¿Qué pasaría si un cable neutro y un cable caliente tuvieran longitudes muy diferentes?

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Imagina que tenías una carga de 120 voltios, donde el conductor caliente (conductor sin conexión a tierra) solo tenía 5 pies de longitud desde la fuente hasta la carga, pero el neutro era, por ejemplo, 1000 pies. Excluyendo cosas como la caída de voltaje (usamos un cable lo suficientemente grueso, o lo que sea), ¿qué pasaría cuando enciendas esa bombilla? ¿Se detendría durante una fracción de segundo mientras la electricidad pasaba por todo el circuito y viajaba en el neutro?

¿Importa si se trata de una carga de 240v (es decir, un motor)? ¿Se dañaría el motor, se detendría antes de encenderse, o tal vez el motor se encendería a pesar de que una fase (por ejemplo, 'Conductor sin conexión a tierra # 1') está 0,1 segundos atrás porque el cable era mucho más largo que el otro?

    
pregunta Tony DiNitto

1 respuesta

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En un sistema de 2 cables, lo único que puede hacer es hacer que el cable total sea tan largo que actúe de forma inductiva o resistiva contra su sistema. En el caso de la resistencia, no hay absolutamente ninguna diferencia en la ubicación del cable y en el caso de la inductiva, la longitud total o la discrepancia en el mismo es de mucho menor interés que la ruta que toman esos cables. Para que haya una diferencia de una milla de largo, es probable que estés enrollando una, lo cual es mucho más interesante a ese respecto.

Para los sistemas trifásicos que utilizan directamente la sincronización de fase, como los motores trifásicos de armadura fija, puede interrumpirlo todo si puede retrasar una de las fases lo suficiente.

Una vez más, sin embargo, la velocidad de la luz es 3 * 10 ^ 8 m / sy la velocidad de electrones electricidad [crédito: Andrew] en colgando libre siendo el cobre aproximadamente el 95% de eso, necesitaría una gran cantidad de longitud para obtener suficiente desplazamiento, digamos 10% -ish (estimación aproximada: demasiado perezoso para pensar mucho en ese número) de la onda de 60Hz (o en mi caso, 50Hz), para empezar a notarlo. El 10% de una ola de 60Hz tomaría aproximadamente 1.68μs 1.68ms [crédito: Jon].

En 1.68μs 1.68ms la onda en cobre habría viajado (velocidad aproximada de la electricidad en cobre) * (tiempo) = (3 * 10 ^ 8 * 0.95) m / s * 1.68ms = 478m 478km.

Parece factible, ¿no? ya bastante ridículo ...

Bueno, para continuar ... Supongamos que mi 10% fue una estimación correcta y no el 30%. Supongamos también que los otros cables están todos conectados directamente a la fuente y, por lo tanto, no tienen pérdidas (buena suerte con eso), y aún así:

Un sistema de 3 fases generalmente necesita al menos 10A por fase (¡y eso es muy pequeño!), si desea limitar las pérdidas resistivas totales al 5%, necesitará una resistencia más pequeña que, si asumimos un RMS Tensión de 240V para su situación de 120VAC 60Hz, de menos de 12V / 10A = 1.2Ohm. ¡Y perder 12V de su RMS es bastante para los ingenieros de potencia! Para obtener 1.2Ohm a 478 km de cable, no lanzaré otra fórmula, como cuando busco la resistividad exacta del cobre Encontré esto , que me muestra para 47897000cm (= el valor que obtuve un poco más exactamente, que redondeé a 478 km) necesitaría un diámetro de cable de 92.335mm. Esa es un área de (0.92335 / 2) ^ 2 * pi = 0.67 dm2. Estoy usando dm, o 1/10 de un metro, por una razón. 47897000cm = 4789700dm. Entonces, el volumen de cobre que necesita es de 0.67 dm2 * 4789700dm ~ = 3207235 dm3.
1dm3 es lo mismo que 1 litro. Entonces eso es 3207235 litros de cobre. El cobre pesa alrededor de 8.93 kg por litro, por lo que es alrededor de 28640616 kg de cobre. ¡En la actualidad, alrededor de € 5,30 por kg, eso equivale a € 152 millones! Con solo unos 10 € puedes comprar un inductor para arruinar las cosas igual de mal.

Lo que me lleva al siguiente problema. 478m de cable de cobre, diámetro 2.9201 mm, dispuestos en un bucle perfecto, sin enrollarlo, de un buen sitio con una calculadora que no verifiqué ya que todavía soy flojo, está cerca de 1mH. Por lo tanto, de la manera más eficiente en que podría colocar ese cable, ya obtiene 1 mH, suponiendo que la calculadora es la correcta. Colocado en un tipo normal de piso que está más o menos conectado a tierra, sospecho que es más alto. Esto puede, dependiendo del motor, ser un inductor suficiente para poner las cosas fuera de control. Pero si luego desea poner ese cable en una orientación para que no necesite una GRAN cantidad de espacio para hacer un círculo perfecto, la inductancia aumentará significativamente.

La calculadora deja de funcionar a unos 5 km, pero con los números que ingresé, diría que es seguro decir que estamos en el rango real de Henris, no mili o micro.

Al momento de escribir 1 € es aproximadamente $ 1.08

Nota: Cometí un error en mis pasos de simplificación para obtener el 5% de RMS 240V en una fase trifásica de 1.2 Ohm, pero como todo es azul cielo, no voy a volver a hacerlo.

Otra nota: solo calculé el estilo de "fondo de sobre", porque mi cerebro no lo dejaría pasar, que si quisieras que el cable se enrollara de tal manera que solo pudiera levantarse en mi vida habitación necesitaría 77 devanados, haciendo un inductor de 74mH, suponiendo que no interfieran los metales. (Y es una sala de estar en gran parte concreta). necesitaría muchas de mis salas de estar por la inmensa longitud que tomaría la bobina, haciendo de eso un ejercicio inútil.

    
respondido por el Asmyldof

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