Suština fenomena
Uzroci
Posljedice
Načini otklanjanja fazne neravnoteže
alternativne tehnologije.
Raspon faznih napona.
Praktična upotreba.
Suština fenomena
Fazni disbalans se manifestuje u trofaznim četvoro- (peto-) žičnim mrežama sa čvrsto uzemljenim neutralom napona do 1000 V.
U pravilu, niskonaponska trofazna električna mreža napona 400 V (0,4 kV)
sadrži izvore električne energije čiji su namotaji spojeni u "zvijezdu" sa nultim izlazom.
Ako je trofazna mreža četverožična, onda nulti provodnik obavlja dvije funkcije. Prva funkcija: nulti radni vodič koristi se za povezivanje jednofaznih električnih prijemnika. Druga funkcija: nulti radni provodnik služi za rad zaštite.
U petožičnoj mreži, svaka od dvije navedene funkcije ima svoju žicu.
U niskonaponskim mrežama razlikuju se primarni i sekundarni izvori električne energije (napajanja), bez obzira na način dobijanja električna energija.
Primarni izvori uključuju one koji direktno proizvode električnu energiju, kao što su električni generatori (hidraulične jedinice, parne turbine, dizel motori, plinski motori se mogu koristiti kao pogon).
Sekundarni izvori uključuju one koji pretvaraju električnu energiju primarnih izvora, u pravilu su to transformatori ugrađeni u transformatorske podstanice (TS).
Idealan model koji prikazuje odnos i međusobnu poziciju faznog i linearnog napona može se prikazati kao jednakostranični trokut sa vrhovima "A", "B", "C" i centrom "0".
Vektori AB, BC i CA (koji leže na stranicama trougla) su linearni naponi (380V).
Vektori povučeni od centra trougla do njegovih vrhova - 0A, 0B i 0C - su fazni naponi.
U idealnom slučaju, oni su međusobno jednaki 0A=0B=0S i pomereni su jedan u odnosu na drugi za ugao od 120°, odnosno └A0B=└B0C=└C0A=120°.
Ovaj model je idealan i u njemu nema neravnoteže faznog napona.
Budući da su na transformatore trafostanice priključeni mnogi potrošači, uključujući i one jednofazne, u svakom slučajnom trenutku može se očekivati da će opterećenja u različitim fazama biti različita.
Štoviše, čak i ako su jednofazna opterećenja iste veličine, tada se njihovo uključivanje pod opterećenjem ili isključenje ne može dogoditi sinhrono. Nastaje situacija RA > RB > RC ≠ 0, gdje je "R" otpor opterećenja, a prema tome, "RA" je otpor opterećenja na fazi A, "RB" je otpor opterećenja na fazi B, "RC" je otpor opterećenja na fazi C.
Razlika u faznim opterećenjima u veličini i prirodi stvara uslove za nastanak neravnoteže faznog napona.
Ako se okrenemo gore opisanom jednakostraničnom trokutu, grafički će to izgledati ovako: tačka 0 u središtu trokuta, iz koje dolaze vektori idealnih faznih napona od 220V 0A, 0B i 0C, pomaknuta je u odnosu na centar trougla. Nazovimo to 0′. Sami vektori faznih napona su pomaknuti za proizvoljan ugao jedan u odnosu na drugi. Pomaknuti vektori faznog napona 0'A, 0'B i 0'C nisu međusobno jednaki, 0'A ≠ 0'B ≠ 0'C.
Napon na svakoj od faza se mijenja od vrijednosti od 220 V, na primjer, do 190V, 240V i 230V, respektivno.
Ova situacija se naziva neravnoteža faznog napona.
Ako su otpori opterećenja jednaki, tada bi i struje koje teku kroz njih bile jednake jedna drugoj.
S obzirom da je posmični ugao između njih 120°, njihov geometrijski zbir bio bi nula.
Međutim, ako nisu jednaki, kao rezultat sumiranja, nastaje struja I00′, koja se naziva izjednačenje. I, prema tome, napon U00', koji se naziva prednapon.
Neuravnoteženost faza (faznih napona), po pravilu, karakteriše nepromjenjivost ili istovjetnost linearnih napona izvora i značajna razlika u veličini faznih napona. Odnosno, jednakostranični trougao formiran od vektora linearnog napona ostaje jednakostraničan trougao, što znači da vrednost tri linearna napona odgovara 380V, moguća su mala odstupanja vrednosti koja se nazivaju prihvatljivim.
Vektori faznog napona unutar trokuta, koji spajaju tačku unutar trougla sa njegovim vrhovima, značajno su pomereni, veličina faznih napona i ugao pomeranja između njih se menjaju.
Uzroci fazne neravnoteže
Uobičajeno, uzroci fazne neravnoteže mogu se podijeliti na vanjske i unutrašnje.
Interni uzroci su povezani sa potrošačima električne energije koji neravnomjerno opterećuju faze mreže bez uzimanja u obzir snage
monofazni električni prijemnici, koeficijent istovremenosti njihovog uključivanja,
priključite moćne dvofazne električne prijemnike na kućne utičnice.
U stvarnom životu, uzrok fazne neravnoteže je neujednačeno opterećenje ne samo u veličini, već iu prirodi opterećenja.
Opterećenje može biti aktivno (otporno) - (R) ili reaktivno: induktivno (L) ili kapacitivno (C).
Vanjski uzroci neravnoteže faze mogu biti povezani s kvarovima
u distributivnoj mreži (na primjer, u visokonaponskim dalekovodima (TL)
sa visokom vlažnošću i defektima na vijenci izolatora ili odvodnika pojedinih faza) ili prisustvom snažnih potrošača povezanih na dvije faze, tj. na linijski napon (na primjer, potrošači vučnih mreža ili elektromotori električnih vozova).
Takođe, razlozi se mogu kombinovati (spoljni i unutrašnji).
Posljedice faznog disbalansa
Posljedice faznog disbalansa očituju se u povećanju potrošnje energije iz mreže; u nepravilnom radu električnih prijemnika, njihovim kvarovima, kvarovima, isključenjima, pregorelim osiguračima, habanju izolacije.
Uslovno Negativne posljedice fazni disbalans se može podijeliti u tri grupe:
1. Posljedice za električne prijemnike (instrumente, opremu) povezane s njihovim oštećenjem, kvarovima, povećanim habanjem i smanjenjem trajanja rada.
a) posljedice za monofazne električne prijemnike
Nizak napon uzrokuje nepravilan rad jednofaznih potrošača: slabo svjetlo rasvjetna tijela, kontinuirano grijanje uređaji za grijanje, produženo paljenje motornih uređaja, kvarovi na računarima itd. Visok napon uzrokuje kvarove električnih prijemnika zbog trošenja izolacije, isključujući ih zaštitnih uređaja, pregoreli osigurači.
b) posljedice neravnoteže faza za trofazne električne prijemnike
Glavni dio trofaznih potrošača (potrošača koji se napajaju mrežnim naponom) su elektromotori koji pokreću potopne i fekalne pumpe, pogone automatska kapija, alatne mašine itd.
Sistem upravljanja i puštanja u rad ovakvih trofaznih potrošača obično je povezan na fazni napon. U slučaju neravnoteže faza, sistem upravljanja startom (CPS) elektromotora, koji kontroliše trajanje i činjenicu pokretanja, je nestabilan, tj. spontano izdaje komande za pokretanje ili zaustavljanje. Opseg varijacije faznog napona strogo je regulisan operativnom dokumentacijom (po pravilu nije dozvoljeno izobličenje veće od ± 7,5 ÷ 10% nominalne vrijednosti). Ako je nagib premašio dozvoljenu granicu, onda CPS ne uspijeva. Kada se nivo faznog napona vrati, dolazi do sljedećeg pokretanja i tako dalje.
Poznato je da je "lansiranje" mod indukcioni motor karakterizira kratkotrajni rad namotaja statora u režimu kratki spoj(KZ), tj. U trenutku uključivanja motor troši mnogo više energije nego tokom rada. Naravno, česta ponovno pokretanje će uzrokovati značajno pregrijavanje izolacije i značajno povećati potrošnju energije iz mreže.
Moguće negativne posljedice ovakvog načina rada su ili neuspješno pokretanje, ili kvar opreme zbog pregaranja namotaja motora.
2. Posljedice na izvore električne energije: povećanje potrošnje energije, povećanje gubitaka električne energije pri napajanju iz državne mreže; kada se napaja iz trofaznog autonomnog izvora - mehanička oštećenja (oštećenje ležajeva vratila, štitnika ležajeva generatora i pogonskog motora, koksovanje injektora), smanjenje perioda rada izvora, povećanje njegovog trošenja, povećana potrošnja gorivo, ulje, rashladna tecnost.
3. Posljedice po potrošače vezane za sigurnost, jer pogoršanje kvaliteta izolacije može dovesti do:
- električna ozljeda;
- paljenje električnih instalacija ili električnih prijemnika;
kao i posljedice povezane s povećanom potrošnjom na:
— električna energija;
— potrošni materijali za generator;
- popravka električnih prijemnika oštećenih zbog neravnoteže faza;
- nabavka novih električnih prijemnika koji su otkazali zbog neravnoteže faza.
Načini otklanjanja fazne neravnoteže
Ne postoji centralizirano rješenje za otklanjanje fazne neravnoteže, jer je nemoguće obavezati sve potrošače da istovremeno priključe opterećenja jednake veličine i prirode.
Tradicionalno, stabilizatori napona se tradicionalno koriste za obezbjeđivanje određenog napona na svakoj od faza. IN uslove za život Koriste se monofazni regulatori napona koji obezbeđuju zaštitu pojedinačnih električnih prijemnika ili njihove male grupe.
U industrijskim uvjetima koriste se trofazni stabilizatori napona različitih kapaciteta, koji se strukturno sastoje od tri monofazna stabilizatora napona.
Princip njihovog rada je takav da reaguju na odstupanja u svakoj pojedinačnoj fazi i podižu ili snižavaju napon u svojoj fazi na traženi nivo, izazivajući promjene napona u druge dvije faze i time bivaju sekundarni uzrok neravnoteže faza.
Iz navedenog je jasno da trofazni stabilizatori napona zapravo ne rješavaju problem koji im je dodijeljen, jer sami izazivaju asimetriju trofazni sistem. Pored svog glavnog nedostatka, trofazni stabilizatori napona troše značajnu količinu električne energije i zahtijevaju značajne troškove servisiranja, jer imaju nisku pouzdanost - kako elektromehaničku tako i elektronski stabilizatori naprezanja imaju dijelove koji se vrlo troše i često pokvare.
Alternativna tehnologija
Da bi se riješio problem otklanjanja neravnoteže faznog napona i osiguravanja datog faznog napona, potrebno je koristiti tehnologiju koja će vam omogućiti da izjednačite napon ne na svakoj od faza posebno, već da uravnotežite faze jedna s drugom, tj. , za balansiranje cijelog trofaznog sistema - balansni transformator.
Takav uređaj je mnogo efikasniji, ne samo da troši manje struje, ali i smanjuje potrošnju energije iz mreže za električne prijemnike.
Opseg faznog napona
Balansni transformator omogućava 100% neravnotežu opterećenja i eliminiše neravnotežu faznog napona u cijelom rasponu njihovih promjena, bez obzira na uzrok neravnoteže:
(1) iskrivljenost u opskrbnoj mreži uzrokovana kvarovima na distributivnoj mreži,
(2) neravnomjerna raspodjela faznih opterećenja,
(3) priključak moćnog potrošača,
(4) kombinovani uzroci.
Praktična upotreba
Primijenjeni zadaci riješeni korištenjem balansnog transformatora:
Otklanjanje neravnoteže faznog napona, tj. poravnanje faza mreže jedna u odnosu na drugu.
Ravnomjerna raspodjela opterećenja po fazama.
Osiguravanje specificirane vrijednosti faznih napona.
Transformacija trofazne mreže u jedno(dvo)faznu:
- sa galvanskom izolacijom
- bez galvanske izolacije napojne mreže i potrošača;
- sa promjenom (povećanjem ili smanjenjem) izlaznog napona;
Transformacija trofazne trožilne mreže u trofaznu četverožičnu mrežu (tj. formiranje nultog radnog vodiča za mogućnost povezivanja faznog opterećenja).
Mogućnost uklanjanja do 50% trofaznog napajanja iz jedne faze.
Mogućnost korištenja manje snažnih generatora za istu grupu potrošača.
Mogućnost povezivanja snažnijih električnih uređaja kada se napajaju iz autonomnog izvora ili uz ograničenja potrošnje energije iz državne mreže.
Grijanje konstrukcija i komunikacija (kod zaleđivanja žica, smrzavanja cjevovoda itd.).
vojni inženjer energetike, kandidat tehničkih nauka Evdokimov Vladimir Viktorovič
Trofazni sistem napajanja- poseban slučaj višefaznih sistema električna kola naizmjenična struja, u kojoj se sinusoidni EMF-i iste frekvencije, stvoreni zajedničkim izvorom, pomaknu jedan u odnosu na drugi u vremenu za određeni fazni kut. U trofaznom sistemu ovaj ugao je 2π/3 (120°).
Višežilni (šestožični) trofazni sistem naizmjenična struja izumeo Nikola Tesla. Značajan doprinos razvoju trofaznih sistema dao je MO Dolivo-Dobrovolsky, koji je prvi predložio tro- i četvorožične sisteme za prenos naizmenične struje, otkrivši niz prednosti niskožičnih trofaznih sistema u odnosu na druge sisteme. , i proveo niz eksperimenata sa asinhronim elektromotorom.
Opis
Svaki od operativnih EMF-a je u svojoj fazi periodičnog procesa, pa se često naziva jednostavno "faza". Takođe, "faze" se nazivaju provodnici - nosioci ovih EMF-a. U trofaznim sistemima, ugao smicanja je 120 stepeni. Fazni provodnici su označeni u Ruskoj Federaciji sa latiničnim slovima L sa digitalnim indeksom 1 ... 3, ili A, B i C.
Uobičajene oznake faznih žica:
| Rusija, EU (iznad 1000V) | Rusija, EU (ispod 1000V) | Njemačka | Danska |
|---|---|---|---|
| ALI | L1 | L1 | R |
| B | L2 | L2 | S |
| C | L3 | L3 | T |
Prednosti
- Profitabilnost.
- Isplativ prijenos električne energije na velike udaljenosti.
- Manja potrošnja materijala 3-faznih transformatora.
- Manja potrošnja materijala energetskih kablova, jer se sa istom potrošnjom energije smanjuju struje u fazama (u poređenju sa jednofaznim strujnim krugovima).
- Balans sistema. Ovo svojstvo je jedno od najvažnijih, jer u neuravnoteženom sistemu postoji neravnomjerno mehaničko opterećenje elektrane, što značajno smanjuje njen vijek trajanja.
- Mogućnost lakog dobijanja kružne rotacije magnetsko polje neophodna za rad elektromotora i niza drugih električnih uređaja. Motori sa 3 faze (asinhroni i sinhroni) su jednostavniji od motora jednosmerna struja, jednofazni ili 2-fazni, i imaju visoke stope efikasnosti.
- Mogućnost dobijanja u jednoj instalaciji dva radna napona - fazni i linearni, i dva nivoa snage kada se spoje na "zvijezdu" ili "trokut".
- Mogućnost naglog smanjenja treperenja i stroboskopskog efekta svetiljki na fluorescentne lampe postavljanjem tri lampe (ili grupe sijalica) napajanih različitim fazama u jednu svetiljku.
Zbog ovih prednosti, trofazni sistemi su najčešći u današnjoj elektroprivredi.
Šeme povezivanja za trofazna kola
Star
Zvezda je takva veza kada su fazni krajevi namotaja generatora (G) povezani na jednu zajedničku tačku, koja se naziva neutralna tačka ili neutralan. Krajevi faza namotaja potrošača (M) također su spojeni na zajedničku točku.
Zovu se žice koje povezuju početak faze generatora i potrošača linearno. Žica koja povezuje dva neutralna elementa naziva se neutralna.
Trofazno kolo, koji ima neutralnu žicu, naziva se četverožični. Ako nema neutralne žice - trožilni.
Ako su otpori Z a, Z b, Z c potrošača jednaki jedni drugima, onda se takvo opterećenje naziva simetrično.
Linearne i fazne veličine
Napon između fazne žice i neutralnog (U a, U b, U c) naziva se faza. Napon između dvoje fazne žice(U AB , U BC , U CA) se naziva linearnim. Za spajanje namotaja sa zvijezdom, sa simetričnim opterećenjem, vrijedi odnos između linearnih i faznih struja i napona:
I L = I F ; U L = 3 × U F (\displaystyle I_(L)=I_(F);\qquad U_(L)=(\sqrt (3))\puta (U_(F)))
Lako je pokazati da je linijski napon fazno pomjeren π / 6 (\displaystyle \pi /6) u vezi faze:
UL ab = u F a − u F b = UF [ cos (ω t) − cos (ω t − 2 π / 3) ] = 2 UF sin (− π / 3) sin (ω t − π / 3) = 3 UF cos (ω t + π − π / 3 − π / 2) (\displaystyle u_(L)^(ab)=u_(F)^(a)-u_(F)^(b )=U_(F)[\cos(\omega t)-\cos(\omega t-2\pi /3)]=2U_(F)\sin(-\pi /3)\sin(\omega t- \pi /3)=(\sqrt (3))U_(F)\cos(\omega t+\pi -\pi /3-\pi /2))
U L = 3 U F cos (ω t + π / 6) (\displaystyle u_(L)=(\sqrt (3))U_(F)\cos(\omega t+\pi /6))
Snaga trofazne struje
Za spajanje namotaja sa zvijezdom, sa simetričnim opterećenjem, snaga trofazne mreže je:
P = 3 UFIF cos φ = 3 UL 3 IL cos φ = 3 ULIL cos φ (\displaystyle P=3U_(F)I_(F)cos\varphi =3(\frac (U_(L))(\sqrt (3 )))I_(L)cos\varphi =(\sqrt (3))U_(L)I_(L)cos\varphi )
Posljedice pregaranja (prekidanja) neutralne žice u trofaznim mrežama
Sa simetričnim opterećenjem u trofaznom sistemu, napajanje potrošača linearnim naponom moguće je čak iu odsustvu neutralne žice. Međutim, pri opskrbi opterećenja faznim naponom, kada opterećenje na fazama nije striktno simetrično, prisustvo neutralne žice je obavezno. Kada se pukne ili značajno poveća otpor (loš kontakt), dolazi do tzv. "fazne neravnoteže", zbog čega priključeno opterećenje, projektovano za fazni napon, može biti pod proizvoljnim naponom u rasponu od nule do linearne (specifična vrijednost ovisi o raspodjeli opterećenja po fazama u trenutku prekida neutralna žica). To je često uzrok kvara potrošačke elektronike u stambenim zgradama, što može dovesti do požara. Nizak napon također može uzrokovati kvar opreme.
Problem harmonika koji su višekratnici terce
Moderna tehnologija je sve više opremljena pulsnom mrežom. Preklopni izvor bez korekcije faktora snage troši struju u uskim impulsima blizu vrhova sinusoida napona napajanja tokom intervala punjenja ulaznog ispravljačkog kondenzatora. Veliki broj ovakva napajanja u mreži stvaraju povećanu struju trećeg harmonika napona napajanja. Harmonične struje koje su višestruke trećine, umjesto međusobne kompenzacije, matematički se sabiraju u neutralnom vodiču (čak i sa simetričnom raspodjelom opterećenja) i mogu dovesti do njegovog preopterećenja čak i bez prekoračenja dozvoljene potrošnje energije po fazama. Takav problem postoji, posebno, u poslovnim zgradama sa velikim brojem kancelarijske opreme koja istovremeno radi. Rješenje problema trećeg harmonika je korištenje korektora faktora snage (pasivnog ili aktivnog) kao dijela sklopa proizvedenih prekidačkih izvora napajanja. Zahtjevi IEC 1000-3-2 ograničavaju harmonijske komponente struje opterećenja za uređaje snage 50 W ili više. U Rusiji je broj harmonijskih komponenti struje opterećenja standardiziran standardima GOST R 54149-2010, GOST 32144-2013 (od 1.07.2014.), OST 45.188-2001.
Trougao
Trokut je takva veza kada je kraj prve faze povezan s početkom druge faze, kraj druge faze s početkom treće, a kraj treće faze povezan je s početkom druge faze. prvo.
Odnos između linijskih i faznih struja i napona
Za spajanje namotaja u trokut, sa simetričnim opterećenjem, vrijedi odnos između linearnih i faznih struja i napona:
I L = 3 × I F ; U L = U F (\displaystyle I_(L)=(\sqrt (3))\times (I_(F));\qquad U_(L)=U_(F))
Snaga trofazne struje
Za spajanje namotaja u trokut, sa simetričnim opterećenjem, snaga trofazna struja je jednako:
P = 3 UFIF cos φ = 3 ULIL 3 cos φ = 3 ULIL cos φ (\displaystyle P=3U_(F)I_(F)cos\varphi =3U_(L)(\frac (I_(L))(\sqrt (3)))cos\varphi =(\sqrt (3))U_(L)I_(L)cos\varphi )
Zajednički standardi napona
Označavanje
Provodnici koji pripadaju različitim fazama su označeni različitim bojama. različite boje također označite neutralni i zaštitni vodič. To se radi kako bi se osigurala adekvatna zaštita od oštećenja. strujni udar, kao i za lakoću održavanja, ugradnje i popravke električne instalacije I električna oprema. U različitim zemljama, označavanje provodnika ima svoje razlike. Međutim, mnoge zemlje slijede opšti principi kodiranje u boji provodnici utvrđeni standardom Međunarodne elektrotehničke komisije IEC 60445:2010.
Fazne boje
Svaka faza u trofaznom sistemu ima svoju boju. Razlikuju se u zavisnosti od zemlje. Koriste se boje međunarodnog standarda IEC 60446 (IEC 60445).
| Zemlja | L1 | L2 | L3 | Neutralno / nula | zemlja / zaštitno uzemljenje |
|---|---|---|---|---|---|
| Rusija, Ukrajina, Kazahstan (do 2009), Kina | Žuta | Zeleno | Crveni | Plava | žuta/zelena (prugasta) |
| Evropska unija i sve zemlje koje koriste CENELEC evropski standard od aprila 2004 (IEC 60446), Hong Kong od jula 2007, Singapur od marta 2009, Ukrajina, Kazahstan od 2009, Argentina | Brown | Crni | siva | Plava | žuta/zelena (prugasta) |
| Evropska unija do aprila 2004 | Crveni | Žuta | Plava | Crni | žuta/zelena (prugasta) |
| Indija, Pakistan, Velika Britanija do aprila 2006, Hong Kong do aprila 2009, Južna Afrika, Malezija, Singapur do februara 2011 | Crveni | Žuta | Plava | Crni | žuta/zelena (prugasta) (zeleno u instalacijama prije 1970.) |
Fazni napon i linearni, zvijezda i trokut spoj. U razgovorima profesionalni električariČesto možete čuti ove riječi. Ali ni svaki električar ne zna njihovo tačno značenje. Dakle, šta znače ovi pojmovi? Pokušajmo to shvatiti.
U zoru razvoja elektrotehnike, energija električnih generatora i baterija prenosila se do potrošača preko DC mreža. U Sjedinjenim Državama glavni apologet ove ideje bio je čuveni pronalazač Thomas Edison, a najveće energetske kompanije tog vremena, povinujući se autoritetu "inženjerskog diva", implicitno su je implementirale.
Međutim, kada se postavilo pitanje stvaranja razgranate električne mreže potrošača, napajanih generatorom koji se nalazi na velikoj udaljenosti, što je zahtevalo izradu prvog dalekovoda, pobedio je projekat tada nepoznatog srpskog emigranta Nikole Tesle.
On je radikalno promijenio samu ideju o sistemu napajanja, koristeći generator i AC električne vodove umjesto konstantnih. čime su značajno smanjeni gubici energije, potrošnja materijala i povećana energetska efikasnost.
Ovaj sistem je koristio trofazni alternator koji je stvorio Tesla, a energija se prenosila pomoću naponskih transformatora koje je izumio ruski naučnik P. N. Yablochkov.
Drugi ruski inženjer, M.O. Dolivo-Dobrovolsky, godinu dana kasnije, ne samo da je stvorio sličan sistem napajanja u Rusiji, već ga je i značajno poboljšao.
Tesla je koristio šest žica za generiranje i prijenos energije, Dobrovolsky je predložio da se ovaj broj smanji na četiri modifikacijom veze generatora.
Eksperimentirajući sa stvaranjem generatora, istovremeno je izumio asinhroni elektromotor sa kaveznim rotorom, koji se još uvijek široko koristi u industriji.
Koncept faze postoji samo u krugovima sinusoidne naizmjenične struje. Matematički, takva struja se može predstaviti i opisati jednadžbama rotacionog vektora fiksiranog na jednom kraju u početku. Promjena veličine napona kola tokom vremena će biti projekcija ovog vektora na koordinatnu osu.
Vrijednost ove veličine zavisi od ugla pod kojim se vektor nalazi prema koordinatnoj osi. Strogo govoreći, ugao vektora je faza.
Vrijednost napona se mjeri u odnosu na potencijal Zemlje, koji je uvijek nula. Stoga se žica u kojoj postoji napon izmjenične struje naziva faza, a druga, uzemljena, naziva se nula.
Fazni ugao jednog vektora ne predstavlja veliki praktična vrijednost- u električnim mrežama pravi potpuni okret od 360° za 1/50 sekunde. Gdje veća primena ima relativni ugao između dva vektora.
U krugovima sa takozvanim reaktivnim elementima: zavojnicama, kondenzatorima, formira se između vektora vrijednosti napona i struje. Takav ugao se naziva fazni pomak.
Ako se vrijednosti reaktivnog opterećenja ne mijenjaju u vremenu, tada će fazni pomak između struje i napona biti konstantan. I uz njegovu pomoć možete analizirati i izračunati električne krugove.
U 19. vijeku, kada još nije postojala naučna teorija elektriciteta, a sav razvoj nove opreme se vršio eksperimentalno, eksperimentatori su primijetili da zavojnica žice koja se rotira u konstantnom magnetskom polju stvara električni napon na svojim krajevima.
Tada se pokazalo da se mijenja prema sinusoidnom zakonu. Ako namotate zavojnicu od više zavoja, napon će se proporcionalno povećati. Tako su se pojavili prvi električni generatori koji su potrošačima mogli da obezbede električnu energiju.
Tesla je u generator, razvijen za tada najveću u Sjedinjenim Državama, hidroelektranu Niagara, za efikasnije korištenje magnetnog polja, u njega smjestio ne jedan, već tri.
Za jedan okret rotora, magnetsko polje statora prelazilo je s tri zavojnice odjednom, zbog čega se izlaz generatora povećao za korijen tri puta i iz njega je bilo moguće istovremeno napajati tri različita potrošača.
Eksperimentirajući s takvim generatorima, rani inženjeri elektrotehnike primijetili su da se naponi u namotajima ne mijenjaju istovremeno. Kada, na primjer, u jednom od njih dostigne pozitivan maksimum, u druga dva će biti jednak polovini negativnog minimuma, i tako periodično za svaki namotaj, a za matematički opis takvog sistema, sistem od tri rotirajući vektori sa relativnim uglom između njih od 120° je već bio potreban.
Kasnije se pokazalo da ako su opterećenja u krugovima namota bila vrlo različita, to je značajno pogoršalo rad samog generatora. Pokazalo se da je u velikim razgranatim mrežama isplativije ne vući tri različita dalekovoda do potrošača, već dovesti jedan trofazni dalekovod do njih i već na kraju osigurati ravnomjernu raspodjelu opterećenja u svakoj fazi .
Upravo je ovu shemu predložio Dolivo-Dobrovolsky, kada je jedan izlaz iz svakog od tri namota generatora spojen zajedno i uzemljen, zbog čega njihov potencijal postaje isti i jednak nuli, a električni naponi skinut sa ostala tri terminala namotaja.
Ova šema je nazvana "veza zvijezda". To je još uvijek glavna shema za organiziranje trofaznih električnih mreža.
Hajde da shvatimo šta je fazni napon
Za stvaranje takvih mreža potrebno je provesti strujni vod od generatora do potrošača, koji se sastoji od tri fazne žice i jedne nule. Naravno, u stvarnim mrežama, pojačani i opadajući transformatori su također povezani na oba kraja vodova kako bi se smanjili gubici u žicama, ali to ne mijenja stvarnu sliku mreže.
Neutralna žica je potrebna za fiksiranje potencijala zajedničkog izlaza generatora koji se prenosi na potrošača, jer se u odnosu na njega stvara napon u svakoj faznoj žici.
Tako se fazni napon formira i mjeri u odnosu na zajedničku tačku spajanja namotaja - neutralnu žicu. U dobro izbalansiranoj trofaznoj mreži, minimalna struja teče kroz neutralnu žicu.
Na izlazu trofaznog dalekovoda postoje tri fazne žice: L1, L2, L3 i jedna nula - N. Prema postojećim evropskim standardima, trebale bi imati kodiranje u boji:
- L1 - braon;
- L2 - crna;
- L3 - siva;
- N - plava;
- Žuto-zelena za zaštitno uzemljenje.
Takvi vodovi se dovode do velikih ozbiljnih potrošača: preduzeća, urbana mikropodručja itd. Ali krajnjim potrošačima male snage po pravilu nisu potrebna tri izvora napona, pa su priključeni na jednofazne mreže, gdje postoji samo jedna faza. i jednu neutralnu žicu.
Ravnomerna distribucija opterećenja u svakoj od tri monofazne linije osigurava ravnotežu faza u trofaznom sistemu napajanja.
Dakle, za organiziranje jednofaznih mreža koristi se napon jedne od faznih žica u odnosu na nulu. Ovaj napon se naziva fazni napon.
Prema standardu usvojenom u većini zemalja za krajnje potrošače, trebao bi biti 220 V. Gotovo sva električna oprema za domaćinstvo je proračunata i proizvedena za to. U SAD i nekim zemljama Latinska amerika za jednofazne mreže standardni napon je 127 V, a ponegdje i 110 V.
Šta je linijski napon
Prednosti jednofazna mreža u tome da jedna od žica ima potencijal blizak potencijalu Zemlje.
Ovo, prvo, pomaže da se osigura električna sigurnost opreme, kada je rizik od strujnog udara samo jedna, fazna žica.
Drugo, takva je shema pogodna za ožičenje mreža, izračunavanje i razumijevanje njihovog rada i mjerenje. Dakle, pronaći fazna žica nema posebnog merni instrumenti, dovoljno je imati indikatorski odvijač.
Ali iz trofaznih mreža možete dobiti još jedan napon ako povežete opterećenje između dvije fazne žice. Ona će biti veća po vrijednosti od faznog napona, jer će biti projekcija na koordinatnu os ne jednog vektora, već dva, koja se nalaze pod kutom od 120 ° jedan prema drugom.
Ovaj "dodatak" će dati povećanje od oko 73%, ili √3–1. Prema postojećem standardu, mrežni napon u trofaznoj mreži trebao bi biti 380 V.
Koja je glavna razlika između ovih napona?
Ako se na takvu mrežu priključi odgovarajuće opterećenje, na primjer, trofazni elektromotor, on će dati mehaničku snagu mnogo veću od jednofaznog iste veličine i težine. Ali trofazno opterećenje možete spojiti na dva načina. Jedna, kao što je već pomenuto - "zvezda".
Ako početni zaključci sva tri namota generatora ili linearnog transformatora nisu povezani zajedno, već je svaki od njih povezan sa konačnim zaključkom sljedećeg, stvarajući serijski lanac od namotaja, takva veza se naziva " trougao”.
Njegova posebnost je nepostojanje neutralne žice, a za povezivanje na takve mreže potrebna vam je odgovarajuća trofazna oprema, u kojoj su opterećenja također povezana "trokutom".
Sa ovom vezom na opterećenje djeluje samo mrežni napon od 380 V. Jedan primjer: električni motor uključen trofazna mreža prema shemi "zvijezda", sa strujom u namotajima od 3,3 A, razvijat će snagu od 2190 vati.
Isti motor, uključen "trokutom", bit će tri puta snažniji u korijenu - 5570 W povećanjem struje na 10 A.
Ispada da, s trofaznom mrežom i istim elektromotorom, možemo dobiti znatno veći dobitak u snazi nego korištenjem jednofaznih, a jednostavnom promjenom šeme povezivanja utrostručit ćemo izlaznu snagu motora. Istina, njegovi namoti također moraju biti dizajnirani za povećanu struju.
Dakle, glavna razlika između dva tipa napona u AC mrežama, kako smo saznali, je veličina linearnog napona, koji je 3 puta veći od faznog napona. Veličina faznog napona se uzima kao apsolutna vrijednost razlike potencijala između fazne žice i Zemlje. Linearni napon je relativna vrijednost razlike potencijala između dvije fazne žice.
Pa, na kraju članka su dva videa o vezi sa zvijezdom i trouglom, za one koji žele razumjeti detaljnije.
Električna mreža - skup električnih instalacija za prijenos i distribuciju električne energije, koji se sastoji od podstanica, razvodni uređaji, provodnici, zrak i kablovske linije dalekovode koji rade na određenom području. Moguća je i druga definicija: skup trafostanica i rasklopnih uređaja i električnih vodova koji ih povezuju, koji se nalaze na teritoriji okruga, naselja, potrošača električne energije.
Ruske elektrane su objedinjene u federalni energetski sistem, koji je izvor električne energije za sve njene potrošače. Prijenos i distribucija električne energije vrši se korištenjem nadzemnih vodova dalekovodi koji prelaze cijelu zemlju. Kako bi se smanjili gubici tokom prijenosa električne energije u dalekovodima, vrlo visokog napona- desetine i (češće) stotine kilovolti.
Zbog svoje isplativosti, pri prenosu energije koristi se izum ruskog inženjera M.O. Dolivo-Dobrovolsky je trofazni sistem naizmjenične struje u kojem se električna energija prenosi pomoću četiri žice. Tri od ovih žica se nazivaju linija ili faza, a četvrta - neutralna žica ili samo neutralan.
Dizajniran za niže napone od napona u elektroenergetskom sistemu. Smanjenje napona se vrši u dvije faze. Prvo, na trafostanici koja je dio elektroenergetskog sistema, napon se smanjuje na 6-10 kV (kilovolti). Dalje smanjenje napona se vrši. Njihove dobro poznate standardne "transformatorske kabine" raštrkane su po mnoštvu preduzeća i stambenih naselja. Nakon trafostanice, napon pada na 220-380 V.
Napon između linijskih žica trofaznog sistema naizmjenične struje naziva se mrežni napon. Nazivno u Rusiji je 380 V (volt). Napon između nule i bilo koje od linijskih žica naziva se faza. To je korijen tri puta manji od linearnog. Njegova nominalna vrijednost u Rusiji je 220 V.
Izvor struje za elektroenergetski sistem su trofazni alternatori instalirani u elektranama. Svaki od namotaja generatora indukuje linijski napon. Namotaji su simetrično raspoređeni po obodu generatora. U skladu s tim, linearni naponi se pomiču jedan u odnosu na drugi u fazi. Ovaj fazni pomak je konstantan i jednak je 120 stepeni.
Trofazni sistem naizmenične struje
Nakon trafostanice, napon kroz centrale ili (u preduzećima) distributivna mesta idu potrošačima.
Neki potrošači (elektromotori, industrijska oprema, mainframe računari i moćna komunikaciona oprema) su projektovani za direktno povezivanje na trofaznu električnu mrežu. Na njih su spojene četiri žice (ne računajući zaštitno uzemljenje).
Potrošači male snage (osobni računari, kućanski aparati, kancelarijska oprema itd.) su projektovani za jednofaznu električnu mrežu. Na njih su spojene dvije žice (ne računajući zaštitno uzemljenje). U velikoj većini slučajeva, jedna od ovih žica je linearna, a druga neutralna. Napon između njih prema standardu je 220 V.
Gore navedene efektivne vrijednosti napona ne iscrpljuju u potpunosti parametre električne mreže. Varijabla je također karakterizirana frekvencijom. Nominalna standardna vrijednost frekvencije u Rusiji je 50 Hz (Hertz).
Stvarne vrijednosti napona i frekvencije električne mreže, naravno, mogu se razlikovati od nominalnih vrijednosti.
Novi potrošači električne energije su stalno priključeni na mrežu (struja ili opterećenje u mreži raste) ili se neki potrošači isključuju (kao rezultat toga, struja ili opterećenje mreže se smanjuje). Kada se opterećenje poveća, napon u mreži opada, a kada se opterećenje smanji, napon u mreži raste.
Da bi se smanjio uticaj promjena opterećenja na napon, postoji automatska na trafostanicama. Dizajniran je da održava konstantan (u određenim granicama i sa određenom tačnošću) napon kada se opterećenje u mreži promijeni. Regulacija se vrši prebacivanjem namotaja snažnih opadajućih transformatora.
Postavlja se frekvencijom rotacije generatora u elektranama. Sa povećanjem opterećenja, frekvencija ima tendenciju blagog smanjenja, sistem upravljanja elektranom povećava protok radnog fluida kroz turbinu, a brzina generatora se vraća.
Naravno, nijedan upravljački sistem (napon ili frekvencija) ne može raditi savršeno, au svakom slučaju korisnik električne mreže mora se pomiriti sa određenim odstupanjima karakteristika mreže od nominalnih vrijednosti.
U Rusiji su standardizirani zahtjevi za kvalitetom električne energije. GOST 23875-88 daje definicije, a GOST 13109-87 postavlja vrijednosti ovih indikatora. Ovaj standard utvrđuje vrijednosti indikatora na mjestima priključenja potrošača električne energije. Za korisnika to znači da može zahtijevati od kompanije za snabdijevanje energijom utvrđene norme posmatrano ne negde u elektroenergetskom sistemu, već direktno na njegovom izlazu.
Najvažniji pokazatelji kvaliteta električne energije su odstupanje napona od nominalne vrijednosti, faktor nesinusoidnosti napona, odstupanje frekvencije od 50 Hz.
Prema standardu, najmanje 95% vremena svakog dana, fazni napon treba da bude u rasponu od 209-231 V (odstupanje od 5%), frekvencija treba da bude u rasponu od 49,8-50,2 Hz, a faktor nesinusoidnosti ne bi trebao biti veći od 5%.
Preostalih 5 posto ili manje vremena svakog dana, napon može varirati od 198 do 242 V (10% odstupanja), frekvencija od 49,6 do 50,4 Hz, a faktor nesinusoidnosti ne bi trebao biti veći od 10%. Dozvoljene su i jače promjene frekvencije: od 49,5 Hz do 51 Hz, ali ukupno trajanje takvih promjena ne bi trebalo da prelazi 90 sati godišnje.
Kvarovi u napajanju su situacije kada indikatori kvaliteta električne energije za kratko vrijeme prelaze utvrđene granice. Frekvencija može odstupiti za 5 Hz od nominalne vrijednosti. Napon može pasti na nulu. U budućnosti bi trebalo vratiti pokazatelje kvaliteta.
A.A. Lopukhin Izvori neprekidno napajanje bez tajni
