Трехфазное электричество – Трёхфазная система электроснабжения — это… Что такое Трёхфазная система электроснабжения?

Содержание

Однофазная и трехфазная электрическая сеть | Электрика,Сантехника

class=»eliadunit»>

 

Вступление

Здравствуй Уважаемый читатель сайта Elesant.ru. Электрический ток «доставляется» до потребителя по высоковольтным линиям электропередач. Электрический ток линий электропередач имеет высокое напряжение и напрямую не может использоваться потребителями. Для повседневного использования электрического тока доставленного ЛЭП его напряжение нужно понизить.

Для этого возле потребителей устанавливаются специальные трансформаторные подстанции. Трансформаторные подстанции понижают высоковольтное напряжение до номинальных значений пригодных для использования. Остановимся немного на подстанциях.

Трансформаторная подстанция

Трансформаторные подстанции это электроустановка, предназначенная для приема, преобразования и распределения электроэнергии от линий электропередач.

Состоят подстанции из понижающего трансформатора, распределительного устройства (РУ) и устройств управления.

По способу строительства и расположения подстанции подразделяются на пристроенные, встроенные, внутрецеховые. Для загорода наиболее распространены мачтовые и столбовые подстанции.

Основным элементом подстанции является понижающий трансформатор. Понижающие трансформаторы могут быть трехфазные и однофазные. Однофазные трансформаторы используются в комплексе с трехфазными трансформаторами и в основном в сельской местности.

Понижается напряжение в трансформаторах до номинального рабочего напряжения 380 или 220 вольт. Называются эти напряжения линейным и фазным соответственно. А питание потребителей называется соответственно трехфазным и однофазным. Рассмотрим виды питания потребителей подробнее.

Однофазное электрическое питание

Однофазное электропитание запитывает потребителя от одной фазной линии и линии нулевого рабочего провода. Линии для однофазного питания называют однофазными электрическими сетями. Номинальное рабочее напряжение однофазных электрических сетей составляет 220 вольт.

Сами однофазные сети тоже можно разделить в зависимости от рабочих проводников.

Однофазная двухпроводная сеть

В однофазных двухпроводных сетях для электропитания используются два провода: фазного(L) и нулевого (N). Такая электрическая сеть не предусматривает заземление электроприборов. Двухпроводная электрическая сеть была да и остается самой распространенной в старом жилом фонде.

Если у вас дома проводка выполнена проводами с алюминиевыми жилами, скорее всего у вас двухпроводная электрическая сеть.

Пример схемы: однофазная двухпроводная сеть в квартире

class=»eliadunit»>

Однофазная трехпроводная сеть

В однофазных трехпроводных сетях используются три провода: фазного(L), нулевого (N) и защитного, заземляющего. Третий заземляющий провод предназначен для дополнительной защиты человека от поражений электрическим током. Соединение заземляющего провода с корпусами электроприборов (заземление), позволяет отключать электропитание при замыкании фазного провода на корпус прибора (короткого фазного замыкания). Обозначается PE.

Заземление защищает не только человека от поражений электротоком, но и спасает сами электроприборы от перегораний.

Пример схемы:однофазная трехпроводная сеть в квартире

Трехфазное электрическое питание

При трехфазном питании в электрощит квартиры или ВРУ дома заводится три питающие фазы(L1;L2;L3) и нулевой рабочий проводник(N). Номинальное рабочее напряжение между любыми фазными проводами составляет 380 вольт. Напряжение между любым фазным проводом и рабочим нулем составляет 220 вольт. От электрощита проводка, распределяется по квартире или дому, согласно схеме электропроводки, обеспечивая 220 вольтовое или з80 вольтовое питание для электроприборов.

При расчете трехфазной электросети важно правильно распределить нагрузку между тремя фазами. Неравномерное распределение нагрузки между фазами приведут к перекосу фаз, сильный перекос фаз приведет к аварийной ситуации вплоть до обгорания одной из фаз.

Распределить трехфазное питание по квартире или дому можно электрокабелями с четырьмя или пятью проводами

Трехфазная четырехпроводная электрическая сеть

При четырехпроводной электропроводки электропитание происходит от трех фазных проводов и рабочего нуля. От электрощитка или распределительной коробки проводка распределяется по розеткам и светильникам двумя проводами: каждым фазным и нулевым(L1-N; L2-N; L3-N).Напряжением 220 вольт. На схемах фазы могут обозначаться А, В, С.

Пример схемы: трехфазная четырехпроводная сеть в квартире

Трехфазная пятипроводная электрическая сеть

В трехфазной пятипроводной электрической сети «появляется» пятый заземляющий провод, выполняющий защитные функции. Обозначается (PE)

Важно! Во всех трехфазных сетях важно равномерное распределение нагрузки (потребляемой мощности) между фазами. Опредилять нагрузку сети при трехфазном питании нельзя по основному закону электротехники, зокону Ома. Для расчетов нужно учитывать коэффициент мощности(cosф) и коэффициент спроса (Кспроса). Обычно для квартир cosф=0,90-0,93;Кспроса=0,8. Значение 0,8 принимается, если потребителей более 5.

Пример схемы:трехфазная пятипроводная сеть в квартире

Нормативные ссылки

Правила Устройства Электроустановок(ПУЭ),издание 7.

Другие статьи раздела: Электрические сети

 

 

class=»eliadunit»>

elesant.ru

Трехфазная сеть: расчет мощности, схема подключения

Не всякому обывателю понятно, что такое электрические цепи. В квартирах они на 99 % однофазные, где ток поступает к потребителю по одному проводу, а возвращается по другому (нулевому). Трехфазная сеть представляет собой систему передачи электрического тока, который течет по трем проводам с возвратом по одному. Здесь обратный провод не перегружен благодаря сдвигу тока по фазе. Электроэнергия вырабатывается генератором, приводимым во вращение внешним приводом.

Увеличение нагрузки в цепи приводит к росту силы тока, проходящего по обмоткам генератора. В результате магнитное поле в большей степени сопротивляется вращению вала привода. Количество оборотов начинает снижаться, и регулятор скорости вращения подает команду на увеличение мощности привода, например путем подачи большего количества топлива к двигателю внутреннего сгорания. Число оборотов восстанавливается, и генерируется больше электроэнергии.

Трехфазная система представляет собой 3 цепи с ЭДС одинаковой частоты и сдвигом по фазе 120°.

Особенности подключения питания к частному дому

Многие считают, что трехфазная сеть в доме повышает потребляемую мощность. На самом деле лимит устанавливается электроснабжающей организацией и определяется факторами:

  • возможностями поставщика;
  • количеством потребителей;
  • состоянием линии и оборудования.

Для предупреждения скачков напряжения и перекоса фаз их следует нагружать равномерно. Расчет трехфазной системы получается примерным, поскольку невозможно точно определить, какие приборы в данный момент будут подключены. Наличие импульсных приборов в настоящее время приводит к повышенному энергопотреблению при их пуске.

Распределительный электрощит при трехфазном подключении берется больших размеров, чем при однофазном питании. Возможны варианты с установкой небольшого вводного щитка, а остальных — из пластика на каждую фазу и на надворные постройки.

Подключение к магистрали реализуется по подземному способу и по воздушной линии. Предпочтение отдают последней благодаря небольшому объему работ, низкой стоимости подключения и удобству ремонта.

Сейчас воздушное подключение удобно делать с помощью самонесущего изолированного провода (СИП). Минимальное сечение алюминиевой жилы составляет 16 мм2, чего с большим запасом хватит для частного дома.

СИП крепится на опорах и стене дома с помощью анкерных кронштейнов с зажимами. Соединение с главной воздушной линией и кабелем ввода в электрощит дома производится ответвительными прокалывающими зажимами. Кабель берется с негорючей изоляцией (ВВГнг) и проводится через металлическую трубу, вставленную в стену.

Воздушное подключение трехфазного питания дома

При расстоянии от ближайшей опоры более 15 м необходима установка еще одного столба. Это необходимо для снижения нагрузок, приводящих к провисанию или обрыву проводов.

Высота места присоединения составляет 2,75 м и выше.

Электрораспределительный шкаф

Подключение к трехфазной сети производится по проекту, где внутри дома производится разделение потребителей на группы:

  • освещение;
  • розетки;
  • отдельные мощные приборы.

Одни нагрузки можно отключать для ремонта при работающих других.

Мощность потребителей рассчитывается для каждой группы, где выбирается провод необходимого сечения: 1,5 мм2 — к освещению, 2,5 мм2 — к розеткам и до 4 мм2 — к мощным приборам.

Проводка защищается от короткого замыкания и перегрузки автоматическими выключателями.

Электрический счетчик

При любой схеме подключения необходим прибор учета расхода электроэнергии. 3-фазный счетчик может подключаться непосредственно к сети (прямое включение) или через трансформатор напряжения (полукосвенное), где показания прибора умножаются на коэффициент.

Важно соблюдать порядок подключения, где нечетные номера – это питание, а четные – нагрузка. Цвет проводов указывается в описании, а схема размещается на задней крышке прибора. Вход и соответствующий выход 3-фазного счетчика обозначаются одним цветом. Наиболее распространен порядок присоединения, когда сначала идут фазы, а последний провод – ноль.

3-фазный счетчик прямого включения для дома обычно рассчитан на мощность до 60 кВт.

Перед выбором многотарифной модели следует согласовать вопрос с энергоснабжающей компанией. Современные устройства с тарификаторами дают возможность подсчитывать плату за электроэнергию в зависимости от времени суток, регистрировать и записывать значения мощности во времени.

Температурные показатели приборов выбираются как можно шире. В среднем они составляют от -20 до +50 °С. Срок эксплуатации приборов достигает 40 лет с межповерочным интервалом 5-10 лет.

Счетчик подключается после вводного трех- или четырехполюсного автоматического выключателя.

Трехфазная нагрузка

К потребителям относятся электрокотлы, асинхронные электродвигатели и другие электроприборы. Преимуществом их использования является равномерное распределение нагрузки на каждой фазе. Если трехфазная сеть содержит неравномерно подключенные однофазные мощные нагрузки, это может привести к перекосу фаз. При этом электронные устройства начинают работать со сбоями, а лампы освещения тускло светятся.

Схема подключения трехфазного двигателя к трехфазной сети

Работа трехфазных электродвигателей отличается высокой производительностью и эффективностью. Здесь не требуется наличие дополнительных пусковых устройств. Для нормальной эксплуатации важно правильно подключить устройство и выполнять все рекомендации.

Схема подключения трехфазного двигателя к трехфазной сети создает вращающее магнитное поле тремя обмотками, соединенными звездой или треугольником.

У каждого способа есть свои достоинства и недостатки. Схема звезды позволяет плавно запускать двигатель, но его мощность снижается до 30 %. Эта потеря отсутствует в схеме треугольника, но при пуске токовая нагрузка значительно больше.

У двигателей есть коробка подключения, где находятся выводы обмоток. Если их три, то схема соединяется только звездой. При наличии шести выводов двигатель можно подключить любым способом.

Потребляемая мощность

Для хозяина дома важно знать, сколько потребляется энергии. Это легко подсчитать по всем электроприборам. Сложив все мощности и поделив результат на 1000, получим суммарное потребление, например 10 кВт. Для бытовых электроприборов достаточно одной фазы. Однако потребление тока значительно возрастает в частном доме, где есть мощная техника. На один прибор может приходиться 4-5 кВт.

Важно спланировать потребляемую мощность трехфазной сети на этапе ее проектирования, чтобы обеспечить симметрию по напряжениям и токам.

В дом заходит четырехжильный провод на три фазы и нейтраль. Напряжение электрической сети составляет 380/220 В. Между фазами и нулевым проводом подключаются электроприборы на 220 В. Кроме того, может быть еще трехфазная нагрузка.

Расчет мощности трехфазной сети производится по частям. Сначала целесообразно рассчитать чисто трехфазные нагрузки, например электрический котел на 15 кВт и асинхронный электродвигатель на 3 кВт. Суммарная мощность составит P = 15 + 3 = 18 кВт. В фазном проводе при этом протекает ток I = Px1000/(√3xUxcosϕ). Для бытовых электросетей cosϕ = 0,95. Подставив в формулу числовые значения, получим величину тока I = 28,79 А.

Теперь следует определить однофазные нагрузки. Пусть для фаз они составят PA = 1,9 кВт, PB = 1,8 кВт, PC = 2,2 кВт. Смешанная нагрузка определяется суммированием и составляет 23,9 кВт. Максимальный ток будет I = 10,53 А (фаза С). Сложив его с током от трехфазной нагрузки, получим IC = 39,32 А. Токи на остальных фазах составят IB = 37,4 кВт, IA = 37,88 А.

В расчетах мощности трехфазной сети удобно пользоваться таблицами мощности с учетом типа подключения.

По ним удобно подбирать защитные автоматы и определять сечения проводки.

Заключение

При правильном проектировании и обслуживании трехфазная сеть идеально подходит для частного дома. Она позволяет равномерно распределить нагрузку по фазам и подключить дополнительные мощности электропотребителей, если позволяет сечение проводки.

fb.ru

Трёхфазная система электроснабжения — это… Что такое Трёхфазная система электроснабжения?

Трёхфазная система электроснабжения — частный случай многофазных систем электрических цепей, в которых действуют созданные общим источником синусоидальные ЭДС одинаковой частоты, сдвинутые друг относительно друга во времени на определённый фазовый угол. В трёхфазной системе этот угол равен 2π/3 (120°).

Многопроводная (шестипроводная) трёхфазная система переменного тока изобретена Николой Теслой. Значительный вклад в развитие трёхфазных систем внёс М. О. Доливо-Добровольский, который впервые предложил трёх- и четырёхпроводную системы передачи переменного тока, выявил ряд преимуществ малопроводных трёхфазных систем по отношению к другим системам и провёл ряд экспериментов с асинхронным электродвигателем.

Описание

Каждая из действующих ЭДС находится в своей фазе периодического процесса, поэтому часто называется просто «фазой». Также «фазами» называют проводники — носители этих ЭДС. В трёхфазных системах угол сдвига равен 120 градусам. Фазные проводники обозначаются в РФ латинскими буквами L с цифровым индексом 1…3, либо A, B и C[1].

Распространённые обозначения фазных проводов:

Россия, EC (выше 1000 В)Россия, ЕС (ниже 1000 В)ГерманияДания
АL1L1R
BL2L2S
CL3L3T

Анимированное изображение течения токов по симметричной трёхфазной цепи с соединением типа «звезда»

Векторная диаграмма фазных токов. Симметричный режим.

Графическое представление зависимости фазных токов от времени

Преимущества

Возможная схема разводки трёхфазной сети в многоквартирных жилых домах

  • Экономичность.
    • Экономичность передачи электроэнергии на значительные расстояния.
    • Меньшая материалоёмкость 3-фазных трансформаторов.
    • Меньшая материалоёмкость силовых кабелей, так как при одинаковой потребляемой мощности снижаются токи в фазах (по сравнению с однофазными цепями).
  • Уравновешенность системы. Это свойство является одним из важнейших, так как в неуравновешенной системе возникает неравномерная механическая нагрузка на энергогенерирующую установку, что значительно снижает срок её службы.
  • Возможность простого получения кругового вращающегося магнитного поля, необходимого для работы электрического двигателя и ряда других электротехнических устройств. Двигатели 3-фазного тока (асинхронные и синхронные) устроены проще, чем двигатели постоянного тока, одно- или 2-фазные, и имеют высокие показатели экономичности.
  • Возможность получения в одной установке двух рабочих напряжений — фазного и линейного, и двух уровней мощности при соединении на «звезду» или «треугольник».
  • Возможность резкого уменьшения мерцания и стробоскопического эффекта светильников на люминесцентных лампах путём размещения в одном светильнике трёх ламп (или групп ламп), питающихся от разных фаз.

Благодаря этим преимуществам, трёхфазные системы наиболее распространены в современной электроэнергетике.

Схемы соединений трехфазных цепей

Звезда

Существующие виды защиты от линейного напряжения, которые можно найти в продаже в электротехнических магазинах. Как и требуют современные стандарты, монтаж происходит на DIN-рейку.

Звездой называется такое соединение, когда концы фаз обмоток генератора (G) соединяют в одну общую точку, называемую нейтральной точкой или нейтралью. Концы фаз обмоток приёмника (M) также соединяют в общую точку. Провода, соединяющие начала фаз генератора и приёмника, называются линейными. Провод, соединяющий две нейтрали, называется нейтральным.

Шины для раздачи нулевых проводов и проводов заземления при подключении звездой. Одно из преимуществ подключения звездой — экономия на нулевом проводе, поскольку от генератора до точки разделения нулевых проводов вблизи потребителя, требуется только один провод.

Трёхфазная цепь, имеющая нейтральный провод, называется четырёхпроводной. Если нейтрального провода нет — трёхпроводной.

Если сопротивления Za, Zb, Zc приёмника равны между собой, то такую нагрузку называют симметричной.

Соотношение между линейными и фазными токами и напряжениями.

Напряжение между линейным проводом и нейтралью (Ua, Ub, Uc) называется фазным. Напряжение между двумя линейными проводами (UAB, UBC, UCA) называется линейным. Для соединения обмоток звездой, при симметричной нагрузке, справедливо соотношение между линейными и фазными токами и напряжениями:

Последствия отгорания (обрыва) нулевого провода в трехфазных сетях

При симметричной нагрузке в трёхфазной системе питание потребителя линейным напряжением возможно даже при отсутствии нейтрального провода. Однако, при питании нагрузки фазным напряжением, когда нагрузка на фазы не является строго симметричной, наличие нейтрального провода обязательно. При его обрыве или значительном увеличении сопротивления (плохом контакте) происходит так называемый «перекос фаз», в результате которого подключенная нагрузка, рассчитанная на фазное напряжение, может оказаться под произвольным напряжением в диапазоне от нуля до линейного (конкретное значение зависит от распределения нагрузки по фазам в момент обрыва нулевого провода). Это зачастую является причиной вывода из строя бытовой электроники в квартирных домах. Так как сопротивление потребителя остаётся константой, то, согласно закону Ома, при возрастании напряжения сила тока, проходящего через потребительское устройство, окажется гораздо больше максимально допустимого значения, что и вызовет сгорание и/или выход из строя питаемого электрооборудования. Пониженное напряжение также может послужить причиной выхода из строя техники. Иногда отгорание (обрыв) нулевого провода на подстанции может явиться причиной пожара в квартирах.

Проблема гармоник, кратных третьей

Современная техника всё чаще оснащается импульсными сетевыми источниками питания. Импульсный источник без корректора коэффициента мощности потребляет ток узкими импульсами вблизи пика синусоиды питающего напряжения, в момент заряда конденсатора входного выпрямителя. Большое количество таких источников питания в сети создаёт повышенный ток третьей гармоники питающего напряжения. Токи гармоник, кратных третьей, вместо взаимной компенсации, математически суммируются в нейтральном проводнике (даже при симметричном распределении нагрузки) и могут привести к его перегрузке даже без превышения допустимой мощности потребления по фазам. Такая проблема существует, в частности, в офисных зданиях с большим количеством одновременно работающей оргтехники.
Существующие установки компенсации реактивной мощности не способны решить данную проблему, так как снижение коэффициента мощности в сетях с преобладанием импульсных источников питания не связано с внесением реактивной составляющей, а обусловлено нелинейностью потребления тока. Решением проблемы третьей гармоники является применение корректора коэффициента мощности (пассивного или активного) в составе схемы производимых импульсных источников питания.
Требования стандарта IEC 1000-3-2 накладывают ограничения на гармонические составляющие тока нагрузки устройств мощностью от 50 Вт. В России количество гармонических составляющих тока нагрузки нормируется стандартами ГОСТ 13109-97, ОСТ 45.188-2001.


Треугольник

Треугольник — такое соединение, когда конец первой фазы соединяется с началом второй фазы, конец второй фазы с началом третьей, а конец третьей фазы соединяется с началом первой.

Соотношение между линейными и фазными токами и напряжениями

Для соединения обмоток треугольником, при симметричной нагрузке, справедливо соотношение между линейными и фазными токами и напряжениями:

Распространённые стандарты напряжений

РФ и СНГСтраны ЕСЯпонияСША
Напряжение

(фазное/линейное)

220/380230/400120/208(140/240)/(230/400)
Частота50 Гц50 Гц50/60Гц60 Гц

Маркировка

Проводники, принадлежащие разным фазам, маркируют разными цветами. Разными цветами маркируют также нейтральный и защитный проводники. Это делается для обеспечения надлежащей защиты от поражения электрическим током, а также для удобства обслуживания, монтажа и ремонта электрических установок и электрического оборудования. В разных странах маркировка проводников имеет свои различия. Однако многие страны придерживаются общих принципов цветовой маркировки проводников, изложенных в стандарте Международной Электротехнической Комиссии МЭК 60445:2010.

Фазный проводник 1 Фазный проводник 2 Фазный проводник 3 Нейтральный проводник Защитный проводник
США (120/208В)[2]ЧёрныйКрасныйГолубойБелый или серыйЗелёный
США (277/480В)ОранжевыйКоричневыйЖёлтыйБелый или серыйЗелёный
КанадаКрасныйЧёрныйГолубойБелыйЗелёный
Канада (Изолированные трёхфазные установки)ОранжевыйКоричневыйЖёлтыйБелыйЗелёный
Великобритания (с апреля 2006)Красный (Коричневый)Жёлтый (ранее Белый) (Чёрный)Голубой (Серый)Чёрный (Голубой)Зелёно-жёлтый
Европа (с апреля 2004)КоричневыйЧёрныйСерыйГолубойЗелёно-жёлтый
Европа (до апреля 2004, в зависимости от страны)Коричневый или ЧёрныйЧёрный или КоричневыйЧёрный или КоричневыйГолубойЗелёно-жёлтый
Европа (Обозначение шин)ЖёлтыйКоричневыйКрасный
Россия (СССР)[3]ЖёлтыйЗелёныйКрасныйГолубойЗелёно-жёлтый (на старых установках — Черный)
Россия (с 1 января 2011 г.)[4]КоричневыйЧёрныйСерыйГолубойЗелёно-жёлтый
Австралия и Новая ЗеландияКрасныйЖёлтыйГолубойЧёрныйЗелёно-жёлтый (на старых установках — Зелёный)
Южная АфрикаКрасныйЖёлтыйГолубойЧёрныйЗелёно-жёлтый (на старых установках — Зелёный)
МалайзияКрасныйЖёлтыйГолубойЧёрныйЗелёно-жёлтый (на старых установках — Зелёный)
ИндияКрасныйЖёлтыйГолубойЧёрныйЗелёный

Трёхфазная двухцепная линия электропередачи

См. также

Примечания

  1. Действующий в РФ ГОСТ 2.709-89 предписывает обозначение цепей фазных проводников трёхфазного переменного тока: L1, L2, L3, и при этом допускает обозначения A, B, C.
  2. С 1975 года Национальный Электрический Кодекс (США) не регламентируют цветовое обозначение фазных проводов. Приведённые в таблице цвета являются общепринятыми в эксплуатации.
  3. Согласно ПУЭ при переменном трёхфазном токе: шины фазы А обозначают жёлтым цветом, фазы В — зелёным, фазы С — красным цветами (по алфавитному порядку начальных букв в названии цветов: Ж, З, К).
  4. Согласно ГОСТ Р 50462-2009: Базовые принципы и принципы безопасности для интерфейса «человек-машина», выполнение и идентификация. Идентификация проводников посредством цветов и буквенно-цифровых обозначений.

Ссылки

dic.academic.ru

Подключение электричества: три фазы или одна?

Подключение электричества: три фазы или одна?

Любой объект, будь то коттедж, дача или загородный дом не может обойтись без подключения электричества. Не освоенному  дачному участку, конечно, электричество «до фени», но как только принято решение о строительстве загородного дома проблема  подключения электричества становится насущной. Перед тем, как обратиться за разрешением на подключение электричества к загородному дому, следует определиться с необходимой мощностью и нюансами ее распределения между имеющимися или перспективными источниками потребления. Владелец загородного дома вынужден «чесать репу» и задумываться о том, как подключить электричество посредством трех фаз или одной?

Потребляемая мощность электричества в жилых домах непрерывно растет. Если сравнить современные бытовые электроприборы с электроприборами средины прошлого века,  то без вооруженного взгляда можно прийти к выводу, что потребляемая мощность электричества выросло в несколько раз. Причем из года в год наблюдается тенденция постоянного увеличения потребляемой мощности электричества на душу населения. Причина заключается в том, что в каждом доме появилась львиная доля бытовых потребителей электроэнергии (электрочайники, стиральные машины, электроутюги) ,  которые характеризуются повышенным спросом на подключение электричества и требуют соответственно потребляемую мощность большего объема.  Нормальное функционирование и жизнеобеспечение загородного дома не мыслится без таких  потребителей электроэнергии, как электронасосов, электрических котлов, сварочных аппаратов, электродвигателей, ТЭНов различного назначения и др. силовых агрегатов. Поэтому в загородных домах все чаще стали подключать три фазы электричества, отказываясь от  традиционной однофазной электросети.

В чем же преимущество трехфазной электросети от однофазной?

Многие владельцы загородных домов считают, что трехфазная электросеть допускает потреблять больше мощности, т.е. подключать больше потребителей. Однако это предположение не в полной мере соответствует действительности. В инструкции ФАС указано, что максимально разрешенная мощность для загородного дома составляет 15 кВт без привязки к трехфазной или однофазной электросети. Конкретная потребляемая мощность для того или иного загородного дома указывается отдельно в технических условиях на подключение электричества. Как правило,  потребляемая мощность определяется возможностями трансформаторной подстанции (ТП) электросети и предполагаемым числом точек подключения электричества. В этом случае соответствующие органы могут установить  единую потребляемую мощность, например, те же 5 кВт, как для трехфазной электросети, так и для однофазной. Таким образом, в потребляемой мощности здесь выигрыш практически отсутствует.

В то же время не следует забывать, что при одинаковой потребляемой мощности для ввода  трехфазной электросети в загородный дом можно использовать силовой кабель с жилами меньшей площади сечения. Причина кроется в том, что потребляемая мощность, а, следовательно, и ток распределяются по трем фазам. Тогда в меньшей степени нагружается каждый фазный провод и номинал вводного автоматического выключателя в трехфазной электросети, будет тоже соответственно меньшим. Вместе с  тем, возрастает в два раза число жил вводного силового кабеля: с двух до четырех, вместо одно(двух) полюсного вводного автоматического выключателя потребуется трех(четырех) полюсный, а для учета электроэнергии – трехфазный электросчетчик. Вследствие этого увеличиваются габариты электрощитка (ЩРН) и соответственно стоимость материалов и комплектующих узлов.

 

В дополнение ко всему следует отметить, что, как правило, все наиболее распространенные бытовые потребители электроэнергии рассчитаны для работы в однофазной электросети переменного тока.

Однако недостатки трехфазной электросети меркнут перед ее преимуществами.  Для любого владельца загородного дома «фора» трехфазной электросети проявляется с первых же  минут. С одной стороны, известно, что асинхронные электродвигатели в трехфазной электросети работают с лучшими энергетическими и механическими параметрами. Следовательно, реализуется возможность непосредственного подключения электричества к таким  трехфазным потребителям электроэнергии, как электрические котлы, асинхронные электроприводы и др .  С другой стороны, мощные потребители электроэнергии – те же котлы, электроплиты, обогреватели, сварочные аппараты и т.д.  не вызывают «перекоса фаз», так как нагрузка таких потребителей электроэнергии равномерно распределяется между тремя фазами электросети.

Проблема «перекоса фаз» довольно-таки щекотливая, поэтому есть смысл рассмотреть ее более детально. Перекос фаз проявляется в трехфазных четырех(пяти)- проводных электросетях с глухозаземленной нейтралью и напряжением до 1 000 В.  Как правило, низковольтная трехфазная электросеть напряжением 400 В (0,4 кВ)  содержит источники электроэнергии, обмотки которых соединены  «звездой» с выведенным нулем.

Идеальную модель, отображающую взаимосвязь и взаимное расположение фазных и линейных напряжений можно изобразить в виде равностороннего треугольника с вершинами «А», «B», «С» и центром «0». Разности потенциалов между точками — АВ, ВС и CA  являются линейными напряжениями (380 В), а разности потенциалов между точками — 0A, 0B и 0С являются фазными напряжениями (220 В). В идеальном случае фазные напряжения равны между собой U 0A = U 0B = U  и сдвинуты друг относительно друга на угол 120°, т. е. L  A0B = L B0C= L C0A=120°.  При симметричной нагрузке для соединения обмоток звездой справедливо такое соотношение между линейными и фазными токами и напряжениями:

а  мощность трёхфазной сети равна:

Из формулы видно, что мощность трехфазной электросети сети отличается от мощности однофазной не в три раза, как вначале предполагалось, а всего лишь примерно в 1, 73 раза.

Представленная выше на рисунке модель электросети является идеальной и перекос фазных напряжений в ней отсутствует.  Но по той причине, что к трансформаторной  подстанции электросети подключается множество потребителей электроэнергии, в том числе и однофазных, то в каждый случайный момент времени можно ожидать, что  нагрузки в разных фазах будут заметно отличаться. Причем если даже однофазные нагрузки по величине одинаковы, то их подключение к электросети  или отключение не может происходить синхронно. Возникает ситуация, когда  Z A  >  Z B  >  Z C  ≠  0, где «Z» – это полное сопротивление нагрузки, и, соответственно, «Z A» — это полное сопротивление нагрузки на фазе А, «Z B» — это полное сопротивление нагрузки на фазе B, «Z C» — это полное сопротивление нагрузки на фазе C.  Если взглянуть на приведенный ниже равносторонний треугольник, то  графически это будет выглядеть следующим образом:  точка 0 в центре треугольника, из которой исходят векторы идеальных фазных напряжений величиной 220 В:  E 0A, E  0B и E   — смещается относительно центра треугольника.

Щелкните по картинке и наглядно убедитесь к чему приводит перекос фаз.

Пусть будет это точка 0′. Смещаются и сами векторы фазных напряжений на произвольный угол друг относительно друга. Смещенные векторы фазных напряжений E 0’A, E 0’B и  E 0’С не равны между собой, т.е. E 0’A ≠ E 0’B ≠ E 0’С. Таким образом,  напряжения в каждой фазе никогда не будут иметь одинаковый сдвиг и значение. Отсюда различие фазных нагрузок по величине и характеру создает условия для возникновения перекоса фазных напряжений.

При симметричной нагрузке в трёхфазной электросети подключение потребителя электроэнергии к линейному напряжению возможно даже при отсутствии нейтрального провода. Однако, при подключении  потребителя электроэнергии к фазному напряжению, когда нагрузка на фазы не является строго симметричной, наличие нейтрального провода обязательно. В случае обрыва  или значительного увеличения его  сопротивления (плохой контакт)  также происходит так называемый «перекос фаз».  В конечном итоге подключенный потребитель электроэнергии, рассчитанный на фазное напряжение, может оказаться под произвольным напряжением в диапазоне от нуля до линейного (конкретное значение зависит от распределения нагрузки по фазам в момент обрыва нулевого провода).

Повышенное напряжение  зачастую является причиной выхода из строя бытовой радиоэлектронной техники, а также может привести к пожару.  Пониженное напряжение также не всегда благоприятно влияет на радиоэлектронную технику и может послужить причиной выхода ее из строя. К этому больше всего подвержены электродвигатели холодильников. Поэтому дорогостоящие аппараты (электрические котлы, компьютеры,  холодильники,  стиральные машины, телевизоры и др.) следует подключать к электричеству в загородном доме через стабилизаторы напряжения. Для этих целей в трехфазной электросети можно выделить даже отдельную фазу.

В однофазной электросети перекос фаз часто становится причиной того, что потребители электроэнергии, подключенные к «неудачной фазе», вынуждены мириться со слишком низким напряжением в электросети, что в большей степени касается проблемы  подключения электричества к загородному дому. Обладателей трехфазной электросети такие вопросы «колышут» меньше всего, поскольку у них есть возможность подключения (переключения)  особо важных и капризных однофазных потребителей электроэнергии к той фазе, напряжение которой меньше всего подвержено просадке из-за перекоса фаз.

Подключение электричества к загородному дому с помощью трех фаз не снимает полностью проблему перекоса фаз, так как в общей электросети,  как указывалось ранее,  достаточно много разных потребителей электроэнергии. Однако в своей внутренней электросети, т.е. после прибора учета электроэнергии, необходимо распределить нагрузку однофазных потребителей электроэнергии максимально равномерно. Далее, при подключении электричества к загородному дому не следует упускать из вида то, что напряжение трехфазной электросети составляет 380 В, которое ощутимо выше привычных 220 В. Поэтому при работе и эксплуатации трехфазной электросети требуется повышенное внимание уделять электробезопасности. Если подходить с позиций норм пожарной безопасности, то трехфазная электросеть также более опасна по той причине, что ток короткого замыкания будет намного выше.

На заметку. Нередко в ТТХ однофазных электрических аппаратов  указываются два значения питающего напряжения, в частности для некоторых типов сварочных трансформаторов —  220 В и 380 В, т.е. фазное напряжение и линейное соответственно. Учитывая большую потребляемую мощность подобными изделиями, рекомендуется с целью уменьшения перекоса фаз подключать их к линейному напряжению 380 В, т.е. к двум фазам. При выборе фаз следует исходить из того, чтобы фаза, от которой осуществляется питание бытовой радиоэлектронной техники, чувствительной к перепадам напряжения, не была задействована.

Подводя итог сказанному,  следует еще раз акцентировать внимание на основных недостатках и преимуществах подключения трехфазной электросети к загородному дому.

Итак, к основным недостаткам трехфазной электросети можно отнести:

  • Необходимость получения разрешения и технических условий от районной Электросети (РЭС), что связано с определенной волокитой для владельца загородного дома. В дачном кооперативе этот процесс менее болезненный, так как его согласование обычно проходит на уровне Правления.
  • Опасность поражения электрическим током и пожарная опасность существуют при любом раскладе, но эти опасности обостряются при эксплуатации трехфазной электросети. Поэтому, помимо автоматического выключателя, устанавливаемого обычно перед электросчетчиком на вводе электричества в дом, необходимо предусмотреть четырех полюсный  автоматический выключатель типа УЗО или дифференциального автомата с небольшим током утечки

 

  • Необходимость установки модульных ограничителей перенапряжения в ЩРН, поскольку не исключен обрыв индивидуального рабочего нуля во внутренней трехфазной электросети, последствия которого чреваты перенапряжением в одной наименее нагруженной фазе.
  • Увеличение габаритов ЩРН.  Но по сути дела это не столь заметно, так как современные электронные счетчики и автоматические выключатели как для трехфазной электросети, так и для однофазной отличаются от своих предшественников компактностью и небольшими размерами.

Основные преимущества трехфазной электросети:

  • Возможность непосредственного подключения электричества к трехфазным мощным потребителям электроэнергии.
  • Перераспределение потребляемой мощности  между фазами, сводя перекос фаз к минимуму.
  • Снижение номиналов по току автоматических выключателей и площади сечения жил силового кабеля.
  • Возможность увеличения в некоторых случаях максимально разрешенной потребляемой мощности электроэнергии при лояльном отношении районной Электросети.

Таким образом, практика подключения электричества с использованием трехфазной электросети себя оправдывает, если жилая площадь загородного дома более 100 кв. м. В этом случае однофазных потребителей электроэнергии может быть очень много и нагрузку во внутренней электросети можно распределить с соблюдением максимальной симметрии. Также трехфазная электросеть удобна тем владельцам загородных домов, который планируют подключение электричества для мощных трехфазных потребителей электроэнергии.  В остальных случаях подключение трехфазной электросети может оказаться излишним и стать причиной очередной головной боли владельца загородного дома.

В заключение для тех, кто любит мастерить своим руками будет полезен  «Сборник технической литературы».

barabyn.ru

Трехфазные и однофазные сети


2016-10-02 Статьи  


Трехфазная сеть — это способ передачи электрического тока, когда переменный ток течет по трем проводам, а по одному возвращается назад. Те провода, по которым ток идет, называются фазными, а по которому возвращается — нулевым.

Трехфазная цепь состоит из трех фазных проводов и одного нулевого. Такое возможно потому, что фаза переменного тока в каждом из трех проводов сдвинута по отношению к соседнему на 120°.  Передача переменного тока происходит именно при помощи трехфазных сетей. Это выгодно с экономической точки — не нужны еще два нулевых провода. Подходя к потребителю, ток распределяется на три фазы, и каждой из них дается по нулевому проводу. Так он попадает в квартиры и дома. Хотя в частном секторе нередко трехфазная сеть заводится прямо в дом.

Любая однофазная электрическая цепь состоит из двух проводов. По одному проводу ток поступает к потребителю, а по другому возвращается обратно. Если разомкнуть такую цепь, то ток идти не будет. Вот и все описание однофазной цепи.

Земля, или, правильнее сказать, заземление — третий провод в однофазной сети. В сущности, рабочей нагрузки он не несет, а служит своего рода предохранителем. Это можно объяснить на примере. В случае когда электричество выходит из-под контроля (например, короткое замыкание), возникает угроза пожара или удара током. Чтобы этого не произошло (то есть значение тока не должно превышать безопасный для человека и приборов уровень), вводится заземление. По этому проводу избыток электричества в буквальном смысле слова уходит в землю.

От трансформаторной понижающей подстанции до ВРУ (Вводно-распределительное устройство, где происходит прием, учет и распределение электрической энергии) приходит трехфазная сеть пятижильным проводом, а в наши квартиры приходит уже трехжильный. На вопрос, куда деваются еще 2, ответ простой: питают другие квартиры. Это не значит, что квартир только 3, их может быть сколько угодно, лишь бы кабель выдержал. Просто внутри ВРУ выполняется схема разъединения трехфазной цепи на однофазные.

К каждой фазе, отходящей в квартиру, добавляются ноль и заземление, так и получается трехжильный кабель. В идеале в трехфазной сети только один ноль. Больше и не надо, поскольку ток сдвинут по фазе относительно друг друга на одну треть. Ноль — это нейтральный проводник, в котором напряжения нет. Относительно земли у него нет потенциала в отличие от фа-
зного провода, в котором напряжение (фазное напряжение между фазой и нулем) равно 220 В. Между фазами (так называемое линейное напряжение между любыми из трех фаз) напряжение 380 В. Фазные провода в трехфазной сети обычно маркируются так: фаза А — желтый, фаза B — зеленый, фаза C — красный.

В трехфазной сети, к которой ничего не подключено, в нейтральном проводнике нет напряжения. Самое интересное начинает происходить, когда сеть подключается к однофазной цепи. Одна фаза входит в квартиру, где стоят 2 лампочки и холодильник, а вторая где 5 кондиционеров, 2 компьютера, душевая кабина, индукционная плита и т. д. Понятно, что нагрузка на 2 эти фазы неодинакова, происходит перекос фаз и ни о каком нейтральном проводнике речи уже не идет. На нем тоже появляется напряжение, и чем неравномернее нагрузка, тем оно больше. Фазы уже не компенсируют друг друга, чтобы в сумме получился ноль.

На данный момент ситуация усугубляется еще тем, что большинство домашних электроприборов являются импульсными. По этой причине возникают дополнительные импульсные токи, которые не компенсируются в средней точке. Эти импульсные приборы вместе с разной нагрузкой на фазы создают такие условия, что в нейтральном проводнике может оказаться ток равный или превышающий ток одной из фаз. Однако нейтраль такого же сечения, что и фазный провод, а нагрузка больше.

Вот почему в последнее время все чаще возникает явление, называемое «отгоранием» или обрывом нулевого проводника — нейтральный проводник просто не справляется с нагрузкой, перегревается и отгорает.

Для защиты от такой неприятности надо либо увеличивать сечение нейтрального провода (а это дорого), либо распределять нагрузку между 3 фазами равномерно (что в условиях многоквартирного дома невозможно). Поэтому оптимальным решением я считаю использование реле контроля напряжения, которое отключит питание квартиры в случае выхода напряжения за допустимые пределы. Тем самым оно защитит ваши электроприборы.

Реле контроля напряжения

Какую сеть лучше провести в частном доме?

Если у вас в доме есть трехфазное оборудование, то ответ очевиден. Также к плюсам трехфазной сети можно отнести то, что на ввод можно использовать кабель меньшего сечения, чем при однофазной, так как в трехфазной сети мощность распределяется по трем фазам, благодаря чему на каждую фазу приходится меньшая нагрузка.

К минусам трехфазного ввода можно отнести более высокие расходы на покупку трехфазных автоматов, УЗО, счетчика, габариты распределительного щита будут больше чем однофазного, а также при трехфазной сети необходимо грамотно распределить нагрузку по фазам во избежании перекоса фаз — несимметрии токов и напряжений.

Что касается мощности, то здесь в основном все зависит от максимально разрешенной мощности, указанной в технических условиях на подключение. Если у вас на даче небольшой летний домик или бытовка и разрешенная мощность предположим 5квт, то вполне достаточно будет однофазного ввода, а вот при наличии большого загородного дома со множеством потребителей, или своей мастерской с трехфазными потребителями, то здесь конечно уже не обойтись без трехфазной сети.

 

electric-blogger.ru

Электротехника. Трехфазные электрические цепи

Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет – УПИ»

Электротехника: Трехфазные электрические цепи

Учебное пособие

В.С. Проскуряков, С.В. Соболев, Н.В. Хрулькова Кафедра «Электротехника и электротехнологические системы»

Екатеринбург 2007

2

Оглавление

1.Основные понятия и определения

2.Получение трехфазной системы ЭДС.

3.Способы соединения фаз в трехфазной цепи.

4.Напряжения трехфазного источника.

5.Классификация приемников в трехфазной цепи.

6.Расчет трехфазной цепи при соединении фаз приемника «Звездой»

7.Значение нейтрального провода

8.Расчет трехфазной цепи при соединении фаз приемника «треугольником»

9.Мощность трехфазной цепи

3

Трехфазные электрические цепи.

1. Основные понятия и определения

Трехфазная цепь – это совокупность трех электрических цепей, в которых

действуют синусоидальные ЭДС, одинаковые

по амплитуде и частоте,

сдвинутые по фазе одна от другой на угол

=120° и создаваемые общим

3

 

 

 

 

источником энергии.

Каждую отдельную цепь, входящую в трехфазную цепь принято называть фазой.

Таким образом, термин «фаза» имеет в электротехнике два значения: первое – аргумент синусоидально изменяющейся величины, второе – часть многофазной системы электрических цепей.

Трехфазная цепь является частным случаем многофазных систем переменного тока.

Широкое распространение трехфазных цепей объясняется рядом их преимуществ по сравнению как с однофазными, так и с другими многофазными цепями:

•экономичность производства и передачи энергии по сравнению с однофазными цепями;

•возможность сравнительно простого получения кругового вращающегося магнитного поля, необходимого для трехфазного асинхронного двигателя;

•возможность получения в одной установке двух эксплуатационных напряжений – фазного и линейного.

Каждая фаза трехфазной цепи имеет стандартное наименование:

первая фаза – фаза «А»; вторая фаза – фаза «В»; третья фаза – фаза «С».

Начала и концы каждой фазы также имеют стандартные обозначения. Начала первой, второй и третьей фаз обозначаются соответственно А, В, С, а концы фаз – X, Y, Z.

Основными элементами трехфазной цепи являются: трехфазный генератор, преобразующий механическую энергию в электрическую; линии электропередач; приемники (потребители), которые могут быть как трехфазными (например, трехфазные асинхронные двигатели), так и однофазными (например, лампы накаливания).

4

2. Получение трехфазной системы ЭДС.

Трехфазный генератор создает одновременно три ЭДС, одинаковые по величине и отличающиеся по фазе на 1200.

Получение трехфазной системы ЭДС основано на принципе электромагнитной индукции, используемом в трехфазном генераторе. Трехфазный генератор представляет собой синхронную электрическую машину. Простейшая конструкция такого генератора изображена на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Схема устройства трехфазного генератора

На статоре 1 генератора размещается трехфазная обмотка 2. Каждая фаза трехфазной обмотки статора представляет собой совокупность нескольких катушек с определенным количеством витков, расположенных в пазах статора. На рис. 3.1 каждая фаза условно изображена одним витком. Три фазы обмотки статора генератора повернуты в пространстве друг относительно друга на 1/3 часть окружности, т.е. магнитные оси фаз повернуты в пространстве на угол

23π =120°. Начала фаз обозначены буквами A, B и C, а концы – X, Y, Z.

Ротор 3 генератора представляет собой постоянный электромагнит, возбуждаемый постоянным током обмотки возбуждения 4. Ротор создает постоянное магнитное поле, силовые линии которого показаны на рис.3.1 пунктиром. При работе генератора это магнитное поле вращается вместе с ротором.

5

При вращении ротора турбиной с постоянной скоростью происходит пересечение проводников обмотки статора с силовыми линиями магнитного поля. При этом в каждой фазе индуктируется синусоидальная ЭДС.

Величина этой ЭДС определяется интенсивностью магнитного поля ротора и количеством витков в обмотке.

Частота этой ЭДС определяется частотой вращения ротора.

Поскольку все фазы обмотки статора одинаковы (имеют одинаковое количество витков) и взаимодействуют с одним и тем же магнитным полем вращающегося ротора, то ЭДС всех фаз имеют одинаковую амплитуду Em и частотуω.

 

Но, так

как магнитные оси фаз в

пространстве повернуты на

угол

 

=120°, начальные фазы их ЭДС отличаются на угол

.

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

Примем начальную фазу ЭДС фазы А, равной нулю, то есть ψеА = 0

,

 

тогда

eA = Em sinωt.

(3.1)

ЭДС фазы В отстает от ЭДС фазы А на

 

 

 

 

 

 

 

 

 

:

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= Em sin(ωt −120).

 

 

 

 

eB = Em sin ωt−

 

 

 

(3.2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЭДС фазы С отстает от ЭДС фазы В еще на

 

:

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

= Em sin(ωt −240).

 

 

 

 

eС = Em sin ωt−

 

 

 

 

(3.3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

Действующее значение ЭДС всех фаз одинаковы:

E

A

= E

B

= E

=

Em= E

.

(3.4)

 

 

C

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

Трехфазная симметричная система ЭДС может изображаться тригонометрическими функциями, функциями комплексного переменного, графиками на временных диаграммах, векторами на векторных диаграммах.

Аналитическое изображение тригонометрическими функциями приведено в (3.1) – (3.3).

6

В комплексном виде ЭДС фаз изображаются их комплексными действующими значениями:

&

j0

0

&

= Ee

− j120

0

&

− j2400

 

 

 

 

(3.5)

EA = Ee

 

 

= E; EB

 

 

; EC = Ee

Графики мгновенных значений трехфазной симметричной системы ЭДС на временной диаграмме показаны на рис. 3.2. Они представляют из себя три синусоиды, сдвинутые друг относительно друга на 1/3 часть периода.

Рис. 3.2. Графики мгновенных значений трехфазной симметричной системы ЭДС.

На векторной диаграмме ЭДС фаз изображаются векторами одинаковой длины, повернутыми друг относительно друга на угол 120° (рис.3.3а).

Рис. 3.3. Векторные диаграммы ЭДС трехфазных симметричных систем. (а – прямая последовательность фаз; б – обратная последовательность фаз).

7

Так как ЭДС индуктированные в обмотках статора имеют одинаковые амплитуды и сдвинуты по фазе относительно друг друга на один и тот же угол 120°, полученная трехфазная система ЭДС является симметричной.

Следует отметить, что чередование во времени фазных ЭДС зависит от направления вращения ротора генератора относительно трехфазной обмотки статора. При вращении ротора по часовой стрелке, как показано на рис.3.1, полученная симметричная трехфазная система ЭДС имеет прямое чередование (А – В – С) (рис.3.3а). При вращении ротора против часовой стрелки образуется также симметричная трехфазная система ЭДС. Однако чередование фазных ЭДС во времени изменится. Такое чередование называетсяобратным (А – С – В) (рис.3.3б).

Чередование фазных ЭДС важно учитывать при анализе трехфазных цепей и устройств. Например, последовательность фаз определяет направление вращения трехфазных двигателей, и т.п. Для практического определения последовательности фаз используются специальные приборы – фазоуказатели.

По умолчанию при построении трехфазных цепей и их анализе принимается прямое чередование фазных ЭДС трехфазного источника.

На схемах обмотку статора генератора изображают как показано на рис. 3.4а с использованием принятых обозначений начал и концов фаз.

На схеме замещения трехфазный источник представлен тремя идеальными источниками ЭДС (рис.3.4б)

Рис. 3.4. Условное изображение обмотки статора генератора.

За условное положительное направление ЭДС в каждой фазе принимают направление от конца фазы к началу.

3. Способы соединения фаз в трехфазной цепи.

Для построения трехфазной цепи к каждой фазе трехфазного источника присоединяется отдельный приемник электроэнергии, либо одна фаза трехфазного приемника.

8

Рис.3.5 Схема несвязанной трехфазной цепи.

Здесь трехфазный источник представлен тремя идеальными источниками ЭДС E&A , E&B , E&C . Три фазы приемника представлены условно идеальными

элементами с полными комплексными сопротивлениями Z a ,Z b ,Z c . Каждая фаза приемника подсоединяется к соответствующей фазе источника, как показано на рис. 3.5. При этом образуются три электрические цепи, объединенные конструктивно одним трехфазным источником, т.е. трехфазная цепь. В этой цепи три фазы объединены лишь конструктивно и не имеют между собой электрической связи (электрически не связаны между собой). Такая цепь называется несвязанной трехфазной цепью и практически не используется.

На практике три фазы трехфазной цепи соединены между собой (электрически связаны).

Существуют различные способы соединения фаз трехфазных источников и трехфазных потребителей электроэнергии. Наиболее распространенными являются соединения «звезда» и «треугольник». При этом способ соединения фаз источников и фаз потребителей в трехфазных системах могут быть различными. Фазы источника обычно соединены «звездой», фазы потребителей соединяются либо «звездой», либо «треугольником».

При соединении фаз обмотки генератора (или трансформатора) «звездой» их концы X,Y иZ соединяют в одну общую точкуN, называемую нейтральной точкой (или нейтралью) (рис. 3.6). Концы фаз приемников x, y, z также соединяют в одну точкуn (нейтральная точка приемника). Такое соединение называется соединение «звезда».

9

Рис. 3.6. Схема соединения фаз источника и приемника в звезду.

Провода A-a,B-b иC-c,соединяющие начала фаз генератора и приемника, называются линейными проводами (линейный провод А, линейный провод В, линейный провод С). ПроводN-n,соединяющий точкуN генератора с точкойn приемника, называют нейтральным проводом.

Здесь по–прежнемукаждая фаза представляет собой электрическую цепь, в которой приемник подключен к соответствующей фазе источника посредством нейтрального провода и одного из линейных проводов (пунктир на рис.3.6). Однако, в отличие от несвязанной трехфазной цепи, в линии передачи используется меньшее количество проводов. Это определяет одно из преимуществ трехфазных цепей – экономичность передачи энергии.

При соединении фаз трехфазного источника питания треугольником (рис. 3.12) конец X одной фазы соединяется с началомВ второй фазы, конецY второй фазы – с началомС третьей фазы, конец третьей фазыZ – c началом первой фазыА. НачалаА,В иС фаз подключаются с помощью трех проводов к трем фазам приемника, также соединенным способом «треугольник».

Рис. 3.7. Схема соединения фаз источника и приемника в треугольник

10

Здесь также каждая фаза представляет собой электрическую цепь, в которой приемник подключен к соответствующей фазе источника посредством двух линейных проводов (пунктир на рис.3.7). Однако в линии передачи используется еще меньшее количество проводов. Это делает передачу электроэнергии еще более экономичной

При способе соединения «треугольник» фазы приемника именуют двумя символами в соответствии с линейными проводами, к которым данная фаза подключена: фаза «ab», фаза «bc», фаза «ca». Параметры фаз обозначают

соответствующими индексами: Z ab ,Z bc ,Z ca

4. Напряжения трехфазного источника.

Трехфазный источник, соединенный способом «звезда», создает две трехфазные системы напряжения разной величины. При этом различают фазные напряжения и линейные напряжения.

На рис.3.8 показана схема замещения трехфазного источника, соединенного «звездой» и присоединенного к линии электропередачи.

Рис.3.8. Схема замещения трехфазного источника

Фазное напряжение UФ – напряжение между началом и концом фазы или между линейным проводом и нейтралью (U&A , U&B , U&C ). За условно

положительные направления фазных напряжений принимают направления от начала к концу фаз.

Линейное напряжение (UЛ) – напряжение между линейными проводами или между началами фаз (U&AB , U&BC , U&CA ). Условно положительные

направления линейных напряжений приняты от точек соответствующих первому индексу, к точкам соответствующим второму индексу (то есть, от точек с более высоким потенциалом к точкам с более низким) (рис. 3.8).

studfiles.net

Трёхфазный переменный ток

Трёхфазный переменный ток

Подробности
Категория: Электротехника

Paste a VALID AdSense code in Ads Elite Plugin options before activating it.

class=»eliad»>

Трехфазная система переменного тока

Электростанции вырабатывают трехфазный переменный ток. Генератор трехфазного тока представляет собой как бы три объединенных вместе генератора переменного тока, работающих так, чтобы сила тока (и напряжение) изменялась у них не одновременно, а с отставанием на 1/3 периода. Это осуществляется за счет смещения катушек генераторов на 120° одна относительно другой (рис. справа).


Каждая часть обмотки генератора называется
фазой. Поэтому генераторы, которые имеют обмотку, состоящую из трех частей, называют трехфазными.

Следует отметить, что термин «фаза» в электротехнике имеет два значения: 1) как величина, которая совместно с амплитудой определяет состояние колебательного процесса в данный момент времени; 2) в смысле наименования части электрической цепи переменного тока (например, часть обмотки электрической машины).

Некоторое наглядное представление о возникновении трехфазного тока дает установка, изображенная на рис. слева.
Три катушки от школьного разборного трансформатора с сердечниками размещаются по окружности под углом 120° по отношению друг к другу. Каждая катушка соединена с демонстрационным гальванометром. В центре окружности на оси укрепляется прямой магнит. Если вращать магнит, то в каждой из трех цепей «катушка — гальванометр» возникает переменный ток. При медленном вращении магнита можно заметить, что наибольшее и наименьшее значения токов и их направления будут в каждый момент во всех трех цепях различными.

Таким образом, трехфазный ток представляет совместное действие трех переменных токов одинаковой частоты, но сдвинутых по фазе на 1/3 периода относительно друг друга.
Каждая обмотка генератора может соединяться со своим потребителем, образуя несвязанную трехфазную систему. Выигрыша от такого соединения нет никакого по отношению к трем отдельным генераторам переменного тока, так как передача электрической энергии осуществляется с помощью шести проводов (рис. справа).

На практике получили два других способа соединения обмоток трехфазного генератора. Первый способ соединения получил название звезды (рис. слева, а), а второй — треугольника (рис. б).

При соединении звездой концы (или начала) всех трех фаз соединяются в один общий узел, а от начал (или концов) идут провода к потребителям. Эти провода называются линейными проводами. Общую точку, в которой соединяются концы фаз генератора (или потребителя), называют нулевой точкой, или нейтралью. Провод, соединяющий нулевые точки генератора и потребителя, называют нулевым проводом. Нулевой провод применяется в том случае, если в сети создается неравномерная нагрузка на фазы. Он позволяет уравнять напряжения в фазах потребителя.


Нулевой провод, как правило, применяется в осветительных сетях. Даже при наличии одинакового количества ламп равной мощности во всех трех фазах равномерная нагрузка не сохраняется, так как лампы могут включаться, выключаться не одновременно во всех фазах, могут перегорать, и тогда равномерность нагрузки фаз будет нарушена. Поэтому для осветительной сети применяется соединение в звезду, которая имеет четыре провода (рис. справа) вместо шести при несвязанной трехфазной системе. 

При соединении в звезду различают два вида напряжения: фазное и линейное. Напряжение между каждым линейным и нулевым проводом равно напряжению между зажимами соответствующей фазы генератора и называется фазным (Uф), а напряжение между двумя линейными проводами — линейным напряжением (Uл).

Между фазными и линейными напряжениями можно установить соотношение:

Uл = √3 . Uф ≈ 1,73 . Uф ,

если рассмотреть треугольник напряжения (рис. слева).

 

 

Действительно, 

Ил= ^ч-Т^-г-Т^-сойШ^ Сф-л/2 + 2-со5б0° = л/3 -Ц,

На практике широкое распространение получили трехфазные цепи с нейтральными проводами при напряжениях UЛ = 380 В; UФ  = 220 В.

Поскольку в нулевом проводе при симметричной нагрузке сила тока равна нулю, то ток в линейном проводе равен току в фазе.
При неравномерной нагрузке фаз по нулевому проводу проходит уравнительный ток относительно малой величины. Поэтому сечение этого провода должно быть значительно меньше, чем у линейного провода. В этом можно убедиться, если включить четыре амперметра в линейные и нулевой провода. В качестве нагрузки удобно использовать обычные электрические лампочки (рис. справа).

При одинаковой нагрузке в фазах ток в нулевом проводе равен нулю и надобность в этом проводе отпадает (например, равномерную нагрузку создают электродвигатели). В этом случае производят соединение в «треугольник», которое представляет собой последовательное соединение друг с другом начал и концов катушек генератора. Нулевой провод в этом случае отсутствует.
При соединении обмоток генератора и потребителей «треугольником» фазные и линейные напряжения равны между собой,
т.е. UЛ = UФ, а линейный ток в √3 раз больше фазного тока  IЛ = √3.IФ

Соединение треугольником применяется как при осветительной, так и при силовой нагрузке. Например, в школьной мастерской станки можно включать в звезду или треугольник. Выбор того или иного способа соединения определяется величиной напряжения сети и номинальным напряжением приемников электрической энергии.
Принципиально можно соединять треугольником и фазы генератора, но обычно этого не делают. Дело в том, что для создания заданного линейного напряжения каждая фаза генератора при соединении треугольником должна быть рассчитана на напряжение, в раз большее, чем в случае соединения звездой. Более высокое напряжение в фазе генератора требует увеличения числа витков и усиленной изоляции для обмоточного провода, что увеличивает размеры и стоимость машин. Поэтому фазы трехфазных генераторов почти всегда соединяют звездой. Двигатели же иногда в момент пуска включают звездой, а затем переключают на треугольник.

Paste a VALID AdSense code in Ads Elite Plugin options before activating it.

class=»eliad»>

technologys.info

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о