Elektryczność | Notatki elektryka. Porada eksperta

Sieć 3-fazowa. Napięcie sieciowe w sieciach elektrycznych

W każdej gałęzi techniki zawsze można znaleźć rodzaj echa starożytności, a mianowicie nazwy, które odzwierciedlają rodzaj historii rozwoju tego kierunku. I niewiele osób wie, że ta czy inna koncepcja techniczna ma długą drogę do urzeczywistnienia, przyzwyczajenia się, i już na samym początku swoich narodzin wyznaczyła kolejny, często bardzo znaczący krok postęp techniczny. I tak np. wśród terminów elektrycznych często można usłyszeć wyrażenia „napięcie trójfazowe”, „napięcie liniowe”, „stałe” czy „napięcie przemienne” i wiele innych nazw ze słowem „napięcie”.

Najszerzej stosowane w elektrotechnice są sinusoidalne sieci napięciowe prądu przemiennego. Maksymalna wartość napięcia podczas jego wahań nazywana jest amplitudą Ua. Dla takiego napięcia stosowane są dodatkowe jednostki miary - częstotliwość F i faza ψ. Częstotliwość jest określona przez liczbę oscylacji w jednostce czasu, a faza to przesunięcie w czasie tych samych punktów oscylacji. Historycznie zdarzyło się tak, że termin „faza” zaczęto nazywać napięciem przemiennym, jeśli jest częścią układu wielofazowego - zwykle trzech. były kolejnym osiągnięciem elektrotechniki i mają tak wiele zalet, że po prostu nie można obok nich przejść. A najważniejszą z nich jest możliwość bardzo prostego, praktycznie bez wysiłku, uzyskania wirującego pola magnetycznego - podstawowej zasady działania każdego silnika elektrycznego. Rozróżnia napięcie fazowe i liniowe, a jego cechą jest to, że każda z faz ma przesunięcie w stosunku do pozostałych dwóch +/- 120 stopni. napięcie ma uzwojenia wyjściowe, w których przesunięcie fazowe jest strukturalnie określone. Każde z uzwojeń ma koniec i początek: H1-K1, H2-K2, H3-K3. W układzie trójfazowym możliwe są dwie opcje łączenia faz - „gwiazda” i „trójkąt”.

Przy podłączeniu „gwiazdy” wszystkie końce są połączone w jeden punkt – „wyjście 0”, a początki pełnią funkcję końcówek wyjściowych dla generatora i wejścia dla zasilanego z niego urządzenia. W takim układzie napięcie sieciowe jest wartością zmierzoną pomiędzy dowolną parą końcówek wyjściowych H1, H2, H3 i jest oznaczane jako Ulin. Jest jeszcze jedna funkcja sieć trójfazowa- napięcie fazowe. Jest on oznaczony jako Uf i jest mierzony między punktami „wyjście 0” i dowolnymi końcami wyjściowymi K1, K2 i K3. Pomijając szczegóły, należy zauważyć, że na podstawie wykresu wektorowego dla sieci trójfazowej zależność między tymi napięciami wynosi Ulin = V3 * Uf. Podczas łączenia „trójkąta” końce uzwojeń są połączone w pierścień: K1-H1-K2-H2-K3-H3-K1. Każde połączenie „koniec - początek” jest wnioskiem, a jednocześnie napięcie liniowe nie różni się od napięcia fazowego, tj. Ulin = Uf. Interesujące do porównania stałe ciśnienie Udir i amplituda napięcia przemiennego Ua, na przykład, w oparciu o tę samą energię uwalnianą w obciążeniu. W tym przypadku Udir = V2 * Ua.

W ten sposób przez dziesięciolecia gromadziła się wiedza o istocie i naturze elektryczności, a niepostrzeżenie proste pojęcie „napięcia” zyskało pokrewne terminy poszerzające naszą zdolność do wykorzystywania zjawisk przyrody na potrzeby człowieka.

Obwód trójfazowy składa się z trzech głównych elementów: generator trójfazowy, linie przesyłowe ze wszystkim niezbędny sprzęt, odbiorcy (konsumenci). Napięcie między przewodem linii a przewodem neutralnym (Ua, Ub, Uc) nazywa się faza. Napięcie między dwoma przewodami linii (UAB, UBC, UCA) nazywa się liniowy. Aby połączyć uzwojenia z gwiazdą, przy symetrycznym obciążeniu, obowiązuje zależność między prądami i napięciami liniowymi i fazowymi:

13. Odbiorniki symetryczne i niesymetryczne w obwodach trójfazowych, wykresy wektorowe.

.

Schemat wektorowy przy łączeniu odbiornika z gwiazdą w przypadku obciążenia symetrycznego .

14. Prąd w przewodzie neutralnym w obwodach trójfazowych. Przewód neutralny (zero pracy)- przewód łączący punkty zerowe instalacji elektrycznych w trójfazowym sieci elektryczne. Podczas łączenia uzwojeń generatora i odbiornika energii elektrycznej zgodnie ze schematem „gwiazdy”, napięcie fazowe zależy od obciążenia podłączonego do każdej fazy. W przypadku połączenia np. silnik trójfazowy, obciążenie będzie symetryczne, a napięcie między punktami neutralnymi generatora i silnika będzie wynosić zero. Jeśli jednak do każdej fazy podłączone jest inne obciążenie, tzw neutralne napięcie polaryzacji, co spowoduje asymetrię napięć obciążenia. W praktyce może to prowadzić do tego, że niektórzy odbiorcy będą mieli obniżone napięcie, a niektórzy zwiększone. Zbyt niskie napięcie prowadzi do nieprawidłowej pracy podłączonych instalacji elektrycznych, a podwyższone napięcie może dodatkowo prowadzić do uszkodzenia sprzętu elektrycznego lub wystąpienia zdarzenia ogień. Połączenie punktów neutralnych generatora i odbiornika mocy przewodem neutralnym pozwala zredukować neutralne napięcie polaryzacji prawie do zera i wyrównać napięcia fazowe na odbiorniku mocy. Małe napięcie będzie spowodowane tylko rezystancją przewodu neutralnego.

Obwody trójfazowe z przewodem neutralnym nazywane są obwodami czteroprzewodowymi.

Zazwyczaj rezystancja przewodów nie jest brana pod uwagę /

Następnie faza np. odbiornik będzie równy fazie. napięcie generatora. .

Biorąc pod uwagę, że złożone rezystancje są równe, wyznaczane są prądy

Zgodnie z 1 zamówieniem. Prąd Kirchoffa w neutralnym. drut

Z symmetem. np.

Kiedy nosimy np.

Przewód neutralny wyrównuje napięcia fazowe.

15I16 Tryby pracy odbiornika trójfazowego.

Istnieją dwa rodzaje połączeń: w gwiazdę iw delcie. Z kolei po podłączeniu do gwiazdy układ może być trój- i czteroprzewodowy.

połączenie w gwiazdę

Na ryc. 6 przedstawia układ trójfazowy podczas łączenia faz generatora i obciążenia w gwiazdę. Tutaj przewody AA', BB' i CC' są przewodami liniowymi.


Liniowy zwany drutem łączącym początek faz uzwojenia generatora i odbiornika. Punkt, w którym końce faz są połączone ze wspólnym węzłem, nazywa się neutralny(na rys. 6, N i N' to odpowiednio punkty neutralne generatora i obciążenia).

Nazywa się przewód łączący punkty neutralne generatora i odbiornika neutralny(pokazano linią przerywaną na ryc. 6). Nazywa się układ trójfazowy po podłączeniu do gwiazdy bez przewodu neutralnego trójprzewodowy, z przewodem neutralnym czteroprzewodowy.

Wszystkie wielkości związane z fazami są nazywane zmienne fazowe, do linii liniowy. Jak widać na schemacie na ryc. 6, po podłączeniu do gwiazdy, prądy linii są równe odpowiednim prądom fazowym. Jeśli jest przewód neutralny, prąd w przewodzie neutralnym . Jeśli układ prądów fazowych jest symetryczny, to. Dlatego, jeśli zagwarantowana byłaby symetria prądów, przewód neutralny nie byłby potrzebny. Jak zostanie pokazane poniżej, przewód neutralny utrzymuje symetrię napięć na obciążeniu, gdy samo obciążenie jest niezrównoważone.

Ponieważ napięcie u źródła jest przeciwne do kierunku jego pola elektromagnetycznego, napięcia fazowe generatora (patrz rys. 6) działają od punktów A, B i C do punktu neutralnego N; - napięcia obciążenia fazowego.

Napięcia liniowe działają między przewodami liniowymi. Zgodnie z drugim prawem Kirchhoffa dla napięć liniowych można napisać

Zauważ, że zawsze - jako suma napięć w zamkniętej pętli.

Na ryc. 7 prezentowanych schemat wektorowy dla symetrycznego systemu naprężeń. Jak pokazuje jej analiza (promienie napięć fazowych tworzą boki trójkątów równoramiennych o kątach u podstawy równych 300), w tym przypadku

Jest to zwykle brane pod uwagę w obliczeniach . Wtedy do sprawy bezpośrednia kolejność faz , (w odwrotna kolejność faz przesunięcia fazowe y są zamienione). Biorąc to pod uwagę, na podstawie zależności (1) ... (3) można wyznaczyć kompleksy naprężeń liniowych. Jednak przy symetrii naprężeń wielkości te można łatwo określić bezpośrednio z diagramu wektorowego na ryc. 7. Kierując rzeczywistą oś układu współrzędnych wzdłuż wektora (jego początkowa faza jest równa zero), liczymy przesunięcia fazowe napięć liniowych względem tej osi, a ich moduły wyznaczamy zgodnie z (4). Czyli dla napięć liniowych otrzymujemy: ;.

Połączenie trójkątne

Ze względu na to, że znaczna część odbiorników wchodzących w skład obwodów trójfazowych jest niezrównoważona, ma to bardzo duże znaczenie w praktyce np. w obwodach z oprawy oświetleniowe, zapewniają niezależność trybów pracy poszczególnych faz. Oprócz czteroprzewodowych obwodów trójprzewodowych podobne właściwości mają również przy łączeniu faz odbiornika w trójkąt. Ale fazy generatora można również połączyć w trójkąt (patrz ryc. 8).

W przypadku symetrycznego systemu EMF mamy

.

Tak więc w przypadku braku obciążenia w fazach generatora w obwodzie na ryc. 8 prądów będzie wynosić zero. Jeśli jednak zamienisz początek i koniec którejkolwiek z faz, w trójkącie popłynie prąd zwarcie. Dlatego w przypadku trójkąta konieczne jest ścisłe przestrzeganie kolejności faz łączenia: początek jednej fazy jest połączony z końcem drugiej.

Schemat połączeń faz generatora i odbiornika w trójkącie pokazano na ryc. 9.

Oczywiście, po podłączeniu do trójkąta, napięcia linii są równe odpowiednim napięciem fazowym. Zgodnie z pierwszym prawem Kirchhoffa związek między prądami liniowymi i fazowymi odbiornika jest określony przez zależności

Podobnie prądy liniowe można wyrazić w postaci prądy fazowe generator.

Na ryc. 10 przedstawia schemat wektorowy symetrycznego układu prądów liniowych i fazowych. Jego analiza pokazuje, że przy symetrii prądów

Podsumowując, zauważamy, że oprócz rozważanych połączeń gwiazda-gwiazda i trójkąt-trójkąt, w praktyce stosuje się również schematy gwiazda-trójkąt i trójkąt-gwiazda.

Każda część układu wielofazowego, która ma taką samą charakterystykę prądową, nazywa się faza.
Napięcie fazowe- występuje między początkiem a końcem dowolnej fazy. W inny sposób jest to również definiowane jako napięcie między jednym z przewodów fazowych a przewodem neutralnym.

Liniowy- który jest również definiowany jako międzyfazowy lub międzyfazowy - powstający między dwoma przewodami lub identycznymi zaciskami o różnych fazach. Wskaźnik napięcia fazowego stanowi około 58% liniowych parametrów napięcia. Tak więc w normalnych warunkach pracy wskaźniki liniowe są takie same i przekraczają wskaźniki fazowe o 1,73 razy. W sieci trójfazowej napięcie jest zwykle szacowane na podstawie danych dotyczących napięcia linii. W przypadku linii trójfazowych, które odchodzą od podstacji, ustawia się napięcie liniowe 380 woltów. Odpowiada to fazie 220 woltów.

Tak więc prądy płynące w każdej fazie nazywane są fazą i umownie oznaczane jako IA, IB, IC lub warunkowo If. Prądy w gałęziach obciążenia nazywane są liniowymi. O ich wartości decyduje wartość napięcia fazowe, rodzaj obciążenia. Przy obciążeniu czysto rezystancyjnym prądy są identyczne z napięciami fazowymi, a przy obciążeniu indukcyjnym lub pojemnościowym prądy mogą wyprzedzać lub opóźniać napięcie.

W tradycyjnych sieciach elektrycznych istnieją 2 sposoby podłączenia:

Trójkąt;

Łącząc gałęzie obwodu z trójkątem, koniec jednego uzwojenia jest połączony z początkiem drugiego, tj. otrzymuje się zamkniętą pętlę. Dla każdego węzła obwodu wykonywany jest bilans - suma prądów przychodzących jest równa sumie prądów wychodzących. Przy takim połączeniu i symetrycznym obciążeniu zależność jest spełniona:

Łącząc gałęzie elementów obwodu z gwiazdą, wszystkie końce uzwojeń fazowych są połączone z jednym węzłem 0. Ze względu na fakt, że fazy generatora są połączone szeregowo z fazami odbiorników elektrycznych (obciążenie) , prądy liniowe są równe co do wielkości prądom fazowym:

21. Podłączenie odbiorców prąd trójfazowy we wzór gwiazdy. mody symetryczne i asymetryczne.

Łącząc fazy uzwojenia generatora (lub transformatora) z gwiazdą, ich końce X, Y oraz Z połącz się z jednym wspólnym punktem N, zwany punktem neutralnym (lub neutralnym) (ryc. 3.6). Kończy się faza odbiornika ( Z a, Zb, Zc) są również połączone w jednym punkcie n. Takie połączenie nazywa się połączeniem w gwiazdę.

przewody Aa, Bb oraz Cc połączenie początku faz generatora i odbiornika nazywa się liniowym, drut Nn punkt łączący N generator kropek n odbiornik jest neutralny.

Obwód trójfazowy z przewodem neutralnym będzie czteroprzewodowy, bez przewodu neutralnego - trójprzewodowy.

Strona 8 z 16

W trójfazowej sieci elektrycznej rozróżnia się napięcia liniowe i fazowe.

Liniowy (nazywany również faza-faza lub faza-faza) to napięcie między dwoma przewodami fazowymi.

Faza - między przewodem neutralnym a jednym z faz. Napięcia linii w normalnych warunkach pracy są takie same i 1,73 razy większe niż napięcia fazowe, tj. napięcie między zerem a przewód fazowy(faza) wynosi 58% napięcia sieciowego. Napięcie sieci trójfazowej jest zwykle szacowane przez napięcie liniowe. W przypadku linii trójfazowych wychodzących z podstacji transformatorowej ustala się nominalne napięcie liniowe 380 V, co odpowiada napięciu fazowemu 220 V. W oznaczeniu napięcia znamionowego trójfazowych sieci czteroprzewodowych obie wartości ​są wskazane, tj. 380/220 V. Podkreśla to, że nie tylko trójfazowe odbiorniki mocy dla napięcia znamionowego 380 V, ale także jednofazowe dla 220 V.

Układ trójfazowy Najczęściej spotykane jest napięcie 380/220 V z uziemionym punktem neutralnym, ale w niektórych miejscowościach i spółdzielniach ogrodniczych można znaleźć inne systemy dystrybucji energii. Na przykład trójfazowy o napięciu liniowym 220 V i nieuziemionym (izolowanym) przewodzie neutralnym. Jednofazowe odbiorniki elektryczne 220 V są podłączone do napięcia sieciowego pomiędzy dowolną parą przewodów fazowych, a trójfazowe - do trzech przewody fazowe. Z tym systemem przewód neutralny nie jest wymagane, a nieuziemiony przewód neutralny zmniejsza ryzyko porażenia prądem w przypadku uszkodzenia izolacji. Jednak wykrycie uszkodzeń izolacji w takim układzie jest trudniejsze niż przy uziemionym przewodzie neutralnym.

Opis przejścia prąd elektryczny wzdłuż przewodów towarzyszą straty, a napięcie u odbiorców okazuje się nieco niższe niż na początku linii w podstacji transformatorowej. W celu zapewnienia dopuszczalnych poziomów napięć na całej linii, napięcie na stacji transformatorowej musi być utrzymywane powyżej napięcia nominalnego, tj. nie 380/220 V, ale 400/230 V. W sieciach elektrycznych na terenach wiejskich konsumenci zgodnie zgodnie z obowiązującymi normami odchyłki napięcia 7,5% wartości nominalnej. Oznacza to, że na trójfazowym odbiorniku mocy dopuszczalne jest napięcie 350–410 V, a na jednofazowym 200–240 V.

Odchylenia napięcia. Jednak zdarzają się sytuacje, w których wielkość napięcia wykracza poza dopuszczalne granice. Wraz ze spadkiem napięcia wyraźnie spada natężenie oświetlenia elektrycznego z żarówek, spada wydajność grzejników elektrycznych, a stabilność działania telewizorów i innych urządzeń radioelektronicznych zasilanych z sieci zostaje zakłócona. Wzrost napięcia prowadzi do przedwczesnej awarii lamp elektrycznych i urządzeń grzewczych. Silniki elektryczne są mniej wrażliwe na wahania napięcia.