложены, они постепенно заменялись трёхфазными, и сохранились в отдельных заповедниках (в США - порядка 0.1% населения).
5. Также "нишевое применение" - где есть два равномощных потребителя однофазной энергии, а третьего нет. Но это не полноценная двухфазная сеть, а две отдельных фазы, на один и другой ж/д путь. При этом сохраняется такая система скорее из нежелания вкладываться в смену, новые так не строят.

[Dmitriy40]

EUgeneUS в сообщении #1597778 писал(а):

1. Сдвиг фаз $\pi$. Тогда по нулевому проводу ток не течет.
Но по факту это однофазная сеть с удвоенным напряжением.

И самое главное - тут не получить вращающегося магнитного поля!

rascas
Высокое напряжение очень часто неудобно. Например придётся мотать обмотки двигателей более тонким проводом и больше витков - а это приведёт к увеличению габаритов (из-за зазоров и изоляции). Или ещё сильнее удлинять нити накаливания ламп (не забываем когда выбирались все стандарты электросетей), они и так непросты. Придётся увеличивать все зазоры в коммутирующих элементах и скорости их срабатывания (выключатели, пускатели, различные автоматы), повышается риск дуги. Ухудшается электробезопасность для людей. И так далее. Вовсе не зря напряжения выше 1кВ относятся к повышенному классу опасности и требуют отдельного допуска для работ.
А в ЛЭП именно этот подход и применяют, повышение напряжения для снижения тока и соответственно потерь.

Потери же на изоляцию при напряжениях до нескольких кВ несущественны: любые пластики легко держат несколько кВ при одной и той же толщине, определяемой скорее механическими свойствами, чем требованием электрической прочности. Да что пластики, вон даже лаковое покрытие бывает до 30кВ, и даже не слишком дороже обычного. Так что нет, изоляция от незначительного (не в десятки раз) повышения рабочего напряжения не дорожает. Во всяком случае относительно современная, не вековой давности конечно.

[EUgeneUS]

rascas в сообщении #1597780 писал(а):

Для уменьшения металлоёмкости выгоднее было бы поднимать неограниченно напряжение тем самым опуская ток для передачи одинаковой мощности.

Нельзя поднимать напряжение неограниченно.
К аргументам уважаемого Dmitriy40 добавлю следующее.
Мы не можем токонесущие проводники изолировать полностью. Всегда будет некая оголенная часть. А значит нужно ориентроваться на
а) пробой воздуха (30 кВ на сантиметр для сухого воздуха)
б) на характерные размеры электрооборудования и клемм. А это сантиметры, иногда миллиметры.

Именно поэтому бытовая и промышленная сети имеют напряжение 100 - 400 Вольт. Что дает хороший, достаточный запас для воздушной изоляции силовых частей оборудования.
Всё, что выше - это генерация и линии передач. Там свои требования и подходы.

Кстати, выше для оценок я брал фазное напряжение, возможно более правильно изпользовать межфазное. Это несколько снизит выигрыш у трехфазной сети по сравнению с двухфазной. Но выигрыш останется заметным.

И вообще. Любая инженерная система строится от требований. А не наоборот - что-нибудь придумаем, а потом будем гадать, куда и как это прикрутить.

Исходя из требований могут использовать и многофазные системы (с количеством фаз более 3-х), и системы постоянного тока. А вот для двухфазных систем никакой ниши не находится.

Соглашусь с уважаемым Евгений Машеров, существование двухфазных систем - атавизм.

[Dmitriy40]

EUgeneUS в сообщении #1597794 писал(а):

а) пробой воздуха (30 кВ на саньтиметр для сухого воздуха)
б) на характерные размеры электрооборудования и клемм. А это сантиметры.

30кВ/см это слишком оптимистично для реальных применений, сухого воздуха не бывает, насколько помню для контролируемых условий обычно берут 1кВ/мм (пруф не приведу, но посмотрите на изоляцию например оптронов, там 4-5кВ с расстоянием между выводами порядка 6мм).

Сантиметры характерны только для зазоров между проводниками, а вот зазоры в коммутирующих элементах не превышают миллиметров, а к ним тоже может прикладываться полное напряжение. Так что сантиметры характерны скорее для разъёмных соединений (где обычно не только чистый сухой воздух, а и всяческая грязь). А то из Ваших слов может сложиться представление что можно спокойно повышать напряжение до десятка кВ ... Это не так.

[rascas]

Dmitriy40 в сообщении #1597787 писал(а):

Или ещё сильнее удлинять нити накаливания ламп

Речь идёт не об изменении напряжения для населения. На мой взгляд 220 вольт это высокое и опасное напряжение.

Dmitriy40 в сообщении #1597787 писал(а):

Так что нет, изоляция от незначительного (не в десятки раз) повышения рабочего напряжения не дорожает.

В данном случае речь идёт о высоковольтных кабелях и о десятках процентов токов и напряжений. Мы учитываем повышение металлоёмкости кабелей на эти проценты, но не учитываем увеличение изоляции на примерно эти проценты. Допустимо ли пренебречь стоимостью увеличения изоляции для высоковольтных кабелей вот в чём был вопрос.

[Евгений Машеров]

Вообще выбор оптимальных параметров это оптимизационная задача. И проста она в самых простых случаях. Скажем, ставим задачу оптимального сечения S провода, если ток в линии для заданной мощности I, суммарная длина подводящих проводов l, стоимость метра провода единичного сечения C, стоимость джоуля энергии (хотя в реале будут скорее в кВт-ч=3600000 Дж считать) Q, процентная ставка p.
$\min!_S ClS+pQI^2 l/S$, дифференцируем, $S_{opt}=\sqrt{\frac {pQI^2} C}$
Начинаем прилагать - а сечение-то у нас нестандартное, не ложится в шкалу предпочтительных размеров. Выбирать стандартный близкий или требовать оптимального? Исходные данные, опять же, известны крайне приблизительно. Ну, то есть цены и процентные ставки нам доложили (и то - закупочные или продажные, по вкладам или кредитам?), но на сегодня. А завтра что будет? Или через год? А десять? А сто?
Много параметров дискретны, со всеми чудесами дискретной оптимизации. А некоторые вещи труднопереводимы в общую шкалу (как правило, денежную), та же безопасность.
Повышаем напряжение - больше тратим на изоляцию. Зависимость нелинейная, но высчитываемая. Но если изоляция в порядке - а если дефект, при одном напряжении больно стукнет, при другом убьёт.