Фазные напряжения – Что такое трехфазное напряжение 380 В и однофазное напряжение 220 В

что это такое, причины, последствия, защита

Самая распространенная проблема, порождающая массу деструктивных последствий – перекос фаз в трехфазной сети (до 1,0 кВ) с глухозаземленной нейтралью. При определенных условиях такое явление может вывести из строя электрические приборы и создать угрозу для жизни. Учитывая актуальность проблемы, будет полезным узнать, что представляет собой несимметрия токов и напряжений, а также причины ее возникновения. Это позволит выбрать наиболее оптимальную стратегию защиты.

Что такое перекос фаз?

Данный термин используется для описания состояния сети, при котором возникают неравномерные нагрузки между фазами, что приводит к возникновению перекоса. Если составить векторную диаграмму идеальной трехфазной сети, то она будет выглядеть так, как показано на рисунке ниже.

Диаграмма напряжений в идеальных трехфазных сетях

Как видно из рисунка, в данном случае равны как линейные напряжения (АВ=ВС=СА=380,0 В), так и фазные (АN=ВN=СN=220,0 В). К сожалению, на практике добиться такого идеального равенства нереально. То есть, линейные напряжения сети, как правило, совпадают, в то время как в фазных наблюдаются расхождения. В некоторых случаях они могут превысить допустимый предел, что приведет к возникновению аварийной ситуации.

Пример диаграммы напряжений при возникновении перекоса

Допустимые нормы значений перекоса

Поскольку в трехфазных сетях предотвратить и полностью устранить перекосы невозможно, существуют нормы несимметрии, в которых установлены допустимые отклонения. В первую очередь это ГОСТ 13109 97, ниже приведена вырезка из него (п. 5.5), чтобы избежать разночтения документа.

Нормы несимметрии напряжения  ГОСТ 13109-97

Поскольку, основная причина перекоса фаз напрямую связана с неправильным распределением нагрузок, существуют нормы их соотношения, прописанные в СП 31 110. Вырезку из этого свода правил также приведем в оригинале.

Вырезка из СП 31-110 (п 9.5)

Здесь необходимы пояснения в терминологии. Для описания несимметрии используются три составляющих, это прямая, нулевая и обратная последовательность. Первая считается основной, она определяет номинальное напряжение. Две последние можно рассматривать в качестве помех, которые приводят к образованию в цепях нагрузки соответствующих ЭДС, которые не участвуют в полезной работе.

Причины перекоса фаз в трехфазной сети

Как уже упоминалось выше, данное состояние электросети чаще всего вызвано неравномерным подключением нагрузки на фазы и обрывом нуля. Чаще всего это проявляется в сетях до 1, кВ, что связано с особенностями распределения электроэнергии, между однофазными электроприемниками.

Обмотки трехфазных силовых трансформаторов подключаются «звездой». Из места соединения обмоток отводится четвертый провод, называемый нулевым или нейтралью. Если происходит обрыв нулевого провода, то в сети возникает несимметрия напряжений, причем перекос напрямую будет зависеть от текущей нагрузки. Пример такой ситуации приведен ниже. В данном случае R

Н это сопротивления нагрузок, одинаковые по значению.

Перекос фаз, вызванный обрывом нейтрали

В данном примере напряжение на нагрузке, подключенной к фазе А, превысит норму и будет стремиться к линейному, а на фазе С упадет ниже допустимого предела. К подобной ситуации может привести перекос нагрузки, выше установленной нормы. В таком случае напряжение на недогруженных фазах повысится, а на перегруженных упадет.

К перекосу напряжений также приводит работа сети в неполнофазном режиме, когда происходит замыкание фазного провода на землю. В аварийных ситуациях допускается эксплуатация сети в таком режиме, чтобы обеспечить электроснабжение потребителям.

Исходя из вышесказанного, можно констатировать три основные причины перекоса фаз:

1. Неравномерная нагрузка на линии трехфазной сети.
2. При обрыве нейтрали.
3. При КЗ одного из фазных проводов на землю.

Несимметрия в высоковольтных сетях

Вызвать подобное состояние в сети 6,0-10,0 кВ иногда может подключенное к ней оборудование, в качестве характерного примера можно привести дугоплавильную печь. Несмотря на то, что она не относится к однофазному оборудованию, управление тока дуги в ней производится пофазно. В процессе плавки также могут возникнуть несимметричные КЗ. Учитывая, что существуют дугоплавильные установки запитывающиеся от напряжения 330,0 кВ, то можно констатировать, что и в данных сетях возможен перекос фаз.

В высоковольтных сетях перекос фаз может быть вызван конструктивными особенностями ЛЭП, а именно, разным сопротивлением в фазах. Чтобы исправить ситуацию выполняется транспозиция фазных линий, для этого устанавливаются специальные опоры. Эти дорогостоящие сооружения не отличаются особой прочностью. Такие опоры не особо стремятся устанавливать, предпочитая пожертвовать качеством электроэнергии, чем надежностью ЛЭП.

Опасность и последствия

Считается, что наиболее значимые последствия несимметрии связаны с низким качеством электроэнергии. Это, безусловно, так, но нельзя забывать и о других негативных воздействиях. К таковым относится образование уравнительных токов, вызывающих увеличение расхода электрической энергии. В случае с трехфазным автономным электрическим генератором это также приводит к повышенному расходу дизеля или бензина.

При равномерном подключении нагрузки, геометрическая сумма проходящих через нее токов была бы близкой к нулю. Когда возникает перекос, растет уравнительный ток и напряжение смещения. Увеличение первого приводит к росту потерь, второго – к нестабильному функционированию бытовых приборов или другого оборудования, срабатыванию защитных устройств, быстрому износу электроизоляции и т.д.

Перечислим, какие последствия можно ожидать, когда появляется перекос:

1. Отклонение фазного напряжения. В зависимости от распределения нагрузок возможно два варианта:

• Напряжение выше номинального. В этом случае большинство электрических устройств, оставленных включенными в бытовые розетки, с большой вероятностью выйдут из строя. При срабатывании защиты результат будет менее трагическим.
• Напряжение падает ниже нормы. Увеличивается нагрузка на электродвигатели, происходит падение мощности электромашин, растут пусковые токи. Наблюдаются сбои в работе электроники, устройства могут отключиться и не включаться пока перекос не будет устранен.

2. Увеличивается потребление электричества оборудованием.
3. Нештатная работа электрооборудования приводит к уменьшению эксплуатационного срока.
4. Снижается ресурс техники.

Не следует забывать, что перекос может создать угрозу для жизни. При превышении номинального напряжения вероятность КЗ в проводке не велика, при условии, что она не ветхая, а кабель подобран правильно. Более опасны в этом случае электроприборы, подключенные к сети. Когда появляется перекос, может произойти КЗ на корпус или возгорания электроприбора.

Защита от перекоса фаз в трехфазной сети

Наиболее простой, но, тем не менее, эффективный способ минимизировать негативные последствия описанного выше отклонения – установить реле контроля фаз. С внешним видом такого устройства и примером его подключения (в данном случае после трехфазного счетчика), можно ознакомиться ниже.

Реле контроля фаз (А) и пример схемы его подключения (В)

Данный трехфазный автомат может обладать следующими функциями:

1. Производить контроль амплитуды электротока. Если параметр выходит за установленные границы, нагрузка отключается от питания. Как правило, диапазон срабатывания прибора можно настраивать в соответствии с особенностями сети. Данная опция имеется у всех приборов данного типа.
2. Проверка очередности подключения фаз. Если чередование неправильное питание отключается. Данный вид контроля может быть важен для определенного оборудования. Например, при подключении трехфазных асинхронных электромашин от этого зависит, в какую сторону будет происходить вращение вала.
3. Проверка обрыва на отдельных фазах, при обнаружении такового нагрузка отключается от сети.
4. Функция отслеживает состояние сети, как только появляется перекос, происходит срабатывание.

Совместно с реле контроля фаз можно использовать трехфазные стабилизаторы напряжения, с их помощью можно несколько улучшить качество электроэнергии. Но данный вариант не отличается эффективностью, поскольку такие приборы сами могут взывать нарушение симметрии, помимо этого на стабилизаторах возникают потери.

Лучший способ симметрировать фазы – использовать для этой цели специальный трансформатор. Этот вариант выравнивания фаз может дать результаты, как при неправильном распределении однофазных нагрузок на автономный 3-х фазный генератор электроэнергии, так и в более серьезных масштабах.

Защита в однофазной сети

В данном случае повлиять на внешние проявления системы электроснабжения не представляется возможным, например, если фазы перегружены, потребители электроэнергии не могут исправить ситуацию. Все, что можно сделать, это обезопасить электрооборудование путем установки реле напряжения и однофазного стабилизатора.

Имеет смысл установить общее стабилизирующее устройство на всю квартиру или дом. В этом случае необходимо высчитать максимальную нагрузку, после этого добавить запас 15-20%.. Это запас на будущее, поскольку со временем количество электрооборудования может увеличиться.

Совсем не обязательно подключать к стабилизатору сети все оборудование, некоторые виды приборов (например, электропечи или бойлеры), могут быть подключены к реле напряжения (через АВ)  напрямую. Это позволит сэкономить, поскольку устройства меньшей мощности стоят дешевле.

www.asutpp.ru

Фазное напряжение: стандартизация параметров и особенности

Фазное напряжение – это разница потенциалов между фазным проводом и нейтралью.

Общая информация

Векторные диаграммы

В современных сетях доминируют трёхфазные напряжения. Под фазой понимается электрический сигнал синусоидальной формы. Он описывается на векторной диаграмме вращающимся отрезком. Векторные диаграммы строят для упрощения описания многих процессов. К примеру, напряжение на конденсаторе отстаёт от тока, но человеческому разуму сложно воспринять указанный факт. На диаграмме картина получается наглядной. Векторы становятся неотъемлемой частью электрических расчётов, когда сеть становится сложнее.

Чтобы понять термин фазное напряжение, полагается представлять, как строятся диаграммы. Синусоида обозначается на ней вращающимся против часовой стрелки отрезком. Частота совпадает с присутствующей в сети, но в расчётах часто применяется иной параметр. Формулы часто содержат известное число Пи. Однажды Хэвисайд пытался создать рационализованную систему измерений, исключив упомянутый недостаток. Но убирая число Пи из одних формул, он неизменно видел его в прочих, что считается фундаментальным следствием потенциальных полей, к которым относится и электрическое.

Хэвисайд не добился успеха, современные физики применяют другую хитрость, чтобы избавиться от ненужных повторов. Введённое понятие круговой частоты постоянно применяется в технике. Численно величина равна произведению удвоенного числа Пи на частоту сети, выраженную в Гц. Круговой названа за сходство с формулой по вычислению длины окружности. Иных толкований термина не встречается.

Иногда круговая частота называется циклической и численно равна угловой скорости вращения ротора генератора. На графике синусоида строится по круговой частоте. В противном случае не удалось бы согласовать вращение вектора столь простым образом. 2 Пи – период школьной синусоиды, знакомой с юных лет. Чтобы не ломать график, приходится добавлять множитель. В противном случае моменты прохождения синусоиды через нуль не совпадают с векторной диаграммой.

Параметры векторных диаграмм

Любой синусоидальный процесс на векторной диаграмме представлен вращающимся отрезком, имеющим длину и некую фазу. Первое на физическом плане обозначает амплитуду (напряжения, тока), второе – положение в полярных координатах. При одной частоте векторы вращаются синхронно, но на реактивных элементах происходит сдвиг. Ёмкостное сопротивление обусловливает опережение тока относительно напряжения на 90 градусов. Физически пустой конденсатор начинает быстро заряжаться, процесс постепенно затухает. В итоге напряжение с запозданием достигает полного значения.

На индуктивности ток всегда отстаёт, не способный набрать полного значения в силу наличия потокосцепления между витками. Напряжение изменяется скачком, а ток постепенно доходит до нужного значения. В промышленных сетях получается, что один параметр уже падает, а второй ещё не достиг пика. Это называется сдвигом фаз, описывающим реактивную мощность сети. Это негативный эффект, для его устранения индуктивные и ёмкостные составляющие стараются взаимно скомпенсировать. Параллельно работающим двигателям включаются блоки конденсаторов.

Векторные диаграммы используются для расчёта сложных процессов, происходящих в цепи. К примеру, наличие трансформатора на подстанции однозначно обусловливает наличие реактивной составляющей. Ток здесь неизменно отстаёт от фазного напряжения. Зато сопротивление передающей линии ёмкостное, происходит компенсация. Настолько сильная, что для борьбы с негативным эффектом приходится ставить реакторы – индуктивные сопротивления высокого класса напряжения. Получается неразумная и нерентабельная конструкция, но приходится мириться.

Постоянный ток векторными диаграммами не анализируют. В его цепях реактивные сопротивления не вызывают сдвига фаз. Процесс происходит на конденсаторах, носит кратковременный характер. По указанной причине постоянный ток рекомендован для передачи на большие расстояния. Исчезают потери на излучение, снижается коронный эффект. Как результат, возможно передавать больше и качественнее. Потребуется построить преобразователи на подстанции у потребителя, но уже просчитано, что ситуация экономически целесообразна.

Стандартизация параметров переменного напряжения

Фазное напряжение представляет синусоиду на графике и вращающийся вектор на диаграмме. В идеальном случае. В действительности параметры сети нормируются по ГОСТ 13109, где указаны требования к показателям. Руководствоваться документацией сейчас нужно с осторожностью, по указу правительства страна перешла на фазное напряжение 230 В. Теперь в сети нет 380 В, вместо них – 410 В. Лампочки накала, изготовленные на 220 В, служат меньше в таких условиях. Изменения закреплены в ГОСТ 29322-2014 (IEC 60038-2009).

Проще продемонстрировать фазное напряжение на обычных сетях 220 В. Разница потенциалов между проводами — искомая величина. Фазное напряжение измеряется между линией и схемной землёй. Так дело обстоит в обычной квартире, но на производстве иначе. Там каждая фаза рассматривается в совокупности с прочими. Нейтраль порой отсутствует. Тогда напряжение между фазами называют линейным. Фазное вводится для распознавания типа сети (наличие нейтрали).

Новый ГОСТ 29322 вводит понятие сетей 60 Гц. Фаз предусмотрено две или три. Тогда указываются две цифры. К примеру, 230/400 или 120/240. Легко заметить, что отношения между цифрами в каждой паре разные. Фазные напряжения указаны на первом месте, линейные – через дробь. Это помогает уточнить топологию. Сети по структуре неодинаковы, фазное напряжение позволяет судить об этом точно.

Если указана пара 230/400 В, электрик сразу видит, что отношение цифр равняется корню из трёх. Значит, система трёхфазная. Тогда ищут дополнительные сведения – изолированная нейтраль либо глухозаземлённая. Что касается цифр 120/240, уточнив частоту (60 Гц), возможно с определённостью сказать, что это однофазная сеть с топологией из трёх проводов. Фазы подаются через трансформатор (допустим) с нейтралью в общей точке. Подобная схема применялась в довоенной Германии и кое-где используется поныне. В последнем случае применяются при необходимости двухполюсные автоматы.

В связи со сказанным заметим, что номинал напряжения поменялся, но ГОСТ 13109 не учёл пока означенного факта. Там обсуждается устаревшее ныне значение 380 В. Впрочем, параметрами допустимо руководствоваться для определённых случаев. ГОСТ 13109 числится как действующий, параллельно введён дополнительный документ – ГОСТ Р 54149. Документ нормирует допуски, как:

1. Отклонение амплитуды напряжения – 5 — 10% в каждую сторону в зависимости от отдельно взятого случая.
2. Колебания напряжения.
3. Несинусоидальность.
4. Несимметрия (для многофазных цепей).
5. Отклонение частоты от 0,2 до 0,4 Гц и пр.

Легко заметить, что самые жёсткие требования предъявляются к частоте. Это важнейший параметр фазного напряжения. Новый ГОСТ Р 54149 вводит понятия асинхронных систем передачи энергии, где требования к частоте заметно мягче. Допускаются отклонения частоты в 1 Гц в 95% времени. В течение оставшихся 5% допускается отклонение по 5 Гц в каждую сторону.

Указанные значения, видимо, связаны с линиями передач, потому что сегодня редко встречается оборудование, неспособное противостоять скачкам по частоте. К примеру, большая часть двигателей управляется напряжением. С ростом переменой частоты негативно изменяется реактивное сопротивление сети. Точнее – увеличивается его индуктивная составляющая и уменьшается ёмкостная, усугубляя обстановку. Индуктивную часть и так стремятся компенсировать включением блоков конденсаторов для снижения реактивной мощности.

Понижение частоты смотрится более выгодным — дисбаланс уменьшается. Но это ухудшает передачу напряжения через трансформаторы, вдобавок поля – на обмотках двигателя. Возможно, соображения окажутся учтены при рассмотрении научными кругами возможности перехода на повышенную частоту питания сетей. Допустим, 700 Гц, как предлагал Никола Тесла. В конце XIX века этому препятствовало отсутствие электротехнической стали для трансформаторов, сегодня подобное ограничение нельзя рассматривать серьёзно.

Частота, амплитуда и действующее значение фазного напряжения

Частота фазного напряжения рассмотрена выше. Для построения синусоиды параметр умножается на 2 Пи, чтобы привести колебания физического процесса к периоду графика. От частоты сети зависит скорость вращения двигателей, но не слишком сильно. Сейчас мало причин для столь строгих ограничений, рамки будут расширяться. К примеру, работа электронного трансформатора не зависит от частоты, время его переключения задаётся RC-цепочками и характеристиками биполярных транзисторов.

Если говорить точнее, частота влияет на конструкцию двигателя, но меньше напряжения. Грань различия способны провести лишь специалисты. Гораздо более важным параметром считается амплитуда фазного напряжения. Когда в документации пишут «220 В», подразумевается действующее значение. В этом случае применяется приведение мощности, производимой переменным током, к постоянному. Осуществляется процедура по закону Джоуля-Ленца. Находится мощность переменного тока, делится на ток, получается некое напряжение, производящее идентичный тепловой эффект, как при постоянном токе.

Все фазные напряжения даются в действующих значениях. Помните при расчётах изоляции. Известно, что дуга возникает вне зависимости от характеристики тока — переменный или постоянный. Но в первом случае амплитуда при аналогичной передаваемой мощности окажется выше. В контакторах дуга зажигается на пике, а гаснет самопроизвольно, когда напряжение переходит через нуль. Эта важная особенность учитывается при конструировании реле. Аналогичным образом ток, находимый по расчётам, тоже действующий.

Чтобы найти амплитуду напряжения, нужно действующее значение умножить на корень из двух. Для сетей 220 В выходит 311. Такова амплитуда фазного напряжения в розетке до принятия правительством решения о повышении. Теперь действующее значение – 230, амплитуда – 325. Это учитывается при проектировании входных цепей аппаратуры. Включая виды:

Фазное напряжение, как правило, служит для однозначного и краткого обозначения бытовых цепей, линейное применяется в промышленности. Часто слышны разговоры про 220 и 380 В. При этом не возникает сомнений, о чем речь. Но, говоря так, люди не подозревают, что оперируют фазным и линейным напряжением. Читатели теперь могут похвастаться знанием того, о чем говорят.

vashtehnik.ru

Напряжение между двумя фазами — Всё о электрике в доме

Линейное и фазное напряжение – отличие и соотношение

В этой краткой статье, не вдаваясь в историю сетей переменного тока, разберемся в соотношениях между фазными и линейными напряжениями. Ответим на вопросы о том, что такое фазное напряжение и что такое линейное напряжение, как они соотносятся между собой и почему эти соотношения именно таковы.

Ни для кого не секрет, что сегодня электроэнергия от генерирующих электростанций подается к потребителям по высоковольтным линиям электропередач с частотой 50 Гц. На трансформаторных подстанциях высокое синусоидальное напряжение понижается, и распределяется по потребителям на уровне 220 или 380 вольт. Где-то сеть однофазная, где-то трехфазная, однако давайте разбираться.

Действующее значение и амплитудное значение напряжения

Прежде всего отметим, что когда говорят 220 или 380 вольт, то имеют ввиду действующие значения напряжений, выражаясь математическим языком – среднеквадратичные значения напряжений. Что это значит?

Это значит, что на сомом деле амплитуда Um (максимум) синусоидального напряжения, фазного Umф или линейного Umл, всегда больше этого действующего значения. Для синусоидального напряжения его амплитуда больше действующего значения в корень из 2 раз, то есть в 1,414 раза.

Так что для фазного напряжения в 220 вольт амплитуда равна 310 вольт, а для линейного напряжения в 380 вольт амплитуда окажется равной 537 вольт. А если учесть, что напряжение в сети никогда не бывает стабильным, то эти значения могут быть как ниже, так и выше. Данное обстоятельство всегда следует учитывать, например выбирая конденсаторы для трехфазного асинхронного электродвигателя.

Фазное сетевой напряжение

Обмотки генератора соединены по схеме «звезда», и объединены концами X, Y и Z в одной точке (в центре звезды), которая называется нейтралью или нулевой точкой генератора. Это четырехпроводная трехфазная схема. К выводам обмоток A, B и C присоединяются линейные провода L1, L2 и L3, а к нулевой точке — нейтральный провод N.

Напряжения между выводом A и нулевой точкой, B и нулевой точкой, С и нулевой точкой, – называются фазными напряжениями, их обозначают Ua, Ub и Uc, ну а поскольку сеть симметрична, то можно просто написать Uф — фазное напряжение.

В трехфазных сетях переменного тока большинства стран стандартное фазное напряжение равно приблизительно 220 вольт — напряжение между фазным проводом и нейтральной точкой, которая обычно заземляется, и ее потенциал принимается равным нулю, потому она и называется еще нулевой точкой.

Линейное напряжение трехфазной сети

Напряжения между выводом A и выводом B, между выводом B и выводом C, между выводом C и выводом A, – называются линейными напряжениями, то есть это напряжения между линейными проводниками трехфазной сети. Их обозначают Uab, Ubc, Uca, или можно просто написать Uл.

Стандартное линейное напряжение в большинстве стран равно приблизительно 380 вольт. Легко заметить в данном случае, что 380 больше 220 в 1,727 раза, и, пренебрегая потерями, ясно, что это квадратный корень из 3, то есть 1,732. Безусловно, напряжение в сети все время в ту или другую сторону колеблется в зависимости от текущей загруженности сети, но соотношение между линейными и фазными напряжениями именно таково.

Откуда взялся корень из 3

В электротехнике часто применяют векторный метод изображения синусоидально изменяющихся во времени величин напряжений и токов. Метод основан на положении, что при вращении некоторого вектора U вокруг начала координат с постоянной угловой скоростью ω, его проекция на ось Y пропорциональна синусу ωt, то есть синусу угла ω между вектором U и осью Х, который в каждый момент времени определен.

График зависимости величины проекции от времени есть синусоида. И если амплитуда напряжения — это длина вектора U, то проекция, которая меняется со временем — это текущее значение напряжения, а синусоида U(ωt) отражает динамику напряжения.

Так вот, если теперь изобразить векторную диаграмму трехфазных напряжений, то получится, что между векторами трех фаз одинаковые углы по 120°, и тогда если длины векторов — это действующие значения фазных напряжений Uф, то чтобы найти линейные напряжения Uл, необходимо вычислить РАЗНОСТЬ любой пары векторов двух фазных напряжений. Например Ua – Ub.

Выполнив построение методом параллелограмма, увидим, что вектор Uл = Uа + (-Ub), и в результате Uл = 1,732Uф. Отсюда и получается, что если стандартные фазные напряжения равны 220 вольт, то соответствующие линейные будут равны 380 вольт.

Статьи и схемы

Полезное для электрика

Сразу расскажу для чего необходимо самостоятельно в своей квартире или доме измерять в Вольтах напряжение.

Во-первых. для того что бы убедится в исправности электрической розетки, выключателя, светильника- Мы проверяем на их контактах наличие напряжения, которое должно соответствовать 220 Вольтам с допустимыми отклонениями для домашней электросети.

Во-вторых. если напряжение в электропроводки будет значительно выше допустимых пределов, то как показала практика- это является очень часто причиной поломки электроники, бытовой техники и перегорания ламп в светильниках. Причем не только превышение или перенапряжение в электросети опасно, но так же, но конечно в меньшей степени- опасно снижение ниже допустимой величины напряжения, в таких условиях, как правило ломается компрессор холодильника.

Допустимые значения напряжения, причины скачков.

Согласно требованиям ГОСТа 13109, значение напряжения в домашней электрической сети должно быть в пределах 220В ±10% ( от 198 Вольт до 242 Вольт). Если в вашем доме или квартире стали тускло гореть, моргать лампочки или, вообще они часто перегорают, не стабильно работает бытовая техника и электроника- рекомендую сразу по максимуму все выключить и проверить значение напряжения в электропроводке.

Если Вы зарегистрировали скачки напряжения, то чаще всего в периодическом снижении ниже допустимого уровня виноваты соседи по дому или улице. Так как к линии, идущей от подстанции не только Вы подключены, но и ваши соседи. Это обычно характерно для частных или индивидуальных домов, в случаях, если другой человек, а тем более если несколько, на той же линии включат мощный потребитель, который периодически меняет уровень энергопотребления, например сварочный аппарат, станок и т. д.

Второй вариант касается всех, но чаще встречается в многоквартирных домах. Если в щите на 380 Вольт отгорит ноль, все квартиры начинают получать электроэнергию в аварийном режиме. Причем, в зависимости от нагрузки на каждую фазу, в одной квартире будет перенапряжение в другой наоборот- падение.

Почему это происходит? Потому что на этажный щиток приходит 3 фазы + ноль = заземляющий проводник. Каждая квартира подключается к одной фазе, нулю и заземлению (для 3 проводных линий).

Квартиры сидят на разных фазах, потому что необходимо обеспечить равномерную нагрузку на все 3 фазы для нормальной работы всей электросети до подстанции. Так вот напряжение между фазами 380 Вольт, а между фазой и нулем (заземлением )- 220 Вольт.

Получается что все нулевые проводники сведены в одну точку (смотрите справа схему), и при пропадании (обрыве) нулевого проводника- все квартиры начинают запитываться без него только фазами, которые оказываются подключенными в звезду.

Что такое линейное и фазное напряжение.

Знание этих понятий очень важно для работы в электрощитах и с электротехническими устройствами, работающими на 380 Вольт. Если у Вас обычная квартира и Вы не собираетесь работать в электрощитах, то этот пункт можете пропустить т. к. у Вас в квартире только фазное напряжение 220 вольт.

В большинстве частных или индивидуальных домов так же на электрощит или счетчик приходит только 2 (фаза и ноль ) или 3 (+заземление) провода, что означает присутствие в вашей квартире или доме напряжения 220 Вольт. Но если приходит 4 или 5 проводов то, это означает что Ваш дом (бывает и в гаражах, и особенно в офисах) подключен к сети 380 Вольт.

Напряжение между любыми двумя из трех фазами линии электропитания называется линейным, а между любой фазой и нулем- фазным.

В нашей стране линейное напряжение у электропотребителей равно 380 Вольтам (измеряется между фазами), а фазное- 220 Вольт. Смотрите на рисунке слева.

Бывают и другие значения в электросистеме нашей страны, но фазное всегда меньше линейного на корень квадратный из трех.

Как проверить напряжение.

Для измерения напряжения электрического тока служат следующие измерительные приборы:

1. Вольтметр. хорошо знакомый всем с уроков физики. В повседневной жизни он не используется.
2. Мультиметр. обладающий многочисленными функциями, в том числе и измерения величины тока и напряжения. Рекомендую почитать нашу статью: «Как пользоваться мультиметром ».
3. Тестер — то же самое что и мультиметр, только механической стрелочной конструкции.

Внимание, при измерении источников постоянного тока (какие к ним относят ) необходимо соблюдать полярность.

Как измерить напряжение в розетке, в патроне лампы и т. п.:

1. Проверяем надежность изоляции измерительного прибора, особенно обращаем внимание на щупы, которые обязательно необходимо подключать только в соответствующие проводимым операциям гнезда.
2. Устанавливаем переключатель пределов измерений на приборе в положение измерения переменного напряжения до 250 Вольт (400- для измерений линейного напряжения).
3. Вставляем щупы в розетку или подносим к контактам на лампе, светильнике или любом другом электроприборе.
4. Снимаем показания.

Будьте осторожны- работа проводится под напряжением- не касайтесь руками не изолированных контактов и проводов, находящихся под напряжением.

Как измерить напряжение аккумулятора, батарейки и блока питания.

Все источники постоянного тока необходимо измерять с соблюдением полярности- черный щуп ставим на минусовую клемму, а красный — на плюсовую клемму.

А так все аналогично проводятся как и при проведении вышеописанных измерений в розетке, но только тестер или мультиметр необходимо переключить в режим измерения постоянного тока с пределом выше указанного на АКБ. батарейке или блоке питания.

• Как измерить силу переменного или.
• Как пользоваться мультиметром для.
• Как пользоваться индикаторной.
• Как проверить конденсатор, определить.

Почему на одной фазе 220 а трех фазах 380 вольт?

3-фазное электрическое напряжение, которое на картинке ниже обозначено через R – S – T, при измерении с помощью вольтметра покажет 380 вольт. Но, если каждая фаза показывает 220 вольт, почему же так происходит?

Все очень просто. 380 вольт, 3 фазы, R – S – T образуют фазовые углы по 120 градусов каждый, см. картинку:

Любой из этих углов выглядит как треугольник

Используем правило треугольника: сумма углов в треугольнике равна 180 °, полученный угол RTN и TRN, соответственно (180 ° -120 °) / 2 = 30 градусов.

Таким образом получается, что напряжение 3 фаз – 380 вольт, в то время как одной фазы – 220.

Заморочили человеку голову какими-то треугольниками, градусами и чертежами. Нет в токе никаких геометрических фигур, это АБСТРАКЦИЯ.

А разница такая между фазами происходит из-за того, что между подачами напряжения в каждой из трёх фаз есть разница во времени на треть цикла.

К примеру, для упрощения, представим что частота нашей сети равна 1 Герцу (= 1 оборот генератора в секунду).

После запуска трёхфазного генератора, в первой фазе максимум толчка напряжения произойдёт в 0-й миллисекунде, во второй фазе в 333-й миллисекунде, в третьей фазе в 666-й.

Потом начинается новый цикл, в первой фазе толчок нарастает к 1000-й, во второй в 1333-й, в третьей в 1666-й и так далее.

Так вот, пока в первой фазе ток возбудил свой максимум в 220 к наступившей 2000-й секунде, вторая фаза ещё этого сделать не успела и возбуждена лишь на минус 160, соответственно разница между ними 220-(-160)=380.

Если бы ток шёл в полной противофазе, тогда бы толчки были бы полностью противоположны и были бы равны 220-(-220)=440.

Ну, а почему между фазой и нулём разница в 220 и так понятно, потому что в фазе напряжение 220, а в нуле ноль: 220-0=220

Разница между напряжениями представленная в виде графика:

Анимированное движение тока в трёхфазной сети для наглядности:

Как мы от сюда видим, когда в одном из проводов ток уже движется во всю, в другом проводе ток ещё не полностью разогнался что бы от него «убегать», а в третьем он уже перестал разгоняться.

Трёхфазная сеть – это провод с нулевым потенциалом и три фазных провода с потенциалами 220*sqrt(2)*cos(2*pi*50t), 220*sqrt(2)*cos(2*pi*50t + 2*pi/3) и 220*sqrt(2)*cos(2*pi*50t – 2*pi/3), где sqrt – это квадратный корень. Если взять два любых фазных провода, то между ними будет разность потенциалов 220*sqrt(2)*( cos(2*pi*50t) + cos(2*pi*50t + 2*pi/3) ). Вспоминаем школьную тригонометрию, получаем 220*sqrt(3)*sqrt(2)*cos(. = 381*sqrt(2)*cos(. Таким образом, при действующем значении переменного напряжения между нулём и фазой 220 В между двумя любыми фазами наличествует переменное напряжение 381 (

в избранное ссылка отблагодарить

Одну фазу что бы получить 220 вольт нужно замерить между рабочим нулевым проводником и фазой, а для того что бы получить 380 вольт нужно замерять между двумя фазными проводами. Каждая из трех фаз на ноль даст 220 вольт. Питание поданное по трем фазам называется так из-за «наложения» векторов находящихся относительно друг друга на 120 градусов, в середине находится нулевой проводник получаемый на подстанции, а на подстанцию линией ЛЭП приходит всегда только фазы.

в избранное ссылка отблагодарить

380 – это 220 умножить на корень из 3. Ровно так же, как 127 (помните, когда-то у нас было именно такое напряжение?) – это 220 делить на корень из 3. Штука в том, что если нарисовать соединение трёх фаз «звездой», с нулевым проводом, то получится равносторонний треугольник, нулевой провод при этом соответствует центру симметрии этого треугольника, фазное напряжение (220) – расстоянию от этого центра до вершины, а сторона – межфазному напряжению. В расностороннем треугольнике сторона аккурат в корень из 3 больше расстояния от центра до вершины.

в избранное ссылка отблагодарить

Наконец то я это разгадал))) Амплитудное значение напряжение 1 фазы 310В (Эффективное напряжение 220В), амплитудная разница между двумя фазами 540В, а эффективное как раз и будет 380В, это 540в/(корень из 2). Корень из 2 это усреднение из чистой синусоиды. Частота останется такая же 50 Гц. В различной технике на выходе может и не быть синусоиды и там будут другие как амплитудные значения, так и тип сигнала на выходе, но что бы эффективное напряжение было 22В.

в избранное ссылка отблагодарить

Источники: http://electricalschool.info/main/osnovy/1865-linejjnoe-i-faznoe-naprjazhenie.html, http://jelektro.ru/elektricheskie-terminy/kak_izmerit_naprjazhenie.html, http://www.bolshoyvopros.ru/questions/852361-pochemu-na-odnoj-faze-220-a-treh-fazah-380-volt.html

electricremont.ru

Трехфазные и однофазные сети.Отличия и преимущества.Недостатки

В электрооборудовании жилых многоквартирных домов, а также в частном секторе применяются трехфазные и однофазные сети. Изначально электрическая сеть выходит от электростанции с тремя фазами, и чаще всего к жилым домам подключена сеть питания именно трехфазная. Далее она имеет разветвления на отдельные фазы. Такой метод применяется для создания наиболее эффективной передачи электрического тока от электростанции к месту назначения, а также для уменьшения потерь при транспортировке.

Чтобы определить количество фаз у себя в квартире, достаточно открыть распределительный щит, расположенный на лестничной площадке, либо прямо в квартире, и посмотреть, какое количество проводов поступает в квартиру. Если сеть однофазная, то проводов будет 2 – фаза и ноль. Возможен еще третий провод – заземление.

Если электрическая сеть трехфазная, то проводов будет 4 или 5. Три из них – это фазы, четвертый – ноль, и пятый – заземление. Также число фаз определяется и по количеству автоматических выключателей.

Трехфазные сети в квартирах применяются редко, в случаях подключения старых электроплит с тремя фазами, либо мощных нагрузок в виде циркулярной пилы или отопительных устройств. Число фаз также можно определить по величине входного напряжения. В 1-фазной сети напряжение 220 вольт, в 3-фазной сети между фазой и нолем тоже 220 вольт, между 2-мя фазами – 380 вольт.

Отличия

Если не брать во внимание отличие в числе проводов сетей и схему подключения, то можно определить некоторые другие особенности, которые имеют трехфазные и однофазные сети.

• В случае трехфазной сети питания возможен перекос фаз из-за неравномерного разделения по фазам нагрузки. На одной фазе может быть подключен мощный обогреватель или печь, а на другой телевизор и стиральная машина. Тогда и возникает этот отрицательный эффект, сопровождающийся несимметрией напряжений и токов по фазам, что влечет неисправности бытовых устройств. Для предотвращения таких факторов необходимо заранее распределять нагрузку по фазам перед прокладкой проводов электрической сети.
• Для 3-фазной сети требуется больше кабелей, проводников и выключателей, а значит, денежные средства слишком не сэкономить.
• Возможности однофазной бытовой сети по мощности значительно меньше трехфазной. Если планируется применение нескольких мощных потребителей и бытовых устройств, электроинструмента, то предпочтительно подводить к дому или квартире трехфазную сеть питания.
• Основным достоинством 3-фазной сети является малое падение напряжения по сравнению с 1-фазной сетью, при условии одинаковой мощности. Это можно объяснить тем, что в 3-фазной сети ток в проводнике фазы меньше в три раза, чем в 1-фазной сети, а на проводе ноля тока вообще нет.

Преимущества 1-фазной сети

Основным достоинством является экономичность ее использования. В таких сетях используются трехпроводные кабели, по сравнению с тем, что в 3-фазных сетях – пятипроводные. Чтобы осуществить защиту оборудования в 1-фазных сетях, нужно иметь однополюсные защитные автоматы, в то время как в 3-фазных сетях без трехполюсных автоматов не обойтись.

В связи с этим габариты приборов защиты также будут значительно отличаться. Даже на одном электрическом автомате уже есть экономия в два модуля. А по габаритам это составляет около 36 мм, что значительно повлияет при размещении автоматов в щите на DIN рейке. А при установке дифференциального автомата экономия места составит более 100 мм.

Трехфазные и однофазные сети для частного дома

Расход электроэнергии населением постоянно повышается. В середине прошлого столетия в частных домах было сравнительно немного бытовых устройств. Сегодня в этом плане совсем другая картина. Бытовые потребители энергии в частных домах плодятся не по дням, а по часам. Поэтому в собственных частных владениях уже не стоит вопрос, какие сети питания выбрать для подключения. Чаще всего в частных постройках выполняют сети питания с тремя фазами, а от однофазной сети отказываются.

Но стоит ли трехфазная сеть такого превосходства в установке? Многие считают, что, подключив три фазы, будет возможность пользоваться большим количеством устройств. Но не всегда это получается. Наибольшая допустимая мощность определена в техусловиях на подключение. Обычно, этот параметр составляет 15 кВт на все частное домовладение. В случае однофазной сети этот параметр примерно такой же. Поэтому видно, что по мощности особой выгоды нет.

Но, необходимо помнить, что если трехфазные и однофазные сети имеют равную мощность, то для 3-фазной сети можно применить кабель меньшего сечения, так как мощность и ток распределяется по всем фазам, следовательно, меньше нагружает отдельные проводники фаз. Номинальное значение тока автомата защиты для 3-фазное сети также будет ниже.

Большое значение имеет размер распределительного щита, который для 3-фазной сети будет иметь размеры заметно больше. Это зависит от размера трехфазного счетчика, который имеет габариты больше однофазного, а также автомат ввода будет занимать больше места. Поэтому распределительный щит для трехфазной сети будет состоять из нескольких ярусов, что является недостатком этой сети.

Но у трехфазного питания есть и свои преимущества, выражающиеся в том, что можно подключать трехфазные приемники тока. Ими могут быть электродвигатели, электрические котлы и другие мощные устройства, что является достоинством трехфазной сети. Рабочее напряжение 3-фазной сети равно 380 В, что выше, чем в однофазном типе, а значит, вопросам электробезопасности придется уделить больше внимания. Также дело обстоит и с пожарной безопасностью.

Недостатки трехфазной сети для частного дома

В результате можно выделить несколько недостатков применения трехфазной сети для частного дома:

• Нужно получать техусловия и разрешение на подключение сети от энергосбыта.
• Повышается опасность поражения током, а также опасность возгорания по причине повышенного напряжения.
• Значительные габаритные размеры распредщита ввода питания. Для хозяев загородных домов такой недостаток не имеет большого значения, так как места у них хватает.
• Необходим монтаж ограничителей напряжения в виде модулей на вводном щитке. В трехфазной сети это особенно актуально.

Преимущества трехфазного питания для частных домов

• Есть возможность распределить нагрузку равномерно по фазам, во избежание возникновения перекоса фаз.
• Можно подключать в сеть мощные трехфазные потребители энергии. Это является наиболее ощутимым достоинством.
• Уменьшение номинальных значений аппаратов защиты на вводе, а также снижение сечения кабеля ввода.
• Во многих случаях можно добиться разрешения у компании по энергосбыту на повышение допустимого наибольшего уровня мощности потребления электроэнергии.

В итоге, можно сделать вывод, что практически осуществлять ввод трехфазной сети питания рекомендуется для частных строений и домов с жилой площадью более 100 м². Трехфазное питание особенно подходит тем хозяевам, которые собираются установить у себя циркулярную пилу, котел отопления, различные приводы механизмов с трехфазными электродвигателями.

Остальным владельцам частных домов переходить на трехфазное питание не обязательно, так как это может создать только дополнительные проблемы.

Похожие темы:

electrosam.ru

Трёхфазное напряжение: концепция, преимущества, особенности

Трёхфазное напряжение – это система электрического питания, где используются три фазные линии, со сдвигом по фазе 120 градусов. Это обеспечивает равномерные условия для многих приложений, повышается эффективность.

Возникновение концепции трёхфазного напряжения

Отцом трёхфазного напряжения считают Доливо-Добровольского в России и Николу Теслу – в остальном мире. События, относящиеся к эпохе возникновения предмета спора, происходили в 80-е годы XIX века. Никола Тесла продемонстрировал первый двухфазный двигатель, работая на компанию, где налаживал электрические установки разнообразного назначения. Заинтересованность явлением электризации шерсти домашнего кота привела учёного к великим открытиям. Прогуливаясь в парке с приятелем, Никола Тесла осознал, что сумеет реализовать на практике теорию Араго о вращающемся магнитном поле, причём понадобятся:

1. Две фазы.
2. Сдвиг между ними на угол 90 градусов.

Чтобы показать великое значение открытия, заметим, что трансформатор Яблочкова в указанное время не обрел массовой известности, а опыты Фарадея по магнитной индукции благополучно забыли, записав лишь формулу закона. Мир не хотел знать про:

• переменный ток;
• фазу;
• реактивная мощность.

Генераторы (альтернаторы) и динамо спрямляли напряжение при помощи механического коммутатора. Подобным образом прозябала вся скудная на тот момент отрасль электричества. Эдисон лишь начинал изобретать, никто пока толком не знал про лампочку накала. Кстати, в РФ считают, что устройство изобрёл Лодыгин.

Идея Теслы выглядела революционной, неизвестным оставалось, как получить две фазы с заданным межфазным сдвигом. Молодого учёного мало интересовал вопрос. Он читал про обратимость электрических машин и излучал уверенность, что легко построит генератор, соответствующим образом расположив обмотки. По приводу затруднений не возникало. На начало 80-х годов активно использовался пар, демонстрационную модель предполагалось питать от динамо.

Изображение 3 фаз

Тесла не задавался необходимостью получить определённую частоту. Исследования не проводились, требовалось просто заставить ротор вращаться. Идея реализовалась через токосъёмные кольца. На тот момент коллекторные двигатели постоянного тока снабжались подобными контактами, вывод Теслы неудивителен. Интереснее объяснить выбор количества фаз.

Преимущество трёх фаз

экспериментаторы в голос утверждают о преимуществе трёх фаз перед двумя, но требуется объяснение. Сразу лезут в голову мысли про КПД, вращающий момент и прочее. Но Тесла рисовал в блокнотике сотни конструкций, очевидно, сумел бы расставить полюса, чтобы добиться нужных параметров. Вывод – дело не в конструкции приборов.

Сейчас напряжение 380 В передаётся лишь по трём проводам. Этого нельзя было добиться в первоначальном варианте Николы Теслы. В 1883 году Эдисон массу сил потратил на попытки использовать трёхжильный провод. Очевидно, слышал о демонстрации, устроенной Николой Теслой, и понял опасность ситуации. В цивилизованном мире основную прибыль получает владелец патента, зачем известному изобретателю вытаскивать на свет способного инженера?

Логика Эдисона проста: пользователи увидят, что трёхжильные кабели более дешёвые, нежели четырёхжильные, и откажутся от использования новинок Николы Теслы. Несложно догадаться, что хитроумный план изобретателя цоколя для лампочек накала провалился. И с треском. А виной стал… Доливо-Добровольский. Система Николы Теслы для создания двух фаз требовала наличия четырёх проводов. Одновременно Доливо-Добровольский предлагал передать больше энергии посредством трёх.

Дело здесь в симметрии. Линейные напряжения 380 В в каждый момент оставляют альтернативу для выбора. К примеру, ток с первой фазы способен утечь на вторую или третью. В зависимости от присутствия подходящего потенциала. В результате получается баланс. Если объединить две фазы системы Николы Тесла, получится винегрет. Как следствие, нейтраль в системе Доливо-Добровольского допустимо убрать, если нагрузка симметричная — как часто происходит на практике.

В результате между проводами получается больший вольтаж, что снижает по каждому проходящий ток при прежней мощности. Причём удаётся порой использовать лишь три линии, сказанное касается большинства предприятий. Очевидны выгоды и при создании местных подстанций: нейтраль вторичной обмотки заземляется тут же, не нужно тянуть лишний провод от гидроэлектростанции. Указанные причины стали преимуществами сетей трёхфазного напряжения, сегодня доминирующие. Провода Теслы легко модернизируются на три фазы.

Причина проигрыша Эдисона

Часто встречается мнение, что система Теслы оказалась лучше, поэтому Эдисон проиграл. Сложно сказать, сколько долларов потерял последний, но Николу обвёл по современным меркам на 4,5 млн. долларов. Инфляция! Авторы склонны считать, что Эдисон получил своё. Никола Тесла умел доказать преимущества постоянного тока. К примеру, последний меньше склонен коронировать на проводах, амплитуда не содержит резких выбросов.

Сегодня доказано, что постоянный ток на дальние расстояния передавать выгоднее. Это исключает из рассмотрения реактивные сопротивления сети – индуктивность и ёмкость. Что значительно снижает нестабильную реактивную мощность. XXI век способен стать вторым рождением постоянного тока для передачи его на дальние расстояния. Но смех вызывает неумение Эдисона передавать энергию. Тесла вправе был помочь, тогда приборы постоянного тока сегодня использовались бы наравне с потребителями переменного. Для коллекторных двигателей это лучше – растут КПД и крутящий момент.

Выходит, постоянный ток выгодно передавать. Эдисон попросту не смог найти правильного решения, пытался взять задачу нахрапом, не погружаясь в тылы. Эдисон был чистым практиком и не умел найти столь ухищрённых решений, как преобразователи. А ведь все генераторы середины XIX века имели встроенный коммутатор для спрямления. Оставалось лишь подключить к линии, а на приёмной стороне провести преобразование. И все! Никола блестяще наказал Эдисона, доказывая наличие в мире некой силы, управляющей ходом истории.

переменный ток избрали по причине наличия мощного средства для передачи. Речь о трансформаторе. Впервые сконструированный в 1831 году (либо раньше) Майклом Фарадеем, этот незаменимый элемент современной техники остался без заслуженного внимания. Интерес к устройству вернул Генрих Румкорф пятнадцатью годами позднее, использовав динамо для получения разряда в искровом промежутке. Повышающий трансформатор значительно усиливал эффект. Это прямиком открыло учёным путь к постановке опытов, но суть преобразования не получила заслуженного внимания.

Вместо этого учёные упорно бились над постоянным током. Создавая для него двигатели, приборы освещения и генераторы. Удивительно, зная об обратимости электрических машин, не придумали раньше, как создать униполярный мотор, стоящий сегодня в ручных миксерах и блендерах. Фактически двигатели бытового назначения однофазные. И лишь маленькая часть работает на постоянном токе.

Укажем неявное преимущество. У постоянного тока выше предел безопасности. Возможным видится сделать промышленные сети безвредным для людей. Рассмотрим утверждение подробнее, доводы не очевидны неискушённому читателю.

Смещение и генерация 3-фазного напряжения

Почему постоянный ток безопаснее

Прожжённые электрики говорят, что удар током 220 В не слишком опасен, главное – не попасть под линейное трёхфазное напряжение. Оно выше примерно в корень из трёх раз (в пределах 1,7). Линейным называется напряжение между двумя фазами. За счёт сдвига между ними в 120 градусов получается указанный любопытный эффект. Невежды спрашивают, какая разница при сдвиге 90 градусов. Ответ дан вначале – три фазы образуют симметричную систему. Со сдвигом 90 понадобилось бы четыре.

В результате каждым линейным напряжением питают по полюсу, что существенно упрощает их размножение, когда требуется достичь большой мощности. К примеру, в тяговых двигателях пароходов, где требуется чрезвычайно плавно изменять усилие и приходится применять регуляторы скорости вращения вала. Случается, трёх и даже шести полюсов оказывается мало. Лишь коллекторному двигателю пылесоса достаточно двух.

Итак, между фазами имеется 308 В. Безопасным выглядит, если повысить частоту линии передач до 700 Гц. Тесла установил, что с указанного значения ярко проявляется скин-эффект, ток не проникает глубоко в тело. Следовательно, не наносит существенных повреждений человеку. Учёный демонстрировал языки молний на теле при гораздо больших напряжениях и говорил, что это полезно для здоровья, здорово очищает кожу.

Частота 700 Гц (или выше) не пущена в обиход — при этом существенно увеличивались потери трансформаторов. На момент принятия решения о номиналах первой ГЭС переменного тока не существовало наработок по изготовлению электротехнических материалов. Подробнее предлагаем прочитать в теме электронных трансформаторов. Нет надобности дублировать информацию. По причине отсутствия нужных материалов потери на перемагничивание сильно росли с увеличением частоты. Сегодня подобное не вызывает затруднений на уровне технологии.

Встаёт сложность – экранирование. В годы первых попыток передачи энергии не знали об излучении. Радио делало первые шаги в 90-х годах XIX века. В действительности рост частоты сопровождается резким повышением выброса энергии в пространство. И провода требовалось экранировать, это дорого, требует наличия мощных диэлектриков. Не факт, что современные сети сумели бы решить задачу.

Тесла предлагал передавать энергию через эфир. Для чего построил башню Ворденклиф. Но… промышленники оказались заинтересованы в продаже меди на изготовление проводов и на этом основании отказали учёному в финансировании. Но главное — грядёт время, когда трёхфазное напряжение уйдёт в небытие или будет получаться из преобразователей, и сам Тесла даст ответ, как это сделать.

Точнее, ответ дадут многочисленные патенты и идеи изобретателя. Недаром записи были немедленно изъяты после смерти учёного и тщательно засекречены. Рекомендуем взяться за изучение кавитационных двигателей. Пора мечтать, что машины станут ездить на растительном масле, не загрязняя окружающую среду отвратительным дымом и гарью. Обратите внимание, что все секреты лежат на поверхности и ждут желающего их раскрыть. Возможно, кто-то из читателей сумеет сделать это первым?

vashtehnik.ru

17. Трехфазный источник напряжения. Общая характеристика трехфазных цепей.

Рис. 17.1.

Трехфазные цепи – это сложные цепи синусоидального тока. Они рассчитываются комплексным методом. Минимально необходимое и вместе с тем достаточное число фаз для работы синхронных машин и асинхронных двигателей равно трем. Поэтому в промышленности используются в основном трехфазные цепи.

Прочие причины широкого применения трехфазных цепей совпадают с причинами широкого применения синусоидальных напряжений и токов. В специальных случаях применяются также цепи с другим числом фаз.

Трехфазный источник напряжения – это три источника синусоидального напряжения одинаковой амплитуды, начальные фазы которых отличаются на(рис. 17.1, рис. 17.2):

Поставим в соответствие мгновенным значениям напряжений их комплексы и нарисуем их на векторной диаграмме (рис. 17.3):

, здесь– действующее значение напряжений.

Рис. 17.2.

Рис. 17.3.

Рис. 17.4.

На векторных диаграммах, изображающих трехфазные напряжения и токи, действительную ось направляют вверх, а мнимую – влево (рис. 17.3).

Трехфазный генератор — это синхронная электрическая машина (рис. 17.4, см. также п. 23). Ее статор имеет три обмотки, сдвинутые в пространстве на угол . Ротором служит электромагнит, в обмотках которого течет постоянный ток от отдельного источника. Когда этот магнит вращается в пространстве между обмотками, на их выводах по закону электромагнитной индукции наводятся синусоидальные напряжения, сдвинутые относительно друг друга по фазе на тот же угол.

Замечание. Обмотки статора часто имеют более сложную конструкцию, и в общем случае сдвинуты на угол , гдер — число пар полюсов машины. Однако принцип действия от этого не меняется.

Трехфазный генератор, трансформатор и асинхронный электродвигатель были изобретены русским инженером Михаилом Осиповичем Доливо-Добровольским в последнем десятилетии 19 века. Они составляют основу мировой электроэнергетики.

Каждая из трех составляющих трехфазной цепи называется фазой. Токи и напряжения фазы источника или фазы нагрузки называютсяфазными токами и фазными напряжениями.

Провода линии электропередач, соединяющие фазы источника и нагрузки, называются линейными. Токи в линейных проводах называютсялинейными токами, напряжения между линейными проводами называютсялинейными напряжениями.

Напряжения, токи и мощности фаз источника трехфазного напряжения обозначаются буквами с большими индексами, например: . Напряжения, токи и мощности фаз нагрузки обозначаются буквами с маленькими индексами, например:.

У фаз источника и нагрузки различают начала и концы, которые обозначают соответственно буквами A,B,C, иX,Y,Z, причем для источника напряжения используют большие буквы (рис. 17.1), а для фаз нагрузки — маленькие.

18. Соединение трехфазного источника напряжения и нагрузки звездой

Рис. 18.1.

Трехфазный источник напряжения и трехфазная нагрузка соединяютсязвездойилитреугольником. Соединение звездой показано на рис. 18.1.

Точка соединения всех фаз источника напряжения называется нейтральной(илинулевой) точкой источника и обозначаетсяN. Точка соединения всех фаз нагрузки называется нейтральной (или нулевой) точкой нагрузки и обозначаетсяn.

Провод, соединяющий нейтральные точки источника и нагрузки, называется нейтральным(илинулевым). Он обеспечивает независимую работу фаз цепи. То есть, если в какой-то одной фазе произойдут изменения режима работы, две другие фазы этого «не заметят».

Ток в нейтральном проводе обычно бывает меньше, чем в линейных проводах, поэтому нейтральный провод часто делают тоньше линейных проводов. При симметричной нагрузкеток в нейтральном проводе равен нулю, поэтому в таком случае (например, при подключении трехфазных двигателей или печей)нейтральный проводвообщене используют.

Нейтральный провод часто заземляют и соединяют с ним корпуса электрооборудования (защитное зануление).

Напряжения называются фазными, т.к. это напряжения фаз источника и нагрузки. Напряженияназываются линейными, т.к. это напряжения между линейными проводами. Токиявляются одновременно фазными и линейными, т.к. это одновременно токи фаз источника и нагрузки, а также токи в линейных проводах.

Рис. 18.2.

Рассмотрим уравнения, описывающие состояние рассматриваемой цепи. Согласно 2-му закону Кирхгофа:

Эту связь между фазными и линейными напряжениями можно изобразить на векторной диаграмме (рис. 18.2). Из этого рисунка видна связь действующих значений фазных и линейных напряжений:

.

На трехфазных векторных диаграммах часто ставят буквы, соответствующие точкам схемы эл. цепи, например, A,B,C, N(рис. 18.2).Эти буквы надо понимать как обозначение точек комплексной плоскости, соответствующих изменяющимся по синусоидальному закону электрическим потенциалам точек цепи A, B, C, N.

В нашем случае _N= 0,_A=u_A,_B=u_B,_C=u_C, поэтому уравнение соответствует уравнениюu_AB=_A-_B. Стрелка напряженияна векторной диаграмме направлена от точкиВк точкеА, потому что она получается как разность векторови.

Обратим внимание на то, что в соответствии с тем же уравнением u_AB=_A-_Bстрелка того же напряженияu_ABна схеме цепи по определению направлена от точкиАк точкеВ. Это различие получается оттого, что стрелки на схеме обозначают направление вычисления напряжений и токов, а стрелки на векторных диаграммах — это изображение соответствующих синусоид на комплексной плоскости.

Согласно 1-му закону Кирхгофа , то есть ток в нейтральном проводе равен сумме токов в линейных проводах. Эта связь токов показана на векторных диаграммах рис. 18.3–18.8.

Согласно уравнениям фаз нагрузки (по закону Ома):

Такая связь напряжений и токов для случаев различных нагрузок показана на рис. 18.3 –18.8.

Рис. 18.3.	Рис. 18.4.
Рис. 18.5.	Рис. 18.6.

Векторные диаграммы токов рассмотрим на примерах некоторых конкретных типов нагрузки.

В простейшем случае симметричной резистивной нагрузки (то есть, когда все три фазы нагрузки – это одинаковые резисторы, как в опыте №1 лабораторной работы №4, рис. 18.3) векторная диаграмма токов и фазных напряжений выглядит так, как показано на рис. 18.4. Ток и напряжение каждого элемента нагрузки совпадают по фазе, поэтому соответствующие векторы направлены в одну сторону. Действующие значения всех трех токов одинаковы, поэтому векторы токов имеют одинаковую длину. Сумма фазных токов равна нулю, поэтому ток в нейтральном проводе тоже равен нулю и не показан на диаграмме.

Для несимметричной резистивной нагрузки (когда все три фазы нагрузки – это резисторы, но с разным сопротивлением, рис. 18.5) векторная диаграмма показана на рис. 18.6. Резистивную нагрузку также называют активной. Вектор, изображающий ток в нейтральном проводе, равен сумме векторов, изображающих фазные токи.

Рис. 18.7.

Рис. 18.8.

Для несимметричной нагрузки, состоящей из резистора в фазеa, активно-емкостного элемента в фазеbи активно-индуктивного элемента в фазеc(рис. 18.7), диаграмма показана на рис. 18.8. Основное отличие от рис. 18.6 состоит в сдвигах фаз фазных токов относительно фазных напряжений.

Рис. 18.6.

Типичные виды нагрузки трехфазной цепи – это активная и активно-индуктивная. В опыте №2 лабораторной работы №3 параллельное соединение резистора и конденсатора представляет собой активно-емкостную нагрузку.

Активная мощность трехфазной нагрузки равна сумме мощностей фаз: . Мощности фаз можно измерить, включив ваттметры по схеме рис. 18.6. Каждый ваттметр включен на фазное напряжение и фазный ток соответствующей фазы нагрузки. В случае симметричной нагрузки можно измерить мощность только одной фазы и умножить ее на три.

studfiles.net

Перекос Фаз (Фазных Напряжений) В Трехфазной Электрической Сети « Энергоконтакт

Автор: Евгения

• Сущность явления
• Причины возникновения
• Последствия
• Способы устранения перекоса фаз
• Альтернативная технология.
• Диапазон изменения фазных напряжений.
• Практическое применение.

Сущность явления

Перекос фаз проявляется в трехфазных четырех- (пяти-) проводных сетях с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000 В.

Как правило, низковольтная трехфазная электрическая сеть напряжением 400 В (0,4 кВ)
содержит источники электроэнергии, обмотки которых соединены в «звезду» с выведенным нулем.

Если трехфазная сеть четырехпроводная, то нулевой проводник выполняет две функции. Первая функция: нулевой рабочий проводник служит для подключения однофазных электроприемников. Вторая функция: нулевой рабочий проводник служит для работы защиты.
В пятипроводной сети, каждой из двух перечисленных функций соответствует свой провод.
В низковольтных сетях различают первичные и вторичные источники электроэнергии (источники питания) независимо от способа получения электрической энергии.
К первичным источникам относятся те, которые непосредственно вырабатывают электроэнергию, например электрические генераторы (в качестве привода в них могут быть использованы гидроагрегаты, паровые турбины, дизели, газовые двигатели).
К вторичным источникам относятся те, которые преобразуют электрическую энергию первичных источников, как правило, это трансформаторы, установленные в трансформаторных подстанциях (ТП).

Идеальную модель, отображающую взаимосвязь и взаиморасположение фазных и линейных напряжений можно изобразить в виде равностороннего треугольника с вершинами «А», «B», «С» и центром «0».
Векторы АВ, ВС и CA (лежащие на сторонах треугольника) — это линейные напряжения (380В).
Векторы, проведенные из центра треугольника к его вершинам — 0A, 0B и 0С — это фазные напряжения.
В идеале они равны между собой 0A=0B=0С и сдвинуты друг относительно друга на угол 120°, то есть└A0B=└B0C=└C0A=120°.
Данная модель является идеальной и перекос фазных напряжений в ней отсутствует.

Так как к трансформаторам ТП подключают множество потребителей, в том числе однофазных, то в каждый случайный момент времени можно ожидать, что нагрузки в различных фазах будут различны.
Причем если даже однофазные нагрузки по величине одинаковы, то их включение под нагрузку или отключение не может происходить синхронно. Возникает ситуация RA > RB > RC ≠ 0, где «R» – это сопротивление нагрузки, и, соответственно, «RA» — это спротивление нагрузки на фазе А, «RB» — это спротивление нагрузки на фазе B, «RC» — это спротивление нагрузки на фазе C.

Различие фазных нагрузок по величине и характеру создает условия для возниконовения перекоса фазных напряжений.

Если обратиться к описанному выше равностороннему треугольнику, то графически это будет выглядеть следущим образом: точка 0 в центре треугольника, из которой исходят векторы идеальных фазных напряжений величиной 220В 0A, 0B и 0С, — смещается относительно центра треугольника. Назовем ее 0′. Смещаются и сами векторы фазных напряжений на произвольный угол друг относительно друга. Смещенные векторы фазных напряжений 0’A, 0’B и 0’С не равны между собой, 0’A ≠ 0’B ≠ 0’С.
Напряжение на каждой из фаз меняется с величины в 220 В например на 190В, 240В и 230В соответственно.

Такая ситуация называется перекосом фазных напряжений.

Если бы сопротивления нагрузки были равны, то токи, через них протекающие так же были равны между собой.
Учитывая то, что угол сдвига между ними равен 120°, то их геометрическая сумма равнялась бы нулю.

Однако при их неравенстве в результате суммирования возникает ток I00′, который называется уравнительным. А, следовательно, напряжение U00′, которое называется напряжением смещения.

Перекос фаз (фазных напряжений), как правило, характеризуется неизменностью или одинаковостью линейных напряжений источника и значительным различием по величине фазных напряжений. То есть равносторонний треугольник, образуемый векторами линейных напряжений остается равносторонним треугольником, это означает, что значение трех линейных напряжений соответствует 380В, возможны незначительные отклонения значений, которые называются являются допустимыми.
Значительно смещаются векторы фазных напряжений внутри треугольника, которые соединяют точку внутри треугольника с его вершинами, меняется величина фазных напряжений и угол сдвига между ними.

Причины возникновения перекоса фаз

Условно причины возникновения перекоса фаз можно разделить на внешние и внутренние.

Внутренние причины связаны с потребителями электроэнергии, которые неравномерно загружают фазы сети без учета мощности
однофазных электроприемников, коэффициента одновременности их включения,
подключают мощные двухфазные электроприемники к бытовым розеткам.

В реальной жизни причиной перекоса фаз является неравномерность загрузки не только по величине, но и по характеру нагрузки.
Нагрузка может быть активной (резистивной) — (R) или реактивной: индуктивной (L) или емкостной (С).

Внешние причины возникновения перекоса фаз могут быть связаны с неисправностями
в распределительной сети (например, в высоковольтных линиях электропередач (ЛЭП)
при высокой влажности и дефектах в гирляндах изоляторов или разрядников отдельных фаз) или наличием мощных потребителей, включенных на две фазы, т.е. на линейное напряжение (например, потребители тяговых сетей или электродвигатели электропоездов).

Также причины могут быть комбинированными (внешними и внутренними).

Последствия перекоса фаз

Последствия перекоса фаз проявляются в увеличении электропотребление из сети; в неправильной работе электроприемников, их сбоях, отказах, отключениях, перегорании предохранителей, износе изоляции.

Условно негативные последствия перекоса фаз можно разделить на три группы:

1. Последствия для электроприемников (приборов, оборудования), связанные с их повреждениями, отказами, увеличением износа, уменьшением периода эксплуатации.

а) последствия для однофазных электроприемников
Низкое напряжение вызывает неправильную работу однофазных потребителей: тусклый свет осветительных приборов, длительный нагрев нагревательных приборов, длительный запуск двигательных приборов, сбои в работе компьютеров и т.д. Высокое напряжение вызывает отказы электроприемников из-за износа изоляции, отключение их защитными устройствами, перегорание предохранителей.

б) последствия перекоса фаз для трехфазных электроприемников
Основную часть трехфазных потребителей (потребителей, питающихся от линейного напряжения) составляют электродвигатели, которые приводят в действие погружные и фекальные насосы, приводы автоматических ворот, станочное оборудование и т.д. 
Система управления и контроля запуска таких трехфазных потребителей, как правило, подключается к фазному напряжению. При перекосах фаз система управления запуском (СУЗ) электродвигателя, которая контролирует длительность и факт запуска, работает неустойчиво, т.е. спонтанно выдает команды на его пуск или останов.  Диапазон изменения фазного напряжения жестко регламентируется эксплуатационной документацией (как правило, не допускается перекос более ± 7,5 ÷ 10 % от номинала). Если перекос превысил допустимый предел, то СУЗ дает сбой. При восстановлении уровня фазного напряжения происходит очередной запуск и так далее.
Известно, что режим «пуска в ход» асинхронного двигателя характеризуется кратковременной работой обмоток статора в режиме короткого замыкания (КЗ), т.е. в момент включения двигатель потребляет гораздо больше энергии, чем в процессе работы. Естественно, что частые повторные пуски будут вызывать значительный перегрев изоляции и существенно увеличивать электропотребление из сети.
Возможные негативные последствия такого режима работы — либо отказ в запуске, либо отказ оборудования вследствие перегорания обмоток двигателя.

2. Последствия для источников электроэнергии: увеличение энергопотребления, увеличение потерь электроэнергии при питании от госсети; при питании от  трехфазного автономного источника – механические повреждения (повреждения подшипников валов, подшипниковых щитов генератора и приводного двигателя, закоксовывание форсунок), уменьшение периода эксплуатации источника, увеличение его износа, повышенный расход топлива, масла, охлаждающей жидкости.

3. Последствия для потребителей, связанные с безопасностью, так как ухудшение качества изоляции может привести к:
— электротравматизму;
— возгоранию электропроводки или электроприемников;
а также последствия, связанные с увеличением расходов на:
— электроэнергию;
— расходные материалы для генератора;
— ремонт электроприемников, поврежденных вследствие перекоса фаз;
— приобретение новых электроприемников, отказавших вследствие перекоса фаз.

Способы устранения перекоса фаз

Централизованное решение, позволяющее устранить перекос фаз, отсутствует, так как невозможно обязать всех потребителей подключать одновременно нагрузки, равные по величине и характеру.

Традиционно для обеспечения заданного напряжения на каждой из фаз традиционно используются стабилизаторы напряжения. В бытовых условиях применяют однофазные стабилизаторы напряжения, которые обеспечивают защиты отдельных электроприемников или небольшой их группы.
В промышленных условиях используются трехфазные стабилизаторы напряжения различной мощности, которые  конструктивно состоят из трех однофазных стабилизаторов напряжения.
Принцип их действия таков, что они реагируют на отклонения на каждой отдельно взятой фазе и поднимают или опускают напряжение до необходимого уровня на своей фазе, провоцируя изменения напряжений на двух других фазах и являясь, таким образом, вторичной причиной возникновения перекоса фаз.
Из изложенного выше ясно, что трехфазные стабилизаторы напряжения фактически не решают поставленную перед ними задачу, так как сами провоцируют несимметрию трехфазной системы. Помимо своего основного недостатка трехфазные стабилизаторы напряжения потребляют значительное количество электроэнергии и требуют значительных сервисных расходов, так как обладают низкой надежностью – и электромеханические, и электронные стабилизаторы напряжения  имеют быстроизнашивающиеся и часто отказывающие детали.

Альтернативная технология

Для решения задачи по устранению перекоса фазных напряжений и обеспечения заданного фазного напряжения необходимо использовать технологию, которая позволит выравнивать напряжение не на каждой из фаз по отдельности, а симметрировать фазы между собой, то есть симметрировать всю трехфазную систему — симметрируюзщий трансформатор.
Такое устройство обладает значительно большей эффективностью, оно не только само потребляет меньше электроэнергии, но и снижает электропотребление из сети для электроприемников.

Диапазон изменения фазных напряжений

Симметрирующий трансформатор допускает 100%-ый перекос нагрузки и устраняет перекос фазных напряжений во всем диапазоне их изменений независимо от причины перекоса:
(1) перекос в подводящей питающей сети, вызванный неисправностями в распределительной сети,
(2) неравномерное распределение фазных нагрузок,
(3) подключение мощного потребителя,
(4) комбинированные причины.

Практическое применение

Прикладные задачи, решаемые с помощью применения симметрирующего трансформатора:

• Устранение перекоса фазных напряжений, т.е. выравнивание фаз сети друг относительно друга.
• Равномерное распределение нагрузок по фазам.
• Обеспечение заданной величины фазных напряжений.
• Преобразование трехфазной сети в одно-(двух)фазную:
— с гальванической развязкой
— без гальванической развязки питающей сети и потребителя;
— с изменением (увеличением или уменьшением) выходного напряжения;
• Преобразование трехфазной трехпроводной сети в трехфазную четырехпроводную (т.е. формирование нулевого рабочего проводника для возможности подключения фазной нагрузки).
• Возможность снимать до 50% трехфазной мощности с одной фазы.
• Возможность использования менее мощных генераторов для той же группы потребителей.
• Возможность подключать более мощные электропримники при питании от автономного источника либо при ограничениях на потребляемую мощность из госсети.
• Отогрев конструкций и коммуникаций (при обледенении проводов, промерзании трубопроводов и т.д.).

http://www.rusarticles.com/oborudovanie-statya/perekos-faz-faznyx-napryazhenij-v-trexfaznoj-elektricheskoj-seti-4503817.html

Об авторе

военный энергетик, кандидат технических наук Евдокимов Владимир Викторович

Понравилось это:

Нравится Загрузка…

Похожее

This entry was posted on Май 24, 2011 в 19:09 and is filed under Статьи. Отмечено: фаза. You can follow any responses to this entry through the RSS 2.0 feed. You can leave a response, или trackback from your own site.

energocontakt.wordpress.com