Что такое фазное и линейное напряжение?

Почему используют трехфазный ток

Зная, что такое трехфазный ток, можно однозначно ответить на вопрос, почему он применяется.

Формула мощности электрического тока

Трехфазные системы переменного тока обладают целым рядом преимуществ, которые позволяют им выделяться среди многофазного построения электрических структур. К плюсам можно отнести следующие особенности:

• экономичное транспортирование энергии на дальние расстояния без снижения параметров;
• 3-фазные трансформаторы и кабели обладают меньшей материалоёмкостью, в отличие от однофазных моделей;
• возможность обеспечить сбалансированность энергосистемы;
• одновременное присутствие в установках двух напряжений для работы: фазное напряжение (220 В) и линейное (380 В).

К сведению. Подключение люминесцентных ламп к разным фазам и установка их в один светильник значительно уменьшат стробоскопический эффект и заметное глазу мерцание.

Неотъемлемой частью оборудования любого производственного предприятия являются асинхронные двигатели. Для их нормальной работы и развития паспортной мощности необходимо 3-х фазное питание. Оно обеспечивает возможность образования вращающегося МП (магнитного поля), которое приводит в движение ротор асинхронной машины. Такие двигатели экономичнее, проще в изготовлении и просты в эксплуатации, по сравнению с однофазными или любыми другими.

На электростанциях любого типа (ГЭС, АЭС, ТЭС), а также альтернативных обеспечено производство электроэнергии переменного типа при помощи генераторов.

Трёхфазная линия электропередач 10 кВ

Варианты подсоединения к трехфазным сетям

Все приборы работающие на трех фазах, подключаются схемами в виде звезды или треугольника. Некоторые двигатели в наборе могут иметь соединения образующие звезду или вид треугольника. Что значит схема в виде звезды?

Схема звездой, означает, что концы проводов соединяются вместе обмоткой и образуют лучи звезды и к этим лучам подсоединяют ток. Таким вариантом схемы пользуются в двигателях и электрических нагревателях, а вместо обмотки-ТЭН.

Давайте поговорим об двигателе в качестве примера. При соединении проводов в звезду, прямая мощность составит 380 В подается на два витка, то есть на каждую пару фаз.

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.

Перекос по фазам в трехфазной сети

В трехфазной сети силового кабеля периодически возникает такое явление, как перекос по фазам. Это может привести к значительному падению мощности в электрооборудовании (электродвигателе, трансформаторе) и выходу их из строя. В этой статье мы расскажем, что такое перекос фаз в трехфазной сети, почему происходит это явление и какие имеет последствия.

Вообще перекос по фазам – явление достаточно распространенное. И если оно остается в рамках допустимых значений, указанных в ГОСТ и ПУЭ, то большой беды в этом нет. Так, максимальная разница между токами проводника с наименьшей нагрузкой и токами проводника с наибольшей составляет 30% – это значение в пределах нормы. Для панелей ВРУ оно составляет 15%.

Все в том же ГОСТ указано, что максимальная разница по фазам в обратной последовательности должна составлять 2%.

Почему возникает перекос по фазам

Обратите внимание

Этому есть несколько причин. Основная – неравномерное и несбалансированное распределение фазовой нагрузки, когда одна фаза получает избыточное питание, а две другие, соответственно, недостаточное.

В однофазной сети нагрузка также может меняться, например, при одновременном включении нескольких мощных электроприборов. Тогда мощность сети сразу падает, оборудование перестает работать или же выходит из строя.

Особенно сильно страдают электродвигатели. Диагностировать проблему и узнать, где именно происходит перекос по фазам можно с помощью токоизмерительных клещей.

Трехфазная электрическая сеть имеет заземленную нейтральную жилу, которая выравнивает перекос, если таковой случился. Но если она обрывается, роль нейтральной жилы берет на себя одна из фазовых. И в этом случае на ней будет 380 В, а на других жилах – 127 и меньше.

Негативные последствия перекоса

Негативные последствия перекоса по фазам можно разделить на три типа:

1. Повреждение электроприборов, вывод их из строя.

2. Повреждение генераторов и трансформаторов электросети.

3. Увеличение расходов на эксплуатацию электросети, снижение ее безопасности и надежности.

Из-за того что электроэнергия распределяется по проводникам неравномерно, в электросети значительно увеличивается потребление электричества. Трехфазная сеть, у которой образовалась несимметрия, может снизить срок эксплуатации электроприборов и бытовой техники.

Неравномерное распределение электричества заметно повышает его расход в сети. А вот срок эксплуатации бытовой и цифровой техники наоборот, может снизиться.

Если мы говорим об автономном электрогенераторе, то у него повысится расход топлива, и так же ухудшится надежность.

Как бы то ни было, все эти процессы негативного свойства, и чтобы их избежать, необходимо заранее предпринять меры по защите.

Первой и одной из наиболее распространенных защитных мер является установка в сеть стабилизатора напряжения. Для установки в трехфазную сеть используются стабилизаторы, состоящие из трех однофазных. Однако нейтрализовать перекос всегда и везде они не могут, поэтому применяются дополнительные меры:

• правильное проектирование с учетом всех современных правил и требований;
• применение приборов, которые способны автоматически выравнивать нагрузку;
• изменение текущей схемы работы электросети, в том числе и изменение мощности потребителей, если это возможно;
• установка реле контроля фаз и напряжения – устройства, которое автоматически отключит этот элемент электросети при перекосе по фазам.

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.

Требования для подключения 380 вольт

Нормы подсоединения участка прописаны в тексте Федерального закона №35 «Об электроэнергетике» от 26.03.2003 (статьи 20 – 26), отредактированном 27.12.2019. Работа электросетевых фирм регламентируется ФЗ №135 «О защите конкуренции» от 26.07.2006.

Пример ТУ

Основные правила:

• пользователь не может самостоятельно подсоединить электричество к дому, нужна энергопоставляющая организация;
• подключение возможно после выполнения требований ТУ;
• используют кабели с алюминиевыми (не меньше 16 мм²) или медными (не меньше 10 мм²) жилами, под землей прокладывают бронированный кабель;
• при воздушном подсоединении кабель не провисает над дорогой ниже 6 м, над тротуарами — ниже 3,5 м;
• подземная линия заглубляется на 0,7 – 1 м или ниже;
• ввод в жилище — не ниже 2,75 м от земли;
• приборы, установленные до счетчика электричества должны иметь возможность пломбировки.

Как оформить разрешение

Потребитель имеет право подсоединения к любому объекту электрохозяйства в пределах 300 м от участка (опоры ЛЭП, трансформаторные подстанции, кабельные магистрали). Договор заключают на новое подключение, повышение мощности или перенос точки ввода.

Перечень проектных документов:

• план участка в общей панировке застройки;
• схема присоединения приемников электроэнергии;
• схема внутренней разводки;
• ППР по подключению.

Заявление пишут в офисе компании, или подают в личном кабинете, через сайт.

К заявке подают сведения:

• ФИО подателя заявки;
• адрес подключаемого участка и фактического нахождения пользователя;
• срок разработки проекта и время ввода в работу;
• разделение по мощности между фазами;
• наибольшая требуемая мощность;
• вид нагрузки.

Об окончании подготовки владелец извещает компанию, в ответ электросеть проверяет соответствие ТУ и фактических работ в присутствии представителя снабжающей организации поставщика. Составляют акт о соответствии (в течение 3 суток), владелец участка ставит в документе подпись в течение 5 суток. Далее следуют: соглашение о технологическом подсоединении, договор о поставке электричества. После этого на участок подают 380В.

Однофазный и трёхфазный переменный ток. Определения

Переменным током, называют ток, изменение которого по значению и направлению повторяется периодически через равные промежутки времени.

Эл.ток, сила которого изменяется по синусоидальному закону во времени и меняет свой знак (направление) дважды за период времени, называется переменным током.

Переменный ток бывает однофазным и трёхфазным. Однофазный ток передаётся по двум проводам (фаза и ноль). Для передачи трёхфазного тока требуется три провода (по проводу на каждую фазу).

Три синусоидальных (переменных) напряжения одной частоты и амплитуды, сдвинутые по фазе на 120 градусов, образуют трёхфазную сеть.

Трёхфазные сети получили широкое распространение: питание трёхфазным током экономит провода; трёхфазные генераторы, электродвигатели и трансформаторы дешевле, легче, экономичнее.

Широкое применение переменного тока в различных областях техники объясняется легкостью его получения и преобразования, а также простотой устройства генераторов и двигателей переменного тока, надёжностью их работы и удобством эксплуатации. Современная энергетика требует передачи энергии на дальние расстояния при помощи эл.тока. При такой передаче требуется возможность простого и эффективного преобразования тока. Такое преобразование возможно лишь с применением трансформаторов, работающих только на переменном токе. Большим стимулом для развития электротехнических устройств переменного тока, является возможность получения источников элэнергии большой мощности.

Современные генераторы тепловых и гидроэлектростанций имеют мощность 100 – 1500 МВт. К наиболее простым и дешёвым эл.им двигателям относятся асинхронные двигатели переменного тока, в которых отсутствуют движущиеся эл.контакты. Для передачи переменного тока на дальние расстояния требуются провода меньшего сечения, чем для постоянного тока.

Основные параметры переменного тока. Период, частота

Основными параметрами переменного тока служат следующие величины:

• мгновенные значения тока и напряжения — их значения в любой момент времени;
• амплитудные значения тока и напряжения – максимальные значения мгновенных величин;
• действующие значения тока и напряжения;
• период – промежуток времени, в течение которого ток совершает полное колебание и принимает прежнее по величине и знаку мгновенное значение, период выражается секундах (с), миллисекундах (мс) и микросекундах (мкс).
• частота – величина обратная периоду f = 1/T где Т – период;

Единицей частоты является герц (Гц), f = 1/с = 1гц.

Частота измеряется также в килогерцах(кГц),мегагерцах(МГц) и гигагерцах(ГГц).

Промышленной частотой электросети в России и в большинстве стран мира принята частота 50 Гц (в США – 60 Гц). Причина такого выбора простая: понижение частоты неприемлемо, так как уже при частоте тока 40Гц лампы накаливания заметно для глаза мигают; повышение частоты нежелательно, так как повышенная частота отрицательно влияет на передачу энергии по проводам и работу многих электротехнических устройств.

Как это исправить?

Нулевой кабель может отгореть на клемме АЗС или нулевой шине. Это происходит по причине плохого контакта или механического повреждения (облома) электропровода. Со временем на месте плохого соединения по причине перенагрева электропровод может перегореть.

Для устранения возникшего повреждения необходимо обесточить все включенные электроприборы квартиры, а также выключить 100% электролампочек. После этого произвести замер фаз, второй не должно быть. Ремонт производится путем восстановления поврежденных контактов на АЗС или нуль шине подводящего щита.

Осуществляя поиск возникшего дефекта необходимо вскрыть РК, раскрутить нулевую скрутку, прозвонить каждую электрожилу. Кабель, который не удастся прозвонить — является поврежденным. Если нулевой кабель обрывается до распредкоробки, то стену с конкретной электрожилой придется проштробить. Далее выполнить ряд механических работ по его замене.

Переменное напряжение и его величины

Напряжение различают по роду тока: переменное и постоянное. Переменное может быть разной формы, основная суть в том, что с течением времени изменяется его знак и величина. У постоянного знак всегда одной полярности, а величина может быть стабилизированной или нестабилизированной.

В наших розетках напряжение переменное синусоидальной формы. Выделяют разные его значения, чаще всего используются понятия мгновенное, амплитудное и действующее. Как понятно из названия, мгновенное напряжение – это количество вольт в конкретный момент времени. Амплитудное – это размах синусоиды относительно нуля в вольтах, действующее – это интеграл от функции напряжения по времени, соотношение между ними такое: действующее в √2 или 1,41 раз меньше амплитудного. Вот как это выглядит на графике:

Расчет токов КЗ для трехфазных сетей

Для того чтобы определить ток трехфазного короткого замыкания в соответствующих сетях, следует обязательно учитывать специфику возникновения и развития этого процесса. Прежде всего, это индуктивность, возникающая в замкнутом проводнике, из-за чего ток трехфазного КЗ изменяется не мгновенно, а нарастает постепенно в соответствии с определенными законами.

Точность производимых вычислений зависит в первую очередь от расчетов основных величин, вставляемых в формулу. С этой целью используются дополнительные формулы или специальное программное обеспечение, выполняющее сложнейшие вычислительные операции за очень короткое время.

Если же расчеты в трехфазных сетях выполняются ручным способом, в таких случаях нужные результаты про ток КЗ формула, приведенная ниже, позволяет определить с достаточно точными показателями:

Советуем изучить Разделение автоматических выключателей по время токовым характеристикам

Iкз = Uc/(√3*Хрез) = Uc /(√3*(Хсист + Хвн)), в которой Хвн является сопротивлением между шинами и точкой КЗ, Хсист – это сопротивление во всей системе относительно шин источника напряжения, Uc – напряжение на шинах в данной системе.

При отсутствии какого-то из показателей, его значение определяется с использованием дополнительных формул или программ. Если же расчеты трехфазного КЗ производятся для сложных сетей с большим количеством разветвлений, в этом случае основная схема преобразуется в схему замещения, где присутствует лишь один источник электроэнергии и одно сопротивление.

Сам процесс упрощения производится в следующем порядке:

• Складываются все показатели сопротивлений, подключенных параллельно в данной цепи.
• Далее суммируются все сопротивления, подключенные последовательно.
• Результирующее сопротивление Хрез определяется как сумма всех подключенных параллельных и последовательных сопротивлений.

Расчеты токов двухфазного короткого замыкания выполняются с учетом отсутствия у них симметричности. У них нет нуля, а присутствую токи, протекающие в прямом и обратном направлении. Таким образом, ток двухфазного КЗ рассчитывается последовательно, по отдельным формулам, используемым для каждого показателя.

Требования к защитному автомату и проводке

Прежде чем приступать к подключению, следует выяснить, соответствует ли проводка потенциальной нагрузке и установлен ли в электрощите отдельный автомат защиты. Если каких-то элементов для монтажа нет или они не подходят по номиналу, рекомендуем купить их заранее вместе с плитой.

На мощные электроприборы не только выделяют отдельную линию, но и ставят индивидуальную двойную защиту: в идеале это комплект УЗО + защитный автомат.

Вместо этой пары для экономии места в щитке нередко применяют дифавтомат.

Схема установки защитного оборудования в электрощите. Через автоматику на розетку подают фазу, нулевой провод через УЗО протягивают к нулевой шине, а землю – к общей заземляющей шине

При покупке автомата решающий критерий – номинал, который выбирают по максимальному значению потребляемого тока. Обычно это 40-50 А, но уточнить технические данные лучше в паспорте плиты. Рекомендуем подробнее ознакомиться с правилами выбора автомата.

Для гарантии безопасности номинал подбирают в сторону увеличения – так при работе на максимальных нагрузках защита не будет постоянно срабатывать. Предположим, что максимальное токовое потребление – около 45 А, следовательно, необходим автомат на 50 А.

Для выбора УЗО принцип тот же – в сторону увеличения, то есть в пару с автоматом на 50 А ставят УЗО на 63 А.

С выбором проводов тоже особых сложностей нет. Алюминиевый кабель не подходит – лучше его вообще не применять для устройства домашней электропроводки. Это небезопасно, да и по характеристикам он уступает медному аналогу. Поэтому останавливаемся на медном проводе с сечением, соответствующим мощности и потребляемому току.

При выборе провода также учитывают характеристики сети и способ прокладки проводов. По современным требованиям, новые городские квартиры изначально оснащают проводкой, соответствующей всем нормам. А в старом жилье, возможно, проводку придется менять

Если в процессе подготовительных работ провода придется все же покупать, ориентироваться нужно на параметры мощности плиты:

• 3-5 кВт – сечение провода 2,5 мм²;
• 5-7,5 кВт – 4 мм²;
• 7,5-10 кВт – 6 мм².

Для трехфазной сети применяют 5-жильный провод 2,5 мм².

Если вы еще не решили, какую модель плиты купите, но уже затеяли замену проводки, можно смело покупать провод ВВГнг 4 мм² – если расстояние от плиты до щитка не более 12 м, и ВВГнг 6 мм² – если электрощит находится дальше. Современные плиты с духовками достаточно мощные, так что не прогадаете.

А сейчас разберем, в каком порядке лучше выполнять все действия.

Устранение перекоса фаз: симметрирование или выравнивание фазных напряжений и нагрузок

Устранение перекоса фаз (напряжений), перекоса фазных нагрузок, выравнивание (симметрирование) напряжений (фаз), равномерное распределение нагрузок по фазам питающей сети существенно снижает расход электроэнергии, топлива генератора, обеспечивает безотказную работу электроприемников.

Сущность явления перекоса фаз

Явление перекоса фаз известно практически всем, кто так или иначе сталкивается с проблемами, связанными с потреблением электроэнергии. Перекос фаз проявляется в трехфазных четырех- (пяти-) проводных сетях с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000 В.

В идеальном состоянии фазное напряжение (напряжение между каждой из трех фаз и нулевым рабочим проводником) составляет 220 В. Векторная диаграмма напряжений генератора (модель, отображающая взаимосвязь и взаиморасположение фазных и линейных напряжений) показана на рис. 1.

Линейные напряжения образуют равносторонний треугольник с вершинами UA, UB, UC. Фазные напряжения 0A, 0B и 0C равны между собой и сдвинуты друг относительно друга на угол 120°. Данная модель является идеальной и перекос фазных напряжений в ней отсутствует.

При подключении нагрузки на разные фазы, которая всегда отличается и по величине, и по характеру — резистивная и реактивная (индуктивная и емкостная), в питающей сети возникает перекос фазных напряжений. Помимо вреда, который наносит электроэнергия низкого качества непосредственно электроприемникам, возникают уравнительные токи, вызывающие дополнительный расход электроэнергии, и, соответственно, топлива, масла, охлаждающей жидкости при питании от генератора.

Схема, иллюстрирующая условия возникновения перекоса фаз (напряжений) представлена на рис. 2, где RA, RB, RC — активные сопротивления нагрузок по фазам, причем RA > RB > RC ≠ 0.

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.

Рис. 2 Схема, иллюстрирующая условия возникновения перекоса фаз.