Podstata javu
Príčiny
Dôsledky
Spôsoby, ako odstrániť fázovú nerovnováhu
alternatívna technológia.
Rozsah fázových napätí.
Praktické využitie.

Podstata javu

Fázová nevyváženosť sa prejavuje v trojfázových štvor- (päť-) drôtových sieťach s pevne uzemneným neutrálom s napätím do 1000 V.

Spravidla nízkonapäťová trojfázová elektrická sieť s napätím 400 V (0,4 kV)
obsahuje zdroje elektrickej energie, ktorých vinutia sú zapojené do „hviezdy“ s nulovým výkonom.

Ak je trojfázová sieť štvorvodičová, potom nulový vodič vykonáva dve funkcie. Prvá funkcia: nulový pracovný vodič sa používa na pripojenie jednofázových elektrických prijímačov. Druhá funkcia: nulový pracovný vodič slúži na činnosť ochrany.
V päťvodičovej sieti má každá z dvoch uvedených funkcií svoj vlastný vodič.
V sieťach nízkeho napätia sa rozlišujú primárne a sekundárne zdroje elektriny (napájacie zdroje) bez ohľadu na spôsob získavania elektrická energia.
Medzi primárne zdroje patria tie, ktoré priamo vyrábajú elektrickú energiu, ako sú elektrické generátory (ako pohon možno použiť hydraulické agregáty, parné turbíny, dieselové motory, plynové motory).
Sekundárne zdroje zahŕňajú tie, ktoré premieňajú elektrickú energiu primárnych zdrojov, spravidla ide o transformátory inštalované v transformovniach (TS).

Ideálny model, ktorý zobrazuje vzťah a umiestnenie fázového a lineárneho napätia, môže byť znázornený ako rovnostranný trojuholník s vrcholmi „A“, „B“, „C“ a stredom „0“.
Vektory AB, BC a CA (ležiace po stranách trojuholníka) sú lineárne napätia (380V).
Vektory nakreslené od stredu trojuholníka k jeho vrcholom - 0A, 0B a 0C - sú fázové napätia.
V ideálnom prípade sú si navzájom rovné 0A=0B=0С a sú voči sebe posunuté o uhol 120°, to znamená └A0B=└B0C=└C0A=120°.
Tento model je ideálny a nedochádza v ňom k nevyváženosti fázového napätia.

Pretože k transformátorom transformovne je pripojených veľa spotrebiteľov, vrátane jednofázových, možno v každom náhodnom časovom okamihu očakávať, že záťaže v rôznych fázach budú odlišné.
Navyše, aj keď sú jednofázové záťaže rovnakej veľkosti, potom ich zaradenie pod záťažou alebo odpojenie nemôže nastať synchrónne. Nastáva situácia RA > RB > RC ≠ 0, kde „R“ je odpor záťaže, a teda „RA“ je odpor záťaže vo fáze A, „RB“ je odpor záťaže vo fáze B, „RC“ je odolnosť voči zaťaženiu vo fáze C.

Rozdiel vo veľkostiach a povahe fázových zaťažení vytvára podmienky pre vznik nevyváženosti fázového napätia.

Ak sa obrátime na vyššie popísaný rovnostranný trojuholník, graficky to bude vyzerať takto: bod 0 v strede trojuholníka, z ktorého pochádzajú vektory ideálnych fázových napätí 220V 0A, 0B a 0C, je posunutý voči stredu. trojuholníka. Nazvime to 0′. Samotné vektory fázových napätí sú voči sebe posunuté o ľubovoľný uhol. Posunuté vektory fázového napätia 0'A, 0'B a 0'C sa navzájom nerovnajú, 0'A ≠ 0'B ≠ 0'C.
Napätie na každej z fáz sa mení z hodnoty napríklad 220 V na 190 V, 240 V a 230 V.

Táto situácia sa nazýva nevyváženosť fázového napätia.

Ak by boli záťažové odpory rovnaké, potom by sa aj prúdy, ktoré nimi pretekali, navzájom rovnali.
Vzhľadom na to, že šmykový uhol medzi nimi je 120°, ich geometrický súčet by bol nulový.

Ak však nie sú rovnaké, v dôsledku sčítania vzniká prúd I00′, ktorý sa nazýva vyrovnávanie. A teda napätie U00', ktoré sa nazýva predpätie.

Fázová nerovnováha (fázové napätie) je spravidla charakterizovaná nemennosťou alebo rovnakosťou lineárnych napätí zdroja a významným rozdielom vo veľkosti fázových napätí. To znamená, že rovnostranný trojuholník tvorený lineárnymi vektormi napätia zostáva rovnostranným trojuholníkom, čo znamená, že hodnota troch lineárnych napätí zodpovedá 380 V, sú možné mierne odchýlky hodnôt, ktoré sa nazývajú prijateľné.
Vektory fázových napätí vo vnútri trojuholníka, ktoré spájajú bod vo vnútri trojuholníka s jeho vrcholmi, sú výrazne posunuté, mení sa veľkosť fázových napätí a uhol posunu medzi nimi.

Príčiny fázovej nerovnováhy

Príčiny fázovej nerovnováhy možno bežne rozdeliť na vonkajšie a vnútorné.

Vnútorné príčiny sú spojené so spotrebiteľmi elektriny, ktorí nerovnomerne zaťažujú fázy siete bez zohľadnenia výkonu
jednofázové elektrické prijímače, koeficient simultánnosti ich zaradenia,
pripojte výkonné dvojfázové elektrické prijímače do domácich zásuviek.

V reálnom živote je príčinou fázovej nerovnováhy nerovnomerné zaťaženie nielen vo veľkosti, ale aj v povahe zaťaženia.
Záťaž môže byť aktívna (odporová) - (R) alebo reaktívna: indukčná (L) alebo kapacitná (C).

Vonkajšie príčiny fázovej nerovnováhy môžu byť spojené s poruchami
v distribučnej sieti (napríklad vo vysokonapäťových elektrických vedeniach (TL)
s vysokou vlhkosťou a poruchami v girlandách izolátorov alebo zvodičov jednotlivých fáz) alebo prítomnosťou výkonných spotrebičov zapojených do dvoch fáz, t.j. na sieťové napätie (napríklad spotrebitelia trakčných sietí alebo elektromotory elektrických vlakov).

Dôvody môžu byť tiež kombinované (externé a interné).

Dôsledky fázovej nerovnováhy

Dôsledky fázovej nerovnováhy sa prejavujú zvýšením spotreby energie zo siete; pri nesprávnej činnosti elektrických prijímačov, ich poruchách, poruchách, odstávkach, vyhorení poistiek, opotrebovaní izolácie.

Podmienečne Negatívne dôsledky fázovú nerovnováhu možno rozdeliť do troch skupín:

1. Dôsledky pre elektrické prijímače (nástroje, zariadenia) spojené s ich poškodením, poruchami, zvýšeným opotrebovaním a skrátením doby prevádzky.

a) dôsledky pre jednofázové elektrické prijímače
Nízke napätie spôsobuje nesprávnu prevádzku jednofázových spotrebičov: slabé svetlo svietidlá, nepretržité vykurovanie vykurovacie zariadenia, dlhšie spúšťanie motorových zariadení, poruchy počítačov a pod. Vysoké napätie spôsobuje poruchy elektrických prijímačov v dôsledku opotrebovania izolácie, čím sa vypínajú ochranné zariadenia, vypálené poistky.

b) dôsledky fázovej nerovnováhy pre trojfázové elektrické prijímače
Hlavnou časťou trojfázových spotrebičov (spotrebiče napájané sieťovým napätím) sú elektromotory, ktoré poháňajú ponorné a fekálne čerpadlá, pohony automatická brána, obrábacie stroje atď.
Riadiaci a spúšťací riadiaci systém takýchto trojfázových spotrebičov je zvyčajne pripojený k fázovému napätiu. V prípade fázových nevyvážeností je systém riadenia štartu (CPS) elektromotora, ktorý riadi trvanie a skutočnosť štartu, nestabilný, t.j. spontánne vydáva príkazy na spustenie alebo zastavenie. Rozsah kolísania fázového napätia je prísne regulovaný prevádzkovou dokumentáciou (spravidla nie je povolené skreslenie väčšie ako ± 7,5 ÷ 10% menovitej hodnoty). Ak zošikmenie presiahne povolenú hranicu, CPS zlyhá. Po obnovení úrovne fázového napätia dôjde k ďalšiemu spusteniu atď.
Je známe, že režim "spustenie". indukčný motor charakterizované krátkodobou prevádzkou vinutí statora v režime skrat(KZ), t.j. V čase zapnutia motor spotrebuje oveľa viac energie ako počas prevádzky. Prirodzene, časté reštarty spôsobia výrazné prehriatie izolácie a výrazne zvýši odber energie zo siete.
Možnými negatívnymi dôsledkami tohto režimu prevádzky je buď zlyhanie štartu, alebo porucha zariadenia v dôsledku vyhorenia vinutia motora.

2. Dôsledky pre zdroje elektriny: zvýšenie spotreby energie, zvýšenie strát elektriny pri napájaní zo štátnej siete; pri napájaní z trojfázového autonómneho zdroja - mechanické poškodenie (poškodenie ložísk hriadeľa, ložiskových štítov generátora a hnacieho motora, koksovanie vstrekovačov), skrátenie doby prevádzky zdroja, zvýšenie jeho opotrebovania, zvýšená spotreba palivo, olej, chladiaca kvapalina.

3. Dôsledky pre spotrebiteľov súvisiace s bezpečnosťou, keďže zhoršenie kvality izolácie môže viesť k:
- úraz elektrickým prúdom;
- zapálenie elektrického vedenia alebo elektrických prijímačov;
ako aj dôsledky spojené so zvýšenými výdavkami na:
— elektrina;
— spotrebné materiály pre generátor;
- oprava elektrických prijímačov poškodených v dôsledku fázovej nerovnováhy;
- získanie nových elektrických prijímačov, ktoré zlyhali v dôsledku fázovej nerovnováhy.

Spôsoby, ako odstrániť fázovú nerovnováhu

Neexistuje žiadne centralizované riešenie na odstránenie fázovej nerovnováhy, pretože nie je možné prinútiť všetkých spotrebiteľov, aby súčasne pripájali záťaže rovnakej veľkosti a povahy.

Tradične sa stabilizátory napätia tradične používajú na zabezpečenie daného napätia na každej z fáz. IN životné podmienky používajú sa jednofázové regulátory napätia, ktoré zabezpečujú ochranu jednotlivých elektrických prijímačov alebo ich malej skupiny.
V priemyselných podmienkach sa používajú trojfázové stabilizátory napätia rôznych kapacít, ktoré konštrukčne pozostávajú z troch jednofázových stabilizátorov napätia.
Princíp ich činnosti je taký, že reagujú na odchýlky v každej jednotlivej fáze a zvyšujú alebo znižujú napätie na požadovanú úroveň vo svojej fáze, čím vyvolávajú zmeny napätia v ostatných dvoch fázach a sú tak sekundárnou príčinou fázovej nerovnováhy.
Z vyššie uvedeného je zrejmé, že trojfázové stabilizátory napätia v skutočnosti neriešia problém, ktorý im bol pridelený, pretože sami vyvolávajú asymetriu. trojfázový systém. Okrem svojej hlavnej nevýhody trojfázové stabilizátory napätia spotrebúvajú značné množstvo elektriny a vyžadujú značné servisné náklady, pretože majú nízku spoľahlivosť - elektromechanickú aj elektronické stabilizátory namáhania majú časti s vysokým opotrebovaním a často zlyhávajúce.

Alternatívna technológia

Na vyriešenie problému odstránenia nevyváženosti fázového napätia a zabezpečenia daného fázového napätia je potrebné použiť technológiu, ktorá vám umožní vyrovnávať napätie nie na každej z fáz samostatne, ale navzájom vyrovnávať fázy, tzn. , na vyváženie celej trojfázovej sústavy - vyvažovací transformátor.
Takéto zariadenie je oveľa efektívnejšie, nielenže spotrebuje menej elektriny, ale tiež znižuje spotrebu energie zo siete pre elektrické prijímače.

Rozsah fázového napätia

Symetrický transformátor umožňuje 100% nevyváženosť záťaže a eliminuje nevyváženosť fázového napätia v celom rozsahu ich zmien bez ohľadu na príčinu nerovnováhy:
(1) vychýlenie napájacej siete spôsobené poruchami v distribučnej sieti,
(2) nerovnomerné rozloženie fázových zaťažení,
(3) pripojenie výkonného spotrebiteľa,
(4) kombinované príčiny.

Praktické využitie

Aplikované úlohy vyriešené pomocou vyrovnávacieho transformátora:

Odstránenie nevyváženosti fázového napätia, t.j. zoradenie fáz siete voči sebe navzájom.
Rovnomerné rozloženie zaťaženia vo fázach.
Zabezpečenie stanovenej hodnoty fázových napätí.
Transformácia trojfázovej siete na jedno (dvoj)fázovú:
- s galvanickou izoláciou
- bez galvanického oddelenia napájacej siete a spotrebiteľa;
- so zmenou (zvýšenie alebo zníženie) výstupného napätia;
Transformácia trojfázovej trojvodičovej siete na trojfázovú štvorvodičovú sieť (t.j. vytvorenie nulového pracovného vodiča pre možnosť pripojenia fázovej záťaže).
Schopnosť odobrať až 50% trojfázového výkonu z jednej fázy.
Možnosť použitia menej výkonných generátorov pre rovnakú skupinu spotrebiteľov.
Možnosť pripojenia výkonnejších elektrospotrebičov pri napájaní z autonómneho zdroja alebo s obmedzením odberu energie zo štátnej siete.
Vykurovanie konštrukcií a komunikácií (pri námraze drôtov, mraziacich potrubí atď.).

vojenský energetický inžinier, kandidát technických vied Evdokimov Vladimir Viktorovič

Trojfázový systém napájania- špeciálny prípad viacfázových systémov elektrické obvody striedavý prúd, v ktorom sú sínusové EMF rovnakej frekvencie, vytvorené spoločným zdrojom, vzájomne posunuté v čase o určitý fázový uhol. V trojfázovom systéme je tento uhol 2π/3 (120°).

Viacvodičový (šesťvodičový) trojfázový systém striedavý prúd vynašiel Nikola Tesla. Významne prispel k vývoju trojfázových systémov MO Dolivo-Dobrovolsky, ktorý ako prvý navrhol troj- a štvorvodičové AC prenosové systémy, odhalil množstvo výhod nízkovodičových trojfázových systémov vo vzťahu k iným systémom. a vykonali sériu experimentov s asynchrónnym elektromotorom.

Popis

Každý z prevádzkových EMF je vo svojej vlastnej fáze periodického procesu, preto sa často nazýva jednoducho „fáza“. Tiež "fázy" sa nazývajú vodiče - nosiče týchto EMF. V trojfázových systémoch je uhol šmyku 120 stupňov. Fázové vodiče sú označené v Ruskej federácii s latinskými písmenami L s digitálnym indexom 1 ... 3 alebo A, B a C.

Bežné označenia fázových vodičov:

Rusko, EÚ (nad 1000 V)	Rusko, EÚ (pod 1000 V)	Nemecko	Dánsko
ALE	L1	L1	R
B	L2	L2	S
C	L3	L3	T

Výhody

• Ziskovosť.
  • Cenovo výhodný prenos elektriny na veľké vzdialenosti.
  • Menšia spotreba materiálu 3-fázových transformátorov.
  • Menšia spotreba materiálu napájacích káblov, keďže pri rovnakej spotrebe energie sa znížia prúdy vo fázach (v porovnaní s jednofázovými obvodmi).
• Rovnováha systému. Táto vlastnosť je jednou z najdôležitejších, pretože v nevyváženom systéme dochádza k nerovnomernému mechanickému zaťaženiu elektrárne, čo výrazne znižuje jej životnosť.
• Schopnosť ľahko získať kruhové otáčanie magnetické pole nevyhnutné pre chod elektromotora a množstva ďalších elektrických zariadení. Trojfázové motory (asynchrónne a synchrónne) sú jednoduchšie ako motory priamy prúd, jedno- alebo 2-fázové a majú vysokú účinnosť.
• Možnosť získať v jednej inštalácii dve prevádzkové napätia - fázové a lineárne a dve úrovne výkonu pri pripojení k "hviezde" alebo "trojuholníku".
• Možnosť prudkého zníženia blikania a stroboskopického efektu svietidiel na žiarivkách umiestnením troch lámp (alebo skupín lámp) napájaných rôznymi fázami do jedného svietidla.

Vďaka týmto výhodám sú v súčasnej energetike najrozšírenejšie trojfázové systémy.

Schémy zapojenia pre trojfázové obvody

Hviezda

Hviezda je také spojenie, keď sú konce fáz vinutí generátora (G) spojené do jedného spoločného bodu, nazývaného neutrálny bod resp. neutrálny. Konce fáz vinutí spotrebiteľa (M) sú tiež spojené so spoločným bodom.

Drôty spájajúce začiatok fázy generátora a spotrebiteľa sa nazývajú lineárne. Drôt spájajúci dva neutrály sa nazýva neutrálny.

Trojfázový obvod, ktorý má neutrálny vodič, sa nazýva štvorvodičový. Ak nie je neutrálny vodič - trojvodičový.

Ak sú odpory Z a, Z b, Z c spotrebiteľa navzájom rovnaké, potom sa takéto zaťaženie nazýva symetrické.

Lineárne a fázové veličiny

Napätie medzi fázovým vodičom a nulovým vodičom (U a, U b, U c) sa nazýva fáza. Napätie medzi dvoma fázové vodiče(U AB , U BC , U CA) sa nazýva lineárny. Pre spojenie vinutí s hviezdou so symetrickým zaťažením platí vzťah medzi lineárnymi a fázovými prúdmi a napätiami:

IL = IF; U L = 3 × U F (\displaystyle I_(L)=I_(F);\qquad U_(L)=(\sqrt (3))\times (U_(F)))

Je ľahké ukázať, že sieťové napätie je fázovo posunuté π / 6 (\displaystyle \pi /6) ohľadom fázy:

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))

Trojfázový prúd

Na pripojenie vinutí s hviezdou so symetrickým zaťažením je výkon trojfázovej siete:

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 )

Dôsledky vyhorenia (pretrhnutia) nulového vodiča v trojfázových sieťach

Pri symetrickom zaťažení v trojfázovom systéme je napájanie spotrebiteľa lineárnym napätím možné aj pri absencii neutrálneho vodiča. Avšak pri napájaní záťaže fázovým napätím, keď zaťaženie fáz nie je striktne symetrické, je prítomnosť neutrálneho vodiča povinná. Keď sa zlomí alebo dôjde k výraznému zvýšeniu odporu (zlý kontakt), takzvaná „fázová nerovnováha“, v dôsledku čoho môže byť pripojená záťaž, navrhnutá pre fázové napätie, pod ľubovoľným napätím v rozsahu od nuly po lineárne (konkrétna hodnota závisí od rozloženia zaťaženia na fázy v momente prerušenia neutrálny vodič). To je často príčinou zlyhania spotrebnej elektroniky v bytových domoch, čo môže viesť k požiarom. Nízke napätie môže tiež spôsobiť poruchu zariadenia.

Problém harmonických, ktoré sú násobkom tretiny

Moderná technika je čoraz viac vybavená pulznou sieťou. Spínaný zdroj bez korekcie účinníka odoberá prúd v úzkych impulzoch v blízkosti špičiek sínusoidy napájacieho napätia počas nabíjacích intervalov vstupného usmerňovacieho kondenzátora. Veľké množstvo takéto napájacie zdroje v sieti vytvárajú zvýšený prúd tretej harmonickej napájacieho napätia. Harmonické prúdy, ktoré sú násobkom tretiny, sa namiesto vzájomnej kompenzácie matematicky sčítajú v nulovom vodiči (aj pri symetrickom rozložení záťaže) a môžu viesť k jeho preťaženiu aj bez prekročenia prípustného príkonu po fázach. Takýto problém existuje najmä v kancelárskych budovách s veľkým počtom súčasne pracujúcich kancelárskych zariadení. Riešením problému tretej harmonickej je použitie korektora účinníka (pasívneho alebo aktívneho) ako súčasť obvodu vyrábaných spínaných zdrojov. Požiadavky IEC 1000-3-2 obmedzujú harmonické zložky záťažového prúdu pre zariadenia s výkonom 50 W alebo viac. V Rusku je počet harmonických zložiek záťažového prúdu štandardizovaný normami GOST R 54149-2010, GOST 32144-2013 (od 1.07.2014), OST 45.188-2001.

Trojuholník

Trojuholník je také spojenie, keď je koniec prvej fázy spojený so začiatkom druhej fázy, koniec druhej fázy so začiatkom tretej a koniec tretej fázy je spojený so začiatkom najprv.

Vzťah medzi sieťovými a fázovými prúdmi a napätiami

Na pripojenie vinutí do trojuholníka so symetrickým zaťažením platí vzťah medzi lineárnymi a fázovými prúdmi a napätiami:

IL = 3 x IF; U L = U F (\displaystyle I_(L)=(\sqrt (3))\times (I_(F));\qquad U_(L)=U_(F))

Trojfázový prúd

Na pripojenie vinutí v trojuholníku, so symetrickým zaťažením, výkonom trojfázový prúd rovná sa:

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 )

Spoločné normy napätia

Označovanie

Vodiče patriace do rôznych fáz sú označené rôznymi farbami. rôzne farby označte aj nulový a ochranný vodič. Deje sa tak s cieľom poskytnúť primeranú ochranu pred poškodením. elektrický šok, ako aj pre jednoduchú údržbu, inštaláciu a opravu elektroinštalácie A elektrické zariadenie. V rôznych krajinách má označovanie vodičov svoje vlastné rozdiely. Mnohé krajiny však nasledujú všeobecné zásady farebné kódovanie vodiče stanovené v norme Medzinárodnej elektrotechnickej komisie IEC 60445:2010.

Fázové farby

Každá fáza v trojfázovom systéme má svoju vlastnú farbu. Líšia sa v závislosti od krajiny. Používajú sa farby medzinárodnej normy IEC 60446 (IEC 60445).

Krajina	L1	L2	L3	Neutrál / nula	Zem / ochranná zem
Rusko, Ukrajina, Kazachstan (do roku 2009), Čína	žltá	zelená	Červená	Modrá	Žltá/zelená (pruhovaná)
Európska únia a všetky krajiny, ktoré používajú európsky štandard CENELEC od apríla 2004 (IEC 60446), Hong Kong od júla 2007, Singapur od marca 2009, Ukrajina, Kazachstan od roku 2009, Argentína	Hnedá	Čierny	Šedá	Modrá	Žltá/zelená (pruhovaná)
Európskej únie do apríla 2004	Červená	žltá	Modrá	Čierny	Žltá/zelená (pruhovaná)
India, Pakistan, Spojené kráľovstvo do apríla 2006, Hongkong do apríla 2009, Južná Afrika, Malajzia, Singapur do februára 2011	Červená	žltá	Modrá	Čierny	Žltá/zelená (pruhovaná) (zelená v inštaláciách pred rokom 1970)

Fázové napätie a lineárne, hviezdicové a trojuholníkové zapojenie. V rozhovoroch profesionálnych elektrikárov Tieto slová môžete často počuť. Ale ani každý elektrikár nepozná ich presný význam. Čo teda tieto pojmy znamenajú? Skúsme na to prísť.

Na úsvite rozvoja elektrotechniky sa energia elektrických generátorov a batérií prenášala k spotrebiteľom cez siete jednosmerného prúdu. V Spojených štátoch bol hlavným obhajcom tejto myšlienky slávny vynálezca Thomas Edison a najväčšie energetické spoločnosti v tom čase, poslúchajúce autoritu „inžinierskeho giganta“, ju implicitne implementovali.

Keď však vyvstala otázka vytvorenia rozsiahlej elektrickej siete spotrebiteľov, poháňanej generátorom umiestneným vo veľkej vzdialenosti, čo si vyžiadalo vytvorenie prvého elektrického vedenia, zvíťazil projekt vtedy neznámeho srbského emigranta Nikolu Teslu.

Radikálne zmenil samotnú myšlienku systému napájania pomocou generátora a striedavého elektrického vedenia namiesto konštantného. čím sa výrazne znížili energetické straty, spotreba materiálu a zvýšila sa energetická účinnosť.

Tento systém využíval trojfázový alternátor vytvorený Teslom a energia bola prenášaná pomocou napäťových transformátorov, ktoré vynašiel ruský vedec P. N. Yabločkov.

Ďalší ruský inžinier M.O. Dolivo-Dobrovolsky o rok neskôr nielenže vytvoril podobný systém napájania v Rusku, ale ho aj výrazne zlepšil.

Tesla použil šesť drôtov na generovanie a prenos energie, Dobrovolsky navrhol znížiť tento počet na štyri úpravou zapojenia generátora.

Počas experimentov s vytvorením generátora súčasne vynašiel asynchrónny elektromotor s rotorom vo veveričke, ktorý je stále široko používaný v priemysle.

Koncepcia fázy existuje iba v sínusových obvodoch striedavého prúdu. Matematicky môže byť takýto prúd reprezentovaný a opísaný rovnicami rotujúceho vektora fixovaného na jednom konci v počiatku. Zmena veľkosti obvodového napätia v čase bude projekciou tohto vektora na súradnicovú os.

Hodnota tejto veličiny závisí od uhla, v ktorom je vektor umiestnený k súradnicovej osi. Presne povedané, uhol vektora je fáza.

Hodnota napätia sa meria vzhľadom na potenciál Zeme, ktorý je vždy nulový. Preto sa drôt, v ktorom je striedavé napätie, nazýva fáza a druhý, uzemnený, sa nazýva nula.

Fázový uhol jedného vektora nepredstavuje veľký praktickú hodnotu- v elektrických sieťach vykoná kompletnú otáčku o 360° za 1/50 sekundy. Kde väčšie uplatnenie má relatívny uhol medzi týmito dvoma vektormi.

V obvodoch s takzvanými reaktívnymi prvkami: cievkami, kondenzátormi sa vytvára medzi vektormi hodnôt napätia a prúdu. Takýto uhol sa nazýva fázový posun.

Ak sa hodnoty reaktívnych záťaží nemenia v čase, potom bude fázový posun medzi prúdom a napätím konštantný. A s jeho pomocou môžete analyzovať a vypočítať elektrické obvody.

V 19. storočí, keď ešte neexistovala vedecká teória elektriny a celý vývoj nových zariadení prebiehal experimentálne, si experimentátori všimli, že cievka drôtu rotujúca v konštantnom magnetickom poli vytvára na svojich koncoch elektrické napätie.

Potom sa ukázalo, že sa mení podľa sínusového zákona. Ak naviniete cievku s mnohými závitmi, napätie sa úmerne zvýši. Takto sa objavili prvé elektrické generátory, ktoré mohli spotrebiteľom poskytnúť elektrickú energiu.

Tesla v generátore, vyvinutom pre vtedy najväčšiu v USA, vodnú elektráreň Niagara, pre efektívnejšie využitie magnetického poľa, do nej umiestnil nie jednu cievku, ale tri.

Na jednu otáčku rotora prechádzali magnetické pole statora tromi cievkami naraz, vďaka čomu sa výkon generátora zvýšil o trojnásobok a bolo možné z neho napájať súčasne tri rôzne spotrebiče.

Pri experimentovaní s takýmito generátormi si prví elektrotechnici všimli, že napätie vo vinutí sa nemenilo súčasne. Keď napríklad v jednom z nich dosiahne kladné maximum, v ďalších dvoch sa bude rovnať polovici záporného minima, a tak sa periodicky pre každé vinutie a pre matematický popis takéhoto systému použije systém troch rotujúce vektory s relatívnym uhlom medzi nimi 120° už boli potrebné.

Neskôr sa ukázalo, že ak boli záťaže v obvodoch vinutia navzájom veľmi odlišné, výrazne to zhoršilo činnosť samotného generátora. Ukázalo sa, že vo veľkých rozvetvených sieťach je výhodnejšie netiahnuť k spotrebiteľom tri rôzne elektrické vedenia, ale priviesť k nim jedno trojfázové elektrické vedenie a už na jeho konci zabezpečiť rovnomerné rozloženie záťaže v každej fáze. .

Práve túto schému navrhol Dolivo-Dobrovolsky, keď je jeden výstup z každého z troch vinutí generátora spojený a uzemnený, v dôsledku čoho sa ich potenciál stáva rovnaký a rovný nule a elektrické napätia odstránené z ostatných troch svoriek vinutia.

Táto schéma sa nazývala „hviezdne spojenie“. Stále je to hlavná schéma organizácie trojfázových elektrických sietí.

Poďme pochopiť, čo je fázové napätie

Na vytvorenie takýchto sietí je potrebné viesť elektrické vedenie od generátora k spotrebiteľom, pozostávajúce z troch fázových vodičov a jednej nuly. Samozrejme, že v reálnych sieťach, aby sa znížili straty vo vodičoch, sú na oboch koncoch vedení zapojené aj zosilňovacie a znižovacie transformátory, ale to nemení skutočný obraz siete.

Neutrálny vodič je potrebný na fixáciu potenciálu spoločného výstupu generátora, ktorý sa má preniesť na spotrebiteľa, pretože vo vzťahu k nemu sa v každom fázovom vodiči vytvára napätie.

Fázové napätie sa teda vytvára a meria vzhľadom na spoločný bod pripojenia vinutí - neutrálny vodič. V dobre vyváženej trojfázovej sieti preteká minimálny prúd neutrálnym vodičom.

Na výstupe trojfázového elektrického vedenia sú tri fázové vodiče: L1, L2, L3 a jedna nula - N. Podľa existujúcich európskych noriem by mali mať farebné označenie:

• L1 - hnedá;
• L2 - čierna;
• L3 - šedá;
• N - modrá;
• Žlto-zelená pre ochranná zem.

Takéto vedenia sa dostávajú k veľkým serióznym spotrebiteľom: podnikom, mestským mikrodištriktom atď. Koncoví spotrebitelia s nízkym výkonom však spravidla nepotrebujú tri zdroje napätia, takže sú pripojené k jednofázovým sieťam, kde je iba jedna fáza. a jeden neutrálny vodič.

Rovnomerné rozloženie záťaže v každom z troch jednofázových vedení zaisťuje rovnováhu fáz v trojfázovom napájacom systéme.

Na organizáciu jednofázových sietí sa teda používa napätie jedného z fázových vodičov vzhľadom na nulu. Toto napätie sa nazýva fázové napätie.

Podľa normy prijatej vo väčšine krajín pre koncových spotrebiteľov by to malo byť 220 V. Takmer všetky elektrické zariadenia v domácnosti sú vypočítané a vyrobené pre ňu. V USA a niektorých krajinách Latinská Amerika pre jednofázové siete je štandardné napätie 127 V a na niektorých miestach dokonca 110 V.

Čo je to sieťové napätie

Výhody jednofázová sieť v tom, že jeden z drôtov má potenciál blízky potenciálu Zeme.

To po prvé pomáha zaistiť elektrickú bezpečnosť zariadenia, keď je riziko úrazu elektrickým prúdom iba jedným fázovým vodičom.

Po druhé, takáto schéma je vhodná na zapojenie sietí, výpočet a pochopenie ich práce a vykonávanie meraní. Takže nájsť fázový vodičžiadne špeciálne meracie prístroje, stačí mať indikačný skrutkovač.

Ale z trojfázových sietí môžete získať ešte jedno napätie, ak pripojíte záťaž medzi dva fázové vodiče. Bude mať vyššiu hodnotu ako fázové napätie, pretože to bude projekcia na súradnicovú os nie jedného vektora, ale dvoch, umiestnených pod uhlom 120 ° navzájom.

Tento „prídavok“ poskytne zvýšenie o približne 73 %, čiže √3–1. Podľa existujúcej normy má byť sieťové napätie v trojfázovej sieti 380 V.

Aký je hlavný rozdiel medzi týmito napätiami

Ak sa k takejto sieti pripojí vhodná záťaž, napríklad trojfázový elektromotor, poskytne mechanický výkon oveľa väčší ako jednofázový s rovnakou veľkosťou a hmotnosťou. Ale môžete pripojiť trojfázovú záťaž dvoma spôsobmi. Jedna, ako už bolo spomenuté - "hviezda".

Ak počiatočné závery všetkých troch vinutí generátora alebo lineárneho transformátora nie sú spojené, ale každý z nich je spojený s konečným záverom nasledujúceho, čím sa vytvorí sériový reťazec z vinutí, takéto spojenie sa nazýva „ trojuholník".

Jeho zvláštnosťou je absencia neutrálneho vodiča a na pripojenie k takýmto sieťam potrebujete vhodné trojfázové zariadenie, v ktorom sú záťaže tiež spojené „trojuholníkom“.

Pri tomto zapojení pôsobí na záťaž len sieťové napätie 380 V. Jeden príklad: elektromotor obsiahnutý v trojfázová sieť podľa schémy "hviezda" s prúdom vo vinutí 3,3 A vyvinie výkon 2190 wattov.

Ten istý motor, zapnutý „trojuholníkom“, bude v koreni trikrát výkonnejší - 5570 W zvýšením prúdu na 10 A.

Ukazuje sa, že s trojfázovou sieťou a rovnakým elektromotorom môžeme získať výrazne väčší výkon ako pri použití jednofázových a jednoduchou zmenou schémy zapojenia strojnásobíme výstupný výkon motora. Je pravda, že jeho vinutia musia byť tiež navrhnuté na zvýšený prúd.

Hlavným rozdielom medzi týmito dvoma typmi napätí v sieťach striedavého prúdu, ako sme zistili, je teda veľkosť lineárneho napätia, ktorá je 3-násobkom fázového napätia. Veľkosť fázového napätia sa berie ako absolútna hodnota potenciálneho rozdielu medzi fázovým vodičom a zemou. Lineárne napätie je relatívna hodnota potenciálneho rozdielu medzi dvoma fázovými vodičmi.

No a na konci článku sú dve videá o spojení s hviezdou a trojuholníkom, pre tých, ktorí to chcú pochopiť podrobnejšie.

Elektrická sieť - súbor elektrických inštalácií na prenos a rozvod elektrickej energie pozostávajúci z rozvodní, rozvádzače, vodiče, vzduch a káblové vedenia prenosové vedenia pracujúce v určitej oblasti. Je možná iná definícia: súbor rozvodní a rozvodní a elektrických vedení, ktoré ich spájajú, ktoré sa nachádzajú na území okresu, osady, spotrebiteľa elektriny.

Elektrárne Ruska sú zjednotené vo federálnom energetickom systéme, ktorý je zdrojom elektrickej energie pre všetkých jeho spotrebiteľov. Prenos a distribúcia elektriny sa vykonáva pomocou nadzemné vedenia elektrické vedenia križujúce celú krajinu. Pre zníženie strát pri prenose elektriny v elektrických vedeniach je veľmi vysoké napätie- desiatky a (častejšie) stovky kilovoltov.

Pre svoju hospodárnosť pri prenose energie sa používa vynájdený ruským inžinierom M.O. Dolivo-Dobrovolsky je trojfázový systém striedavého prúdu, v ktorom sa elektrina prenáša pomocou štyroch vodičov. Tri z týchto drôtov sa nazývajú linka alebo fáza a štvrtý - neutrálny vodič alebo len neutrálne.

Navrhnuté pre nižšie napätia ako je napätie v napájacom systéme. Zníženie napätia sa vykonáva v dvoch fázach. Po prvé, v znižovacej rozvodni, ktorá je súčasťou energetického systému, sa napätie zníži na 6-10 kV (kilovoltov). Dochádza k ďalšiemu zníženiu napätia. Ich dobre známe štandardné „transformátorové kabíny“ sú roztrúsené v množstve podnikov a obytných oblastí. Za transformátorovou rozvodňou napätie klesne na 220-380 V.

Napätie medzi linkovými vodičmi trojfázového striedavého systému sa nazýva sieťové napätie. Menovité napätie v Rusku je 380 V (voltov). Napätie medzi nulou a ktorýmkoľvek z vodičov vedenia sa nazýva fáza. Je to odmocnina trikrát menšia ako lineárna. Jeho nominálna hodnota v Rusku je 220 V.

Zdrojom prúdu pre energetický systém sú trojfázové alternátory inštalované v elektrárňach. Každé z vinutí generátora indukuje sieťové napätie. Vinutia sú symetricky usporiadané po obvode generátora. V súlade s tým sú lineárne napätia vo fáze navzájom posunuté. Tento fázový posun je konštantný a rovná sa 120 stupňom.

Trojfázový AC systém

Po trafostanici je napätie cez rozvádzače alebo (v podnikoch) distribučné miesta idú spotrebiteľom.

Niektorí spotrebitelia (elektrické motory, priemyselné zariadenia, sálové počítače a výkonné komunikačné zariadenia) sú určené na priame pripojenie k trojfázovej elektrickej sieti. Sú k nim pripojené štyri vodiče (nepočítajúc ochrannú zem).

Spotrebitelia s nízkym príkonom (osobné počítače, domáce spotrebiče, kancelárske vybavenie atď.) Sú určené pre jednofázovú elektrickú sieť. Sú k nim pripojené dva vodiče (nepočítajúc ochrannú zem). Vo veľkej väčšine prípadov je jeden z týchto drôtov lineárny a druhý neutrálny. Napätie medzi nimi podľa normy je 220 V.

Vyššie uvedené hodnoty efektívneho napätia úplne nevyčerpávajú parametre elektrickej siete. Premenná je charakterizovaná aj frekvenciou. Nominálna hodnota štandardnej frekvencie v Rusku je 50 Hz (Hertz).

Skutočné hodnoty napätia a frekvencie elektrickej siete sa samozrejme môžu líšiť od nominálnych hodnôt.

Do siete sú neustále pripojení noví odberatelia elektriny (zvyšuje sa prúd alebo zaťaženie v sieti) alebo sú niektorí odberatelia odpojení (v dôsledku toho klesá prúd alebo zaťaženie siete). Keď sa zaťaženie zvýši, napätie v sieti klesá a keď sa zaťaženie zníži, napätie v sieti sa zvýši.

Na zníženie vplyvu zmien záťaže na napätie je v znižovacích rozvodniach automatický. Je navrhnutý tak, aby udržiaval konštantné (v určitých medziach as určitou presnosťou) napätie pri zmene zaťaženia v sieti. Regulácia sa vykonáva prepínaním vinutí výkonných znižovacích transformátorov.

Nastavuje sa frekvenciou otáčania generátorov v elektrárňach. S nárastom zaťaženia má frekvencia tendenciu mierne klesať, riadiaci systém elektrárne zvyšuje prietok pracovnej tekutiny cez turbínu a obnovuje sa rýchlosť generátora.

Samozrejme, žiadny riadiaci systém (napätie alebo frekvencia) nemôže fungovať dokonale a v každom prípade sa používateľ elektrickej siete musí vyrovnať s určitými odchýlkami v charakteristike siete od nominálnych hodnôt.

V Rusku sú požiadavky na kvalitu elektrickej energie štandardizované. GOST 23875-88 uvádza definície a GOST 13109-87 stanovuje hodnoty týchto indikátorov. Táto norma stanovuje hodnoty ukazovateľov v miestach pripojenia spotrebiteľov elektriny. Pre užívateľa to znamená, že môže požadovať, aby spoločnosť dodávajúca energiu zavedené normy pozorované nie niekde v napájacom systéme, ale priamo v jeho výstupe.

Najdôležitejšími indikátormi kvality elektrickej energie sú odchýlka napätia od menovitej hodnoty, faktor nesínusoidy napätia, odchýlka frekvencie od 50 Hz.

Podľa normy by aspoň 95 % času každého dňa malo byť fázové napätie v rozsahu 209-231 V (5% odchýlka), frekvencia by mala byť v rozsahu 49,8-50,2 Hz a faktor nesínusoidy by nemal presiahnuť 5 %.

Zvyšných 5 percent alebo menej času každý deň, napätie sa môže meniť od 198 do 242 V (10 % odchýlka), frekvencia od 49,6 do 50,4 Hz a faktor nesínusoidy by nemal byť väčší ako 10 %. Povolené sú aj výraznejšie zmeny frekvencie: od 49,5 Hz do 51 Hz, ale celkové trvanie takýchto zmien by nemalo presiahnuť 90 hodín za rok.

Poruchy napájacieho zdroja sú situácie, keď ukazovatele kvality napájania krátkodobo prekročia stanovené limity. Frekvencia sa môže líšiť o 5 Hz od menovitej hodnoty. Napätie môže klesnúť na nulu. V budúcnosti by sa mali obnoviť ukazovatele kvality.

Zdroje A.A. Lopukhina neprerušiteľný zdroj napájaniažiadne tajomstvá