De ce ai nevoie de un curent trifazat. Înclinare de fază (tensiune de fază) într-o rețea electrică trifazată

Tensiune de fază și conexiune liniară, stea și triunghi. În conversațiile electricienilor profesioniști, puteți auzi adesea aceste cuvinte. Dar nici măcar fiecare electrician nu le cunoaște semnificația exactă. Deci, ce înseamnă acești termeni? Să încercăm să ne dăm seama.

În zorii dezvoltării ingineriei electrice, energia generatoarelor electrice și a bateriilor era transmisă consumatorilor prin rețele. curent continuu. În Statele Unite, principalul apologe al acestei idei a fost celebrul inventator Thomas Edison, iar cele mai mari companii energetice de la acea vreme, supunând autorității „gigantului ingineriei”, au implementat-o ​​implicit.

Totuși, când s-a pus problema creării unei rețele electrice extinse de consumatori, alimentată de un generator situat la mare distanță, care a necesitat realizarea primei linii de transport a energiei, a câștigat proiectul necunoscutului emigrant sârb de atunci Nikola Tesla.

El a schimbat radical însăși ideea sistemului de alimentare cu energie, folosind un generator și linii electrice în loc de unul constant. curent alternativ. care a redus semnificativ pierderile de energie, consumul de materiale și a crescut eficiența energetică.

Acest sistem folosea un alternator trifazat creat de Tesla, iar energia a fost transferată folosind transformatoare de tensiune inventate de omul de știință rus P. N. Yablochkov.

Un alt inginer rus, M.O. Dolivo-Dobrovolsky, un an mai târziu, nu numai că a creat un sistem similar de alimentare cu energie în Rusia, dar l-a și îmbunătățit semnificativ.

Tesla a folosit șase fire pentru a genera și transmite energie, Dobrovolsky a sugerat reducerea acestui număr la patru prin modificarea conexiunii generatorului.

În timp ce a experimentat cu crearea unui generator, el a inventat simultan un motor electric asincron cu un rotor cu colivie, care este încă utilizat pe scară largă în industrie.

Conceptul de fază există numai în circuitele de curent alternativ sinusoidal. Matematic, un astfel de curent poate fi reprezentat și descris prin ecuațiile unui vector rotativ fixat la un capăt la origine. Modificarea mărimii tensiunii circuitului în timp va fi o proiecție a acestui vector pe axa de coordonate.

Valoarea acestei mărimi depinde de unghiul la care se află vectorul față de axa de coordonate. Strict vorbind, unghiul vectorului este faza.

Valoarea tensiunii este măsurată în raport cu potențialul Pământului, care este întotdeauna zero. Prin urmare, firul în care există o tensiune de curent alternativ se numește fază, iar celălalt, împământat, se numește zero.

Unghiul de fază al unui singur vector nu are o importanță practică deosebită - în rețelele electrice face o revoluție completă de 360 ​​° în 1/50 sec. Mult mai util este unghiul relativ dintre doi vectori.

În circuitele cu așa-numitele elemente reactive: bobine, condensatoare, se formează între vectorii valorilor tensiunii și curentului. Un astfel de unghi se numește defazaj.

Dacă valorile sarcinilor reactive nu se modifică în timp, atunci defazarea dintre curent și tensiune va fi constantă. Și deja, cu ajutorul lui, puteți analiza și calcula circuite electrice.

În secolul al XIX-lea, când nu exista încă o teorie științifică a electricității și toată dezvoltarea noilor echipamente a fost efectuată experimental, experimentatorii au observat că o bobină de sârmă care se rotește într-un câmp magnetic constant creează o tensiune electrică la capete.

Apoi s-a dovedit că se schimbă după o lege sinusoidală. Dacă înfășurați o bobină de mai multe spire, tensiunea va crește proporțional. Așa au apărut primele generatoare electrice, care ar putea furniza consumatorilor energie electrică.

Tesla într-un generator în curs de dezvoltare pentru ceea ce era atunci cea mai mare centrală hidroelectrică din Statele Unite, Centrala Hidroelectrică Niagara, pentru o utilizare mai eficientă camp magnetic, plasate în ea nu o bobină, ci trei.

Pentru o rotație a rotorului, câmpul magnetic al statorului a fost traversat de trei bobine simultan, datorită cărora puterea generatorului a crescut cu rădăcina de trei ori și a fost posibil să alimenteze trei consumatori diferiți de la acesta în același timp. timp.

În timp ce experimentau cu astfel de generatoare, primii ingineri electrici au observat că tensiunile din înfășurări nu s-au schimbat simultan. Când, de exemplu, într-una dintre ele atinge un maxim pozitiv, în celelalte două va fi egală cu jumătate din minimul negativ, deci periodic pentru fiecare înfăşurare, iar pentru descrierea matematică a unui astfel de sistem, un sistem de trei. vectori rotativi cu un unghi relativ între ei de 120 ° era deja necesar.

Mai târziu s-a dovedit că, dacă sarcinile din circuitele de înfășurare erau foarte diferite unele de altele, acest lucru a înrăutățit semnificativ funcționarea generatorului în sine. S-a dovedit că în rețelele mari ramificate este mai profitabil să nu trageți trei linii electrice diferite către consumatori, ci să le aduceți o linie electrică trifazată și deja la sfârșitul acesteia pentru a asigura o distribuție uniformă a sarcinilor în fiecare fază. .

Această schemă a propus-o Dolivo-Dobrovolsky, când o ieșire de la fiecare dintre cele trei înfășurări ale generatorului este conectată împreună și împământă, în urma căreia potențialul lor devine același și egal cu zero și tensiuni electriceîndepărtat de la celelalte trei borne ale înfășurărilor.

Această schemă a fost numită „conexiune stea”. Este încă schema principală de organizare a rețelelor electrice trifazate.

Să înțelegem ce este tensiunea de fază

Pentru a crea astfel de rețele, este necesar să se conducă o linie de alimentare de la generator la consumatori, constând din fire trifazate și unul zero. Bineînțeles, în rețelele reale, pentru a reduce pierderile în fire, la ambele capete ale liniilor sunt conectate și transformatoare de creștere și coborâre, dar acest lucru nu schimbă imaginea reală a rețelei.

Firul neutru este necesar pentru a fixa potențialul ieșirii comune a generatorului de a fi transferat către consumator, deoarece în raport cu acesta se creează tensiune în fiecare fir de fază.

Astfel, tensiunea de fază este formată și măsurată în raport cu punctul comun de conectare al înfășurărilor - fir neutru. Într-o sarcină bine echilibrată retea trifazata curentul minim trece prin firul neutru.

La iesire linie trifazată transmisie de putere, există fire în trei faze: L1, L2, L3 și unul zero - N. Conform standardelor europene existente, acestea trebuie să aibă coduri de culoare:

• L1 - maro;
• L2 - negru;
• L3 - gri;
• N - albastru;
• Galben-verde pentru pământ de protecție.

Astfel de linii sunt aduse consumatorilor serioși mari: întreprinderi, microdistricte urbane etc. Dar consumatorii finali de putere redusă, de regulă, nu au nevoie de trei surse de tensiune, așa că sunt conectați la rețele monofazate, unde există o singură fază. și un fir neutru.

Distribuția uniformă a sarcinilor în fiecare dintre cele trei linii monofazate asigură echilibrul fazelor într-un sistem de alimentare trifazat.

Astfel, pentru organizarea rețelelor monofazate, se utilizează tensiunea unuia dintre firele de fază relativ la zero. Această tensiune se numește tensiune de fază.

Conform standardului adoptat în majoritatea țărilor pentru consumatorii finali, acesta ar trebui să fie de 220 V. Aproape toate echipamentele electrice de uz casnic sunt calculate și produse pentru aceasta. În SUA și în unele țări din America Latină, pentru rețelele monofazate este adoptată o tensiune standard de 127 V, iar în unele locuri chiar și 110 V.

Ce este tensiunea de linie

Avantajele unei rețele monofazate sunt că unul dintre fire are un potențial apropiat de potențialul Pământului.

Acest lucru, în primul rând, ajută la asigurarea siguranței electrice a echipamentului, atunci când riscul de șoc electric este doar unul, fir de fază.

În al doilea rând, o astfel de schemă este convenabilă pentru cablarea rețelelor, calcularea și înțelegerea muncii lor și efectuarea măsurătorilor. Deci, pentru a găsi firul de fază, nu sunt necesare instrumente speciale de măsură, este suficient să aveți o șurubelniță indicator.

Dar din rețelele trifazate, puteți obține încă o tensiune dacă conectați o sarcină între două fire de fază. Va fi mai mare ca valoare decât tensiunea de fază, deoarece va fi o proiecție pe axa de coordonate nu a unui vector, ci a două, situate la un unghi de 120 ° unul față de celălalt.

Acest „anexă” va da o creștere de aproximativ 73%, sau √3–1. Conform standardului existent, tensiunea de linie într-o rețea trifazată ar trebui să fie de 380 V.

Care este principala diferență dintre aceste tensiuni

Dacă o sarcină adecvată este conectată la o astfel de rețea, de exemplu, un motor electric trifazat, acesta va furniza o putere mecanică mult mai mare decât unul monofazat de aceeași dimensiune și greutate. Dar puteți conecta o sarcină trifazată în două moduri. Unul, așa cum am menționat deja - „stea”.

Dacă concluziile inițiale ale tuturor celor trei înfășurări ale unui generator sau ale unui transformator liniar nu sunt conectate împreună, dar fiecare dintre ele este conectată la concluzia finală a următoarei, creând un lanț în serie din înfășurări, o astfel de conexiune se numește „ triunghi".

Particularitatea sa este absența unui fir neutru, iar pentru a vă conecta la astfel de rețele, aveți nevoie de echipamente trifazate adecvate, în care sarcinile sunt, de asemenea, conectate printr-un „triunghi”.

Cu o astfel de conexiune, în sarcină acționează doar tensiuni liniare de 380 V. Un exemplu: un motor electric conectat la o rețea trifazată conform schemei „stea”, cu un curent în înfășurări de 3,3 A, va dezvolta un putere de 2190 wați.

Același motor, pornit de un „triunghi”, va fi de trei ori mai puternic la rădăcină - 5570 W prin creșterea curentului la 10 A.

Se dovedește că, având o rețea trifazată și același motor electric, putem obține un câștig de putere semnificativ mai mare decât folosirea celor monofazate și, pur și simplu, schimbând schema de conectare, vom tripla puterea de ieșire a motorului. Adevărat, înfășurările sale trebuie, de asemenea, proiectate pentru un curent crescut.

Astfel, principala diferență dintre cele două tipuri de tensiuni în rețelele de curent alternativ, după cum am aflat, este mărimea tensiunii liniare, care este de 3 ori tensiunea de fază. Mărimea tensiunii de fază este luată ca valoare absolută a diferenței de potențial dintre firul de fază și Pământ. Tensiunea liniară este valoarea relativă a diferenței de potențial dintre două fire de fază.

Ei bine, la finalul articolului sunt două videoclipuri despre legătura cu o stea și un triunghi, pentru cei care vor să înțeleagă mai în detaliu.

Esența fenomenului
Cauze
Consecințe
Modalități de a elimina dezechilibrul de fază
tehnologie alternativă.
Gama de tensiuni de fază.
Uz practic.

Esența fenomenului

Dezechilibrul de fază se manifestă în rețele trifazate cu patru (cinci) fire cu un neutru solid împământat cu o tensiune de până la 1000 V.

De regulă, o rețea electrică trifazată de joasă tensiune cu o tensiune de 400 V (0,4 kV)
conține surse de energie electrică, ale căror înfășurări sunt conectate într-o „stea” cu o ieșire zero.

Dacă rețeaua trifazată este cu patru fire, atunci conductor zeroîndeplinește două funcții. Prima funcție: conductorul de lucru zero este utilizat pentru conectarea receptoarelor electrice monofazate. A doua funcție: conductorul de lucru zero servește pentru funcționarea protecției.
Într-o rețea cu cinci fire, fiecare dintre cele două funcții enumerate are propriul său fir.
În rețelele de joasă tensiune se disting sursele primare și secundare de energie electrică (surse de energie), indiferent de modalitatea de obținere a energiei electrice.
Sursele primare le includ pe cele care generează direct energie electrică, cum ar fi generatoarele electrice (unitățile hidraulice, turbinele cu abur, motoarele diesel, motoarele pe gaz pot fi folosite ca motor).
Sursele secundare includ cele care convertesc energia electrică a surselor primare, de regulă, acestea sunt transformatoare instalate în stațiile de transformare (TS).

Un model ideal care afișează relația și interpunerea tensiunilor de fază și liniare poate fi descris ca un triunghi echilateral cu vârfurile „A”, „B”, „C” și centrul „0”.
Vectorii AB, BC și CA (aflați pe laturile triunghiului) sunt tensiuni liniare (380V).
Vectorii trasați din centrul triunghiului până la vârfurile sale - 0A, 0B și 0C - sunt tensiunile de fază.
În mod ideal, ele sunt egale între ele 0A=0B=0С și sunt deplasate unul față de celălalt cu un unghi de 120°, adică └A0B=└B0C=└C0A=120°.
Acest model este ideal și nu există un dezechilibru al tensiunii de fază în el.

Deoarece mulți consumatori, inclusiv cei monofazați, sunt conectați la transformatoarele stației de transformare, la fiecare moment aleator de timp se poate aștepta ca sarcinile în diferite faze să fie diferite.
Mai mult, chiar dacă sarcinile monofazate au aceeași dimensiune, atunci includerea lor sub sarcină sau deconectarea nu poate avea loc sincron. Apare situația RA > RB > RC ≠ 0, unde "R" este rezistența de sarcină și, în consecință, "RA" este rezistența de sarcină pe faza A, "RB" este rezistența de sarcină pe faza B, "RC" este rezistența la sarcină pe faza C.

Diferența între sarcinile de fază în mărime și natură creează condiții pentru apariția unui dezechilibru de tensiune de fază.

Dacă ne întoarcem la triunghiul echilateral descris mai sus, atunci grafic va arăta astfel: punctul 0 din centrul triunghiului, din care provin vectorii tensiunilor ideale de fază de 220V 0A, 0B și 0C, este deplasat față de centru. a triunghiului. Să-i spunem 0′. Vectorii tensiunilor de fază înșiși sunt deplasați cu un unghi arbitrar unul față de celălalt. Vectorii de tensiune de fază decalați 0'A, 0'B și 0'C nu sunt egali între ei, 0'A ≠ 0'B ≠ 0'C.
Tensiunea pe fiecare dintre faze se modifică de la o valoare de 220 V, de exemplu, la 190 V, 240 V și, respectiv, 230 V.

Această situație se numește dezechilibru de tensiune de fază.

Dacă rezistențele de sarcină ar fi egale, atunci și curenții care curg prin ele ar fi egali între ele.
Având în vedere că unghiul de forfecare dintre ele este de 120°, suma lor geometrică ar fi zero.

Totuși, dacă nu sunt egale, ca urmare a însumării, apare un curent I00′, care se numește egalizare. Și, prin urmare, tensiunea U00', care se numește tensiune de polarizare.

Dezechilibrul fazelor (tensiunile de fază), de regulă, se caracterizează prin invariabilitatea sau uniformitatea tensiunilor liniare ale sursei și o diferență semnificativă în mărimea tensiunilor de fază. Adică un triunghi echilateral format din vectorii de tensiune liniară rămâne un triunghi echilateral, ceea ce înseamnă că valoarea celor trei tensiuni liniare corespunde la 380V, sunt posibile uşoare abateri ale valorilor, care se numesc acceptabile.
Vectorii tensiunilor de fază din interiorul triunghiului, care leagă punctul din interiorul triunghiului cu vârfurile sale, sunt deplasați semnificativ, mărimea tensiunilor de fază și unghiul de deplasare dintre ele se modifică.

Cauzele dezechilibrului de fază

În mod convențional, cauzele dezechilibrului de fază pot fi împărțite în externe și interne.

Cauzele interne sunt asociate cu consumatorii de energie electrică care încarcă neuniform fazele rețelei fără a lua în considerare puterea
receptoare electrice monofazate, coeficientul de simultaneitate al includerii lor,
conectați receptoare electrice bifazate puternice la prizele de uz casnic.

ÎN viata reala Motivul dezechilibrului de fază este sarcina neuniformă nu numai ca mărime, ci și prin natura sarcinii.
Sarcina poate fi activă (rezistivă) - (R) sau reactivă: inductivă (L) sau capacitivă (C).

Cauzele externe ale dezechilibrului de fază pot fi asociate cu defecțiuni
în rețeaua de distribuție (de exemplu, în liniile electrice de înaltă tensiune (TL)
cu umiditate ridicată și defecte în ghirlandele izolatoarelor sau descărcătoarelor de faze individuale) sau prezența unor consumatori puternici conectați la două faze, i.e. la tensiunea de linie (de exemplu, consumatorii rețelelor de tracțiune sau motoarele electrice ale trenurilor electrice).

De asemenea, motivele pot fi combinate (externe și interne).

Consecințele dezechilibrului de fază

Consecințele dezechilibrului de fază se manifestă printr-o creștere a consumului de energie din rețea; în funcționarea incorectă a receptoarelor electrice, defecțiuni ale acestora, defecțiuni, opriri, siguranțe ars, uzura izolației.

Condițional Consecințe negative dezechilibrul de fază poate fi împărțit în trei grupuri:

1. Consecințele pentru receptoarele electrice (instrumente, echipamente) asociate cu deteriorarea acestora, defecțiuni, uzură crescută și scăderea perioadei de funcționare.

a) consecinţe pentru receptoarele electrice monofazate
Cauze de joasă tensiune lucru greșit consumatori monofazici: corpuri de iluminat slab, încălzire prelungită aparate de incalzire, pornirea prelungită a dispozitivelor cu motor, defecțiunile calculatoarelor etc. Tensiunea ridicată provoacă defecțiuni ale receptoarelor electrice din cauza uzurii izolației, oprire prin dispozitive de protecție, siguranțe ars.

b) consecinţele dezechilibrului de fază pentru receptoarele electrice trifazate
Partea principală a consumatorilor trifazici (consumatori alimentați de tensiunea de linie) sunt motoarele electrice care antrenează pompe submersibile și de canalizare, acționări automate de poartă, mașini-unelte etc.
Sistemul de control și control al pornirii unor astfel de consumatori trifazați este de obicei conectat la tensiunea de fază. În cazul dezechilibrelor de fază, sistemul de control al pornirii (CPS) al motorului electric, care controlează durata și faptul pornirii, este instabil, adică. emite spontan comenzi de pornire sau oprire. Gama de variație a tensiunii de fază este strict reglementată de documentația de funcționare (de regulă, distorsiunea mai mare de ± 7,5 ÷ 10% din valoarea nominală nu este permisă). Dacă deformarea a depășit limita permisă, atunci CPS-ul eșuează. Când nivelul tensiunii de fază este restabilit, are loc următoarea pornire și așa mai departe.
Se știe că modul „lansare”. motor de inducție caracterizat prin funcționarea pe termen scurt a înfășurărilor statorului în modul de scurtcircuit (scurtcircuit), adică. În momentul pornirii, motorul consumă mult mai multă energie decât în ​​timpul funcționării. Desigur, repornirile frecvente vor provoca o supraîncălzire semnificativă a izolației și vor crește semnificativ consumul de energie din rețea.
Posibilele consecințe negative ale acestui mod de funcționare sunt fie nepornirea, fie defecțiunea echipamentului din cauza arderii înfășurărilor motorului.

2. Consecințe pentru sursele de energie electrică: creșterea consumului de energie, creșterea pierderilor de energie electrică la alimentarea cu rețeaua de stat; atunci când este alimentat de la o sursă autonomă trifazată - daune mecanice (deteriorări ale lagărelor arborelui, scuturile lagărelor generatorului și motorului de antrenare, cocsificarea injectoarelor), reducerea perioadei de funcționare a sursei, creșterea uzurii acesteia, creșterea consumului de combustibil, ulei, lichid de răcire.

3. Consecințe pentru consumatori legate de siguranță, deoarece deteriorarea calității izolației poate duce la:
- vătămare electrică;
- aprinderea cablajelor electrice sau receptoarelor electrice;
precum și consecințele asociate cu creșterea cheltuielilor pentru:
- electricitate;
— consumabile pentru generator;
- repararea receptoarelor electrice deteriorate din cauza dezechilibrului de fază;
- achiziționarea de noi receptoare electrice care s-au defectat din cauza dezechilibrului de fază.

Modalități de a elimina dezechilibrul de fază

Nu există o soluție centralizată pentru a elimina dezechilibrul de fază, deoarece este imposibil să se oblige toți consumatorii să conecteze simultan sarcini care sunt egale ca dimensiune și natură.

În mod tradițional, stabilizatorii de tensiune sunt utilizați în mod tradițional pentru a furniza o anumită tensiune pe fiecare dintre faze. În condiții casnice, se folosesc stabilizatoare de tensiune monofazate, care asigură protecție pentru receptorii electrici individuali sau pentru un grup mic al acestora.
În condiții industriale, se folosesc stabilizatoare de tensiune trifazate de diferite capacități, care constau structural din trei stabilizatoare de tensiune monofazate.
Principiul funcționării lor este astfel încât ele răspund la abaterile din fiecare fază individuală și ridică sau coboară tensiunea la nivelul necesar în faza lor, provocând modificări de tensiune în celelalte două faze și fiind astfel o cauză secundară a dezechilibrului de fază.
Din cele de mai sus, este clar că stabilizatoarele de tensiune trifazate nu rezolvă de fapt problema care le este atribuită, deoarece ei înșiși provoacă asimetria sistemului trifazat. În plus față de principalul lor dezavantaj, stabilizatoarele de tensiune trifazate consumă o cantitate semnificativă de energie electrică și necesită costuri semnificative de service, deoarece au fiabilitate scăzută - atât stabilizatorii de tensiune electromecanici, cât și cei electronici au piese de uzură care deseori se defectează.

Tehnologie alternativă

Pentru a rezolva problema eliminării dezechilibrului tensiunii de fază și a asigurării unei anumite tensiuni de fază, este necesar să utilizați o tehnologie care vă va permite să egalizați tensiunea nu pe fiecare dintre faze separat, ci să echilibrați fazele între ele, adică , pentru echilibrarea întregului sistem trifazat - transformator de echilibrare.
Un astfel de dispozitiv are o eficiență mult mai mare, nu numai că consumă mai puțină energie electrică în sine, dar și reduce consumul de energie din rețea pentru receptoarele de putere.

Gama de tensiune de fază

Transformatorul de echilibrare permite un dezechilibru de sarcină de 100% și elimină dezechilibrul tensiunii de fază în întregul interval de modificări ale acestora, indiferent de cauza dezechilibrului:
(1) deformarea rețelei de alimentare cauzată de defecțiuni ale rețelei de distribuție,
(2) distribuția neuniformă a sarcinilor de fază,
(3) conectarea unui consumator puternic,
(4) cauze combinate.

Uz practic

Sarcini aplicate rezolvate prin utilizarea unui transformator de echilibrare:

Eliminarea dezechilibrului tensiunii de fază, de ex. alinierea fazelor rețelei între ele.
Distributie uniforma sarcini de fază.
Asigurarea valorii specificate a tensiunilor de fază.
Transformarea unei rețele trifazate în una (două) faze:
- cu izolare galvanica
- fara izolarea galvanica a retelei de alimentare si a consumatorului;
- cu o modificare (creștere sau scădere) a tensiunii de ieșire;
Transformarea unei rețele trifazate cu trei fire într-o rețea trifazată cu patru fire (adică formarea unui conductor de lucru zero pentru posibilitatea conectării unei sarcini de fază).
Capacitatea de a elimina până la 50% din puterea trifazată dintr-o fază.
Posibilitatea de a folosi generatoare mai puțin puternice pentru același grup de consumatori.
Capacitatea de a conecta aparate electrice mai puternice atunci când sunt alimentate de la o sursă autonomă sau cu restricții privind consumul de energie din rețeaua de stat.
Încălzirea structurilor și comunicațiilor (când înghețați firele, înghețați conductele etc.).

inginer militar de putere, candidat la științe tehnice Evdokimov Vladimir Viktorovich

Sistem de alimentare trifazat- un caz special al sistemelor multifazate ale circuitelor electrice curent alternativ, în care cel sinusoidal EMF aceeași frecvență, deplasate unul față de celălalt în timp cu un anumit unghiul de fază. Într-un sistem trifazat, acest unghi este 2π/3 (120°).

A fost inventat un sistem trifazat cu mai multe fire (șase fire). Nikola Tesla. O contribuție semnificativă la dezvoltarea sistemelor trifazate a avut-o M. O. Dolivo-Dobrovolsky, care a propus pentru prima dată sisteme de transmisie CA cu trei și patru fire, a identificat o serie de avantaje ale sistemelor trifazate cu fire joase în raport cu alte sisteme și a efectuat o serie de experimente cu motor electric asincron.

Descriere

Fiecare dintre EMF de funcționare este în sine fază proces periodic și, prin urmare, este adesea denumit pur și simplu „fază”. De asemenea, „fazele” sunt numite conductori - purtători ai acestor EMF. În sistemele trifazate, unghiul de forfecare este de 120 de grade. Conductorii de fază sunt desemnați în Federația Rusă cu litere latine L cu un indice digital 1 ... 3 sau A, B și C.

Denumirile comune ale firelor de fază:

Rusia, UE (peste 1000 V)	Rusia, UE (sub 1000V)	Germania	Danemarca
DAR	L1	L1	R
B	L2	L2	S
C	L3	L3	T

Avantaje

• Rentabilitatea.
  • Transport rentabil de energie electrică pe distanțe lungi.
  • Consum mai mic de material al transformatoarelor trifazate.
  • Consum mai mic de material cabluri de alimentare, deoarece cu același consum de putere se reduc curenții în faze (comparativ cu circuitele monofazate).
• Echilibrul sistemului. Această proprietate este una dintre cele mai importante, deoarece într-un sistem dezechilibrat există o sarcină mecanică neuniformă centrala generatoare de energie ceea ce îi reduce mult durata de viață.
• Capacitatea de a obține cu ușurință un câmp magnetic rotativ circular, necesar pentru funcționarea unui motor electric și a unui număr de alte dispozitive electrice. Motoarele de curent trifazate (asincrone și sincrone) sunt mai simple decât motoarele de curent continuu, monofazate sau bifazate și au randament ridicat.
• Posibilitatea de a obține într-o singură instalație două tensiuni de funcționare - fază și liniară, și două niveluri de putere atunci când sunt conectate la o „stea” sau „triunghi”.
• Capacitatea de a reduce dramatic pâlpâirea și efect stroboscopic lămpile aprinse lampă fluorescentă prin plasarea într-o singură lampă a trei lămpi (sau grupuri de lămpi) alimentate de diferite faze.

Datorită acestor avantaje, sistemele trifazate sunt cele mai comune în industria energetică actuală.

Scheme de conectare pentru circuite trifazate

Stea

O stea este o astfel de conexiune atunci când capetele fazelor înfășurărilor generatorului (G) sunt conectate la un punct comun, numit punct neutru sau neutru. Capetele fazelor înfășurărilor consumatorului (M) sunt, de asemenea, conectate la un punct comun.

Se numesc firele care conectează începutul fazelor generatorului și consumatorului liniar. Se numește un fir care conectează doi neutri neutru.

Un circuit trifazat cu un fir neutru se numește circuit cu patru fire. Dacă nu există un fir neutru - trei fire.

Dacă rezistențele Z a, Z b, Z c ale consumatorului sunt egale între ele, atunci o astfel de sarcină se numește simetric.

Mărimi liniare și de fază

Tensiunea dintre firul de fază și neutru (U a, U b, U c) se numește fază. Tensiunea dintre două fire de fază (U AB, U BC, U CA) se numește liniară. Pentru a conecta înfășurările cu o stea, cu sarcină simetrică, este valabilă relația dintre curenții și tensiunile liniare și de fază:

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

Este ușor de demonstrat că tensiunea de linie este defazată cu π / 6 (\displaystyle \pi /6) referitor la faza:

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))

Putere de curent trifazat

Pentru a conecta înfășurările cu o stea, cu o sarcină simetrică, puterea unei rețele trifazate este:

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 )

Consecințele arderii (ruperii) firului neutru în rețelele trifazate

Cu o sarcină simetrică într-un sistem trifazat, consumatorul este alimentat liniar Voltaj posibil chiar si in absenta fir neutru. Cu toate acestea, la alimentarea sarcinii cu tensiune de fază, când sarcina pe faze nu este strict simetrică, prezența unui fir neutru este obligatorie. Dacă se rupe sau o creștere semnificativă a rezistenței (slab a lua legatura) apare așa-numitul „ dezechilibru de fază”, în urma căruia sarcina conectată, proiectată pentru tensiunea de fază, poate fi sub o tensiune arbitrară în intervalul de la zero la liniar (valoarea specifică depinde de distribuția sarcinii pe faze în momentul ruperii firului neutru). ). Aceasta este adesea cauza eșecului electronice de consumîn clădire de apartamente, ceea ce poate duce la incendii. sub tensiune De asemenea, poate cauza defecțiuni ale echipamentului.

Problema armonicilor care sunt multipli ai unei treimi

Tehnologia modernă este din ce în ce mai echipată cu rețea de impulsuri. Sursa de impuls fara corector factor de putere consumă curent în impulsuri înguste în apropierea vârfurilor sinusoidei tensiunii de alimentare la intervalele de încărcare ale condensatorului de intrare redresor. Un număr mare de astfel de surse de alimentare în rețea creează un curent crescut al armonicii a treia a tensiunii de alimentare. Curenții armonici care sunt multipli ai treilea, în loc de compensare reciprocă, sunt rezumați matematic în conductor neutru(chiar și cu o distribuție simetrică a sarcinii) și poate duce la suprasarcina acesteia chiar și fără a depăși pe faze consumul de energie admisibil. O astfel de problemă există, în special, în clădirile de birouri cu un număr mare de echipamente de birou care funcționează simultan. Soluția la problema celei de-a treia armonice este utilizarea unui corector de factor de putere (pasiv sau activ) ca parte a circuitului surselor de alimentare cu comutație produse. Cerințele IEC 1000-3-2 limitează componentele armonice ale curentului de sarcină pentru dispozitivele cu o putere de 50 W sau mai mult. În Rusia, numărul de componente armonice ale curentului de sarcină este standardizat de standardele GOST R 54149-2010, GOST 32144-2013 (de la 1.07.2014), OST 45.188-2001.

Triunghi

Un triunghi este o astfel de conexiune atunci când sfârșitul primei faze este conectat la începutul celei de-a doua faze, sfârșitul celei de-a doua faze la începutul celei de-a treia, iar sfârșitul celei de-a treia faze este conectat la începutul fazei. primul.

Relația dintre curenții și tensiunile de linie și de fază

Pentru a conecta înfășurările într-un triunghi, cu o sarcină simetrică, este valabilă relația dintre curenții și tensiunile liniare și de fază:

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

Putere de curent trifazat

Pentru a conecta înfășurările într-un triunghi, cu o sarcină simetrică, puterea curentului trifazat este:

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 )

Standarde comune de tensiune

Marcare

Conductoarele aparținând diferitelor faze sunt marcate cu culori diferite. Conductoarele neutre și de protecție sunt de asemenea marcate cu culori diferite. Acest lucru se face pentru a oferi o protecție adecvată împotriva daunelor. soc electric, precum și pentru ușurința întreținerii, instalării și reparațiilor instalații electrice si echipamente electrice. ÎN tari diferite marcarea conductorului are propriile sale diferențe. Cu toate acestea, multe țări urmează principii generale marcajul color al conductorilor stabilit în standardul Comisiei Electrotehnice Internaționale IEC 60445:2010.

Culorile fazelor

Fiecare fază dintr-un sistem trifazat are propria sa culoare. Ele variază în funcție de țară. Sunt utilizate culorile standardului internațional IEC 60446 (IEC 60445).

Tara	L1	L2	L3	Neutru / zero	Pământ / pământ de protecție
Rusia, Ucraina, Kazahstan (până în 2009), China	Galben	Verde	roșu	Albastru	Galben/Verde (în dungi)
Uniunea Europeanași toate țările care utilizează standardul european CENELEC din aprilie 2004 (IEC 60446), Hong Kong din iulie 2007, Singapore din martie 2009, Ucraina, Kazahstan din 2009, Argentina	Maro	Negrul	gri	Albastru	Galben/Verde (în dungi)
Uniunea Europeana până în aprilie 2004	roșu	Galben	Albastru	Negrul	Galben/Verde (în dungi)
India, Pakistan, Marea Britanie până în aprilie 2006, Hong Kong până în aprilie 2009, Africa de Sud, Malaezia, Singapore până în februarie 2011	roșu	Galben	Albastru	Negrul	Galben/Verde (în dungi) (verde în instalațiile anterioare anului 1970)

Rețea electrică - un ansamblu de instalații electrice pentru transportul și distribuția energiei electrice, constând din posturi, aparate de distribuție, conducte de curent, linii electrice aeriene și de cablu care funcționează într-o anumită zonă. O altă definiție este posibilă: un set de substații și aparate de comutare și linii electrice care le conectează, situate pe teritoriul districtului, localitate, consumatori de energie electrică.

Centralele electrice din Rusia sunt unite în sistemul energetic federal, care este o sursă de energie electrică pentru toți consumatorii săi. Transportul și distribuția energiei electrice se realizează folosind linii aeriene liniile electrice care traversează întreaga țară. Pentru a reduce pierderile în timpul transportului de energie electrică în liniile electrice, un foarte tensiune înaltă- zeci și (mai des) sute de kilovolți.

Datorită rentabilității sale, la transmiterea energiei, este folosit inventat de inginerul rus M.O. Dolivo-Dobrovolsky este un sistem de curent alternativ trifazat în care electricitatea este transmisă folosind patru fire. Trei dintre aceste fire se numesc fire de linie sau de fază, iar al patrulea se numește fir neutru sau pur și simplu neutru.

Proiectat pentru tensiuni mai mici decât tensiunea din sistemul de alimentare. Reducerea tensiunii se realizează în două etape. În primul rând, la o substație descendente, care face parte din sistemul de alimentare, tensiunea este redusă la 6-10 kV (kilovolți). O scădere suplimentară a tensiunii se face pe. Binecunoscutele lor „cabine de transformare” standard sunt împrăștiate într-o multitudine de întreprinderi și zone rezidențiale. După stația de transformare, tensiunea scade la 220-380 V.

Tensiunea dintre firele de linie ale unui sistem trifazat de curent alternativ se numește tensiune de linie. Valoarea nominală în Rusia este de 380 V (volt). Tensiunea dintre neutru și oricare dintre firele de linie se numește fază. Este o rădăcină de trei ori mai mică decât cea liniară. Valoarea sa nominală în Rusia este de 220 V.

Sursa de curent pentru sistemul de alimentare sunt alternatoarele trifazate instalate la centralele electrice. Fiecare dintre înfășurările generatorului induce o tensiune de linie. Înfășurările sunt dispuse simetric în jurul circumferinței generatorului. În consecință, tensiunile liniare sunt deplasate una față de alta în fază. Această schimbare de fază este constantă și egală cu 120 de grade.

Sistem AC trifazat

După stația de transformare, tensiunea este furnizată consumatorilor prin tablouri de distribuție sau (la întreprinderi) puncte de distribuție.

Unii consumatori (motoare electrice, echipament industrial, calculatoare mainframe și echipamente de comunicare puternice) sunt proiectate pentru conectarea directă la o rețea electrică trifazată. La ele sunt conectate patru fire (fără a număra pământul de protecție).

consumatori de putere redusă ( calculatoare personale, aparate electrocasnice, echipamente de birou etc.) sunt proiectate pentru o rețea electrică monofazată. Două fire sunt conectate la ele (fără a număra pământul de protecție). În marea majoritate a cazurilor, unul dintre aceste fire este liniar, iar celălalt este neutru. Tensiunea dintre ele conform standardului este de 220 V.

Valorile tensiunii efective de mai sus nu epuizează complet parametrii rețelei electrice. Variabila se caracterizează și prin frecvență. Valoarea nominală a frecvenței standard în Rusia este de 50 Hz (Herți).

Valorile reale ale tensiunii și frecvenței rețelei electrice, desigur, pot diferi de valorile nominale.

Noi consumatori de energie electrică sunt conectați în mod constant la rețea (curentul sau sarcina din rețea crește) sau unii consumatori sunt deconectați (ca urmare, curentul sau sarcina rețelei scade). Când sarcina crește, tensiunea din rețea scade, iar când sarcina scade, tensiunea din rețea crește.

Pentru a reduce efectul modificărilor de sarcină asupra tensiunii, există unul automat la substațiile descendente. Este conceput pentru a menține o tensiune constantă (în anumite limite și cu o anumită precizie) atunci când sarcina se modifică în rețea. Reglarea se realizează prin comutarea înfășurărilor transformatoarelor reduse puternice.

Este stabilit de frecvența de rotație a generatoarelor la centralele electrice. Odată cu creșterea sarcinii, frecvența tinde să scadă ușor, sistemul de control al centralei electrice crește debitul fluidului de lucru prin turbină, iar turația generatorului este restabilită.

Desigur, niciun sistem de control (tensiune sau frecvență) nu poate funcționa perfect și, în orice caz, utilizatorul rețelei electrice trebuie să se împace cu unele abateri ale caracteristicilor rețelei de la valorile nominale.

În Rusia, cerințele pentru calitatea energiei electrice sunt standardizate. GOST 23875-88 oferă definiții, iar GOST 13109-87 stabilește valorile acestor indicatori. Acest standard stabilește valorile indicatorilor la punctele de conectare a consumatorilor de energie electrică. Pentru utilizator, aceasta înseamnă că poate cere de la organizația de alimentare cu energie ca standardele stabilite să fie respectate nu undeva în sistemul de alimentare, ci direct în priza sa.

Cei mai importanți indicatori de calitate a puterii sunt abaterea tensiunii de la valoarea nominală, factorul de nesinusoidalitate a tensiunii, abaterea de frecvență de la 50 Hz.

Conform standardului, pentru cel puțin 95% din timpul fiecărei zile, tensiunea de fază ar trebui să fie în intervalul 209-231 V (abatere de 5%), frecvența ar trebui să fie în intervalul 49,8-50,2 Hz și factorul de non-sinusoidalitate nu trebuie să depășească 5%.

În restul de 5 procente sau mai puțin din timp în fiecare zi, tensiunea poate varia de la 198 la 242 V (abatere de 10%), frecvența de la 49,6 la 50,4 Hz, iar factorul de non-sinusoiditate nu trebuie să fie mai mare de 10%. Sunt permise și modificări de frecvență mai puternice: de la 49,5 Hz la 51 Hz, dar durata totală a unor astfel de modificări nu trebuie să depășească 90 de ore pe an.

Defecțiunile de alimentare sunt situații în care indicatorii de calitate a puterii depășesc limitele stabilite pentru o perioadă scurtă de timp. Frecvența se poate abate cu 5 Hz de la valoarea nominală. Tensiunea poate scădea la zero. În viitor, indicatorii de calitate ar trebui restabiliți.

Surse A.A. Lopukhin sursă de alimentare neîntreruptibilă fara secrete