Как найти межфазное напряжение

Напряжение между двумя фазами

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?

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.

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.

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.

Статьи и схемы

Полезное для электрика

Сразу расскажу для чего необходимо самостоятельно в своей квартире или доме измерять в Вольтах напряжение.

Во-первых. для того что бы убедится в исправности электрической розетки, выключателя, светильника- Мы проверяем на их контактах наличие напряжения, которое должно соответствовать 220 Вольтам с допустимыми отклонениями для домашней электросети.

Во-вторых.

если напряжение в электропроводки будет значительно выше допустимых пределов, то как показала практика- это является очень часто причиной поломки электроники, бытовой техники и перегорания ламп в светильниках.

Причем не только превышение или перенапряжение в электросети опасно, но так же, но конечно в меньшей степени- опасно снижение ниже допустимой величины напряжения, в таких условиях, как правило ломается компрессор холодильника.

Допустимые значения напряжения, причины скачков

Согласно требованиям ГОСТа 13109, значение напряжения в домашней электрической сети должно быть в пределах 220В ±10% ( от 198 Вольт до 242 Вольт).

Если в вашем доме или квартире стали тускло гореть, моргать лампочки или, вообще они часто перегорают, не стабильно работает бытовая техника и электроника- рекомендую сразу по максимуму все выключить и проверить значение напряжения в электропроводке.

Если Вы зарегистрировали скачки напряжения, то чаще всего в периодическом снижении ниже допустимого уровня виноваты соседи по дому или улице. Так как к линии, идущей от подстанции не только Вы подключены, но и ваши соседи.

Это обычно характерно для частных или индивидуальных домов, в случаях, если другой человек, а тем более если несколько, на той же линии включат мощный потребитель, который периодически меняет уровень энергопотребления, например сварочный аппарат, станок и т. д.

Второй вариант касается всех, но чаще встречается в многоквартирных домах. Если в щите на 380 Вольт отгорит ноль, все квартиры начинают получать электроэнергию в аварийном режиме. Причем, в зависимости от нагрузки на каждую фазу, в одной квартире будет перенапряжение в другой наоборот- падение.

Квартиры сидят на разных фазах, потому что необходимо обеспечить равномерную нагрузку на все 3 фазы для нормальной работы всей электросети до подстанции. Так вот напряжение между фазами 380 Вольт, а между фазой и нулем (заземлением )- 220 Вольт.

Получается что все нулевые проводники сведены в одну точку (смотрите справа схему), и при пропадании (обрыве) нулевого проводника- все квартиры начинают запитываться без него только фазами, которые оказываются подключенными в звезду.

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.

Как проверить напряжение

Для измерения напряжения электрического тока служат следующие измерительные приборы:

1. Вольтметр. хорошо знакомый всем с уроков физики. В повседневной жизни он не используется.
2. Мультиметр. обладающий многочисленными функциями, в том числе и измерения величины тока и напряжения. Рекомендую почитать нашу статью: «Как пользоваться мультиметром ».
3. Тестер — то же самое что и мультиметр, только механической стрелочной конструкции.

Внимание, при измерении источников постоянного тока (какие к ним относят ) необходимо соблюдать полярность.

Как измерить напряжение в розетке, в патроне лампы и т. п.:

1. Проверяем надежность изоляции измерительного прибора, особенно обращаем внимание на щупы, которыеобязательно необходимо подключать только в соответствующие проводимым операциям гнезда.
2. Устанавливаем переключатель пределов измерений на приборе в положение измерения переменного напряжения до 250 Вольт (400- для измерений линейного напряжения).
3. Вставляем щупы в розетку или подносим к контактам на лампе, светильнике или любом другом электроприборе.
4. Снимаем показания.

Будьте осторожны- работа проводится под напряжением- не касайтесь руками не изолированных контактов и проводов, находящихся под напряжением.

Как измерить напряжение аккумулятора, батарейки и блока питания

Все источники постоянного тока необходимо измерять с соблюдением полярности- черный щуп ставим на минусовуюклемму, а красный — на плюсовую клемму.

А так все аналогично проводятся как и при проведении вышеописанных измерений в розетке, но только тестер или мультиметр необходимо переключить в режим измерения постоянного тока с пределом выше указанного на АКБ. батарейке или блоке питания.

• Как измерить силу переменного или.
• Как пользоваться мультиметром для.
• Как пользоваться индикаторной.
• Как проверить конденсатор, определить.

Почему на одной фазе 220 а трех фазах 380 вольт?

3-фазное электрическое напряжение, которое на картинке ниже обозначено через R — S — T, при измерении с помощью вольтметра покажет 380 вольт. Но, если каждая фаза показывает 220 вольт, почему же так происходит?

Все очень просто. 380 вольт, 3 фазы, R — S — T образуют фазовые углы по 120 градусов каждый, см. картинку:

Любой из этих углов выглядит как треугольник

Используем правило треугольника: сумма углов в треугольнике равна 180 °, полученный угол RTN и TRN, соответственно (180 ° -120 °) / 2 = 30 градусов.

Заморочили человеку голову какими-то треугольниками, градусами и чертежами. Нет в токе никаких геометрических фигур, это АБСТРАКЦИЯ.

А разница такая между фазами происходит из-за того, что между подачами напряжения в каждой из трёх фаз есть разница во времени на треть цикла.

К примеру, для упрощения, представим что частота нашей сети равна 1 Герцу (= 1 оборот генератора в секунду).

После запуска трёхфазного генератора, в первой фазе максимум толчка напряжения произойдёт в 0-й миллисекунде, во второй фазе в 333-й миллисекунде, в третьей фазе в 666-й.

Потом начинается новый цикл, в первой фазе толчок нарастает к 1000-й, во второй в 1333-й, в третьей в 1666-й и так далее.

Так вот, пока в первой фазе ток возбудил свой максимум в 220 к наступившей 2000-й секунде, вторая фаза ещё этого сделать не успела и возбуждена лишь на минус 160, соответственно разница между ними 220-(-160)=380.

Если бы ток шёл в полной противофазе, тогда бы толчки были бы полностью противоположны и были бы равны 220-(-220)=440.

Разница между напряжениями представленная в виде графика:

Анимированное движение тока в трёхфазной сети для наглядности:

Как мы от сюда видим, когда в одном из проводов ток уже движется во всю, в другом проводе ток ещё не полностью разогнался что бы от него “убегать”, а в третьем он уже перестал разгоняться.

Трёхфазная сеть — это провод с нулевым потенциалом и три фазных провода с потенциалами 220*sqrt(2)*cos(2*pi*50t), 220*sqrt(2)*cos(2*pi*50t + 2*pi/3) и 220*sqrt(2)*cos(2*pi*50t — 2*pi/3), где sqrt — это квадратный корень.

Если взять два любых фазных провода, то между ними будет разность потенциалов 220*sqrt(2)*( cos(2*pi*50t) + cos(2*pi*50t + 2*pi/3) ). Вспоминаем школьную тригонометрию, получаем 220*sqrt(3)*sqrt(2)*cos(. = 381*sqrt(2)*cos(.

в избранное ссылка отблагодарить

Одну фазу что бы получить 220 вольт нужно замерить между рабочим нулевым проводником и фазой, а для того что бы получить 380 вольт нужно замерять между двумя фазными проводами. Каждая из трех фаз на ноль даст 220 вольт.

Питание поданное по трем фазам называется так из-за “наложения” векторов находящихся относительно друг друга на 120 градусов, в середине находится нулевой проводник получаемый на подстанции, а на подстанцию линией ЛЭП приходит всегда только фазы.

в избранное ссылка отблагодарить

380 — это 220 умножить на корень из 3. Ровно так же, как 127 (помните, когда-то у нас было именно такое напряжение?) — это 220 делить на корень из 3.

в избранное ссылка отблагодарить

Наконец то я это разгадал))) Амплитудное значение напряжение 1 фазы 310В (Эффективное напряжение 220В), амплитудная разница между двумя фазами 540В, а эффективное как раз и будет 380В, это 540в/(корень из 2).

Корень из 2 это усреднение из чистой синусоиды. Частота останется такая же 50 Гц.

В различной технике на выходе может и не быть синусоиды и там будут другие как амплитудные значения, так и тип сигнала на выходе, но что бы эффективное напряжение было 22В.

в избранное ссылка отблагодарить

Источники: http://electricalschool.info/main/osnovy/1865-linejjnoe-i-faznoe-naprjazhenie.html, http://jelektro.ru/elektricheskie-terminy/kak_izmerit_naprjazhenie.html, http://www.bolshoyvopros.ru/questions/852361-pochemu-na-odnoj-faze-220-a-treh-fazah-380-volt.html

Источник: http://electricremont.ru/napryazhenie-mezhdu-dvumya-fazami.html

Перекос фаз

Главная > Теория > Перекос фаз

Наиболее распространенной системой передачи электроэнергии является трехфазная, образованная тремя переменными напряжениями, различающимися по фазе на 120°. Несбалансированность напряжений влияет на качество электроэнергии.

Перекос напряжений на приборе

Что называется перекосом фаз

Чтобы понять, что такое перекос фаз, нужно обратиться к построению векторов напряжений трехфазной системы.

Вектора линейных напряжений образуют равнобедренный треугольник, а фазные напряжения, выходящие из нулевой точки, напоминают симметричную звезду.

Все три фазных напряжения должны быть равны по величине, а углы между ними составлять 120°. Отклонения от этого состояния представляют собой перекос фаз в трехфазной сети.

В схемах трехфазного тока, соединенных по типу «Y», присутствует N-проводник, с помощью которого относительно балансируются показатели напряжения. Когда происходит нарушение его целостности, N-проводником становится один из фазных проводов. Напряжение этой фазы возрастает до 0,4 кВ, что вызывает выход из строя электроприборов, подключенных к ней.

Графическое представление перекоса фаз

Напряжение обратной последовательности появляется при несимметрии фаз трехфазного питания, например, у двигателя или трансформатора. Величины и углы этого напряжения не совпадают с исходным напряжением системы. Степень асимметрии у двигателя зависит от его типа, размера и нагрузки.

Чтобы обнаружить асимметрию в системе, нужно измерить и сравнить друг с другом все три однофазные напряжения (между N-проводником и фазами).

Для расчета дисбаланса напряжений применяют следующую формулу:

Низшее напряжение / Высшее напряжение х 100%.

ПУЭ и ГОСТы устанавливают нормы допустимого перекоса фаз, исходя из показателей токов и напряжений, которые не должны превышаться:

• отношение между фазными токами (наибольшим и наименьшим) на щитках распределения – 30 %, на вводно-распределительных устройствах – 15%;
• асимметрия напряжений обратной последовательности – 2%, нулевой последовательности – 4%.

От чего зависит симметрия напряжений

Симметрия напряжения системы между распредсетями и потребителями электроэнергии зависит от:

• импеданса силовой цепи;
• напряжений на выводах генератора;
• тока, протекающего через приемники, сети передачи и распределения (распределение мощности в системе).

Напряжения на выходных контактах генераторов, как правило, симметричны из-за конструктивных особенностей и эксплуатационных характеристик синхронных машин, применяемых для выработки электроэнергии на электрических станциях. В случаях задействования асинхронных агрегатов, например, в ветряных установках, также получается симметричное трехфазное напряжение.

В локальных сетях генерации и распределения энергии, созданных со стороны потребителя, могут наблюдаться отличающиеся процессы. Многие из этих небольших блоков, например, фотоэлектрические элементы, подключенные к низковольтной сети силовой электроникой, имеют относительно высокий импеданс, что вызывает усиливающийся дисбаланс напряжения.

Сопротивление части энергосистемы неодинаково для отдельных фаз. Геометрическое расположение линий с асимметрией относительно земли вызывает различия и в их электрических параметрах. В целом, эти отклонения очень малы и могут быть незначительными при использовании превентивных мер.

Асимметрия на стороне нагрузки

Наиболее распространенными являются случаи перекоса фаз на стороне нагрузки. Приемниками, вызывающими асимметрию в сети, являются:

• блоки однофазных нагрузок, подключенных к трехфазной, например, индукционные печи, сварочный трансформатор;
• трехфазные приемники, работающие с периодической асимметрией (дуговые печи);
• множество неравномерно распределенных однофазных нагрузок, включенных между фазными и нейтральными проводниками, например, у муниципальных потребителей в низковольтных сетях.

Асимметрия нагрузок по фазам

Важно! Неисправность системы также является причиной перекоса фаз. Распространенными случаями являются замыкания на землю, неисправности проводов. Такие дефекты вызывают падения напряжения в одной-двух фазах, что может способствовать перенапряжению в других фазах.

Последствия перекоса фаз:

1. Снижение эксплуатационного срока электрооборудования;
2. Увеличение энергопотребления;
3. Нарушения в работе двигателей и генераторов, снижение их мощности;
4. Возможность повреждения электроприборов и устройств.

Защитные методы

Существует несколько способов защиты низковольтных потребительских сетей от перекоса фазных напряжений. Первым способом является расчет нагрузочных токов и конструктивное планирование их с целью обеспечения равномерности распределения мощностей.

Нагрузки со стороны низкого напряжения, такие как бытовые электроприборы или осветительные сети, обычно однофазные, что затрудняет гарантию симметрии.

При планировании электрической сети, содержащей такие типы электроприемников, отдельные схемы должны быть равномерно распределены между тремя фазами, например, одна фаза на этаж.

Важно! Несмотря на распределение, баланс нагрузок в центральном трансформаторе варьируется из-за изменения статистических циклов работы оборудования.

Другие защитные методы:

1. Применение релейной аппаратуры, фиксирующей напряжение и автоматически срабатывающей на отключение при появлении асимметрии выше заданного показателя. При выравнивании значений напряжения подается сигнал на обратное включение;

Реле контроля напряжения

1. Переустройство схемы фазных соединений при значительных изменениях характера нагрузки;
2. Применение стабилизаторов напряжения, трансформаторов для симметрирования нагрузочных токов и другого оборудования.

Стабилизатор

Бытовое применение стабилизаторов предназначено для обеспечения неизменных показателей напряжения одной питающей фазы. Но они не влияют на перекос фаз в трехфазной сети. В промышленности применяют трехфазные устройства.

Стабилизатор напряжения

Основная функция аппарата – обеспечить выходное напряжение, питающее подсоединенные к нему устройства. Большинство стабилизаторов имеет электронные фильтры, целью которых является подавление шума и пикового напряжения. Стабилизатор защищает как от пониженного напряжения, так и от перенапряжения.

Симметрирующий трансформатор

Эти трехфазные устройства подключаются для питания потребительских электросетей и обладают рядом полезных функций:

• симметрируют нагрузку в питающей сети, независимо от фазных токов электроприемников;
• при подсоединении электрооборудования с мощным потреблением сглаживают просадку напряжения;
• уменьшают потери электроэнергии.

Симметрирующие трансформаторы возможно использовать, как для питания трехфазной нагрузки, так и для создания однофазных схемных конфигураций. В случае наличия трехфазной системы без нейтрального проводника устройство преобразует ее в четырехпроводную систему с N-проводом.

Альтернативные способы устранения фазных перекосов – использование конденсаторных батарей с треугольным соединением, включение специальных трансформаторов с дополнительной нагрузкой в виде конденсатора и индуктивности и другие.

Видео

Источник: https://elquanta.ru/teoriya/perekos-faz.html

Подключение электричества: три фазы или одна?

Подключение электричества: три фазы или одна?

Любой объект, будь то коттедж, дача или загородный дом не может обойтись без подключения электричества. Не освоенному  дачному участку, конечно, электричество «до фени», но как только принято решение о строительстве загородного дома проблема  подключения электричества становится насущной.

Перед тем, как обратиться за разрешением на подключение электричества к загородному дому, следует определиться с необходимой мощностью и нюансами ее распределения между имеющимися или перспективными источниками потребления.

Владелец загородного дома вынужден «чесать репу» и задумываться о том, как подключить электричество посредством трех фаз или одной?

Потребляемая мощность электричества в жилых домах непрерывно растет. Если сравнить современные бытовые электроприборы с электроприборами средины прошлого века,  то без вооруженного взгляда можно прийти к выводу, что потребляемая мощность электричества выросло в несколько раз.

Причем из года в год наблюдается тенденция постоянного увеличения потребляемой мощности электричества на душу населения.

Причина заключается в том, что в каждом доме появилась львиная доля бытовых потребителей электроэнергии (электрочайники, стиральные машины, электроутюги) ,  которые характеризуются повышенным спросом на подключение электричества и требуют соответственно потребляемую мощность большего объема.

 Нормальное функционирование и жизнеобеспечение загородного дома не мыслится без таких  потребителей электроэнергии, как электронасосов, электрических котлов, сварочных аппаратов, электродвигателей, ТЭНов различного назначения и др. силовых агрегатов. Поэтому в загородных домах все чаще стали подключать три фазы электричества, отказываясь от  традиционной однофазной электросети.

В чем же преимущество трехфазной электросети от однофазной?

Многие владельцы загородных домов считают, что трехфазная электросеть допускает потреблять больше мощности, т.е. подключать больше потребителей. Однако это предположение не в полной мере соответствует действительности.

В инструкции ФАС указано, что максимально разрешенная мощность для загородного дома составляет 15 кВт без привязки к трехфазной или однофазной электросети. Конкретная потребляемая мощность для того или иного загородного дома указывается отдельно в технических условиях на подключение электричества.

Как правило,  потребляемая мощность определяется возможностями трансформаторной подстанции (ТП) электросети и предполагаемым числом точек подключения электричества.

В то же время не следует забывать, что при одинаковой потребляемой мощности для ввода  трехфазной электросети в загородный дом можно использовать силовой кабель с жилами меньшей площади сечения.

Причина кроется в том, что потребляемая мощность, а, следовательно, и ток распределяются по трем фазам. Тогда в меньшей степени нагружается каждый фазный провод и номинал вводного автоматического выключателя в трехфазной электросети, будет тоже соответственно меньшим.

Вместе с  тем, возрастает в два раза число жил вводного силового кабеля: с двух до четырех, вместо одно(двух) полюсного вводного автоматического выключателя потребуется трех(четырех) полюсный, а для учета электроэнергии – трехфазный электросчетчик.

В дополнение ко всему следует отметить, что, как правило, все наиболее распространенные бытовые потребители электроэнергии рассчитаны для работы в однофазной электросети переменного тока.

Однако недостатки трехфазной электросети меркнут перед ее преимуществами.  Для любого владельца загородного дома «фора» трехфазной электросети проявляется с первых же  минут. С одной стороны, известно, что асинхронные электродвигатели в трехфазной электросети работают с лучшими энергетическими и механическими параметрами.

Следовательно, реализуется возможность непосредственного подключения электричества к таким  трехфазным потребителям электроэнергии, как электрические котлы, асинхронные электроприводы и др .  С другой стороны, мощные потребители электроэнергии – те же котлы, электроплиты, обогреватели, сварочные аппараты и т.д.

Проблема «перекоса фаз» довольно-таки щекотливая, поэтому есть смысл рассмотреть ее более детально.

Перекос фаз проявляется в трехфазных четырех(пяти)- проводных электросетях с глухозаземленной нейтралью и напряжением до 1 000 В.

 Как правило, низковольтная трехфазная электросеть напряжением 400 В (0,4 кВ)  содержит источники электроэнергии, обмотки которых соединены  «звездой» с выведенным нулем.

Идеальную модель, отображающую взаимосвязь и взаимное расположение фазных и линейных напряжений можно изобразить в виде равностороннего треугольника с вершинами «А», «B», «С» и центром «0».

Разности потенциалов между точками — АВ, ВС и CA  являются линейными напряжениями (380 В), а разности потенциалов между точками — 0A, 0B и 0С являются фазными напряжениями (220 В). В идеальном случае фазные напряжения равны между собой U 0A = U 0B = U 0С  и сдвинуты друг относительно друга на угол 120°, т. е.

L  A0B = L B0C= L C0A=120°.  При симметричной нагрузке для соединения обмоток звездой справедливо такое соотношение между линейными и фазными токами и напряжениями:

а  мощность трёхфазной сети равна:

Из формулы видно, что мощность трехфазной электросети сети отличается от мощности однофазной не в три раза, как вначале предполагалось, а всего лишь примерно в 1, 73 раза.

Представленная выше на рисунке модель электросети является идеальной и перекос фазных напряжений в ней отсутствует.

Причем если даже однофазные нагрузки по величине одинаковы, то их подключение к электросети  или отключение не может происходить синхронно.

Возникает ситуация, когда  Z A  >  Z B  >  Z C  ≠  0, где «Z» – это полное сопротивление нагрузки, и, соответственно, «Z A» — это полное сопротивление нагрузки на фазе А, «Z B» — это полное сопротивление нагрузки на фазе B, «Z C» — это полное сопротивление нагрузки на фазе C.  Если взглянуть на приведенный ниже равносторонний треугольник, то  графически это будет выглядеть следующим образом:  точка 0 в центре треугольника, из которой исходят векторы идеальных фазных напряжений величиной 220 В:  E 0A, E  0B и E  0С  — смещается относительно центра треугольника.

Щелкните по картинке и наглядно убедитесь к чему приводит перекос фаз.

Пусть будет это точка 0′. Смещаются и сами векторы фазных напряжений на произвольный угол друг относительно друга. Смещенные векторы фазных напряжений E 0’A, E 0’B и  E 0’С не равны между собой, т.е.

E 0’A ≠ E 0’B ≠ E 0’С. Таким образом,  напряжения в каждой фазе никогда не будут иметь одинаковый сдвиг и значение.

Отсюда различие фазных нагрузок по величине и характеру создает условия для возникновения перекоса фазных напряжений.

При симметричной нагрузке в трёхфазной электросети подключение потребителя электроэнергии к линейному напряжению возможно даже при отсутствии нейтрального провода. Однако, при подключении  потребителя электроэнергии к фазному напряжению, когда нагрузка на фазы не является строго симметричной, наличие нейтрального провода обязательно.

В случае обрыва  или значительного увеличения его  сопротивления (плохой контакт)  также происходит так называемый «перекос фаз».

  В конечном итоге подключенный потребитель электроэнергии, рассчитанный на фазное напряжение, может оказаться под произвольным напряжением в диапазоне от нуля до линейного (конкретное значение зависит от распределения нагрузки по фазам в момент обрыва нулевого провода).

Повышенное напряжение  зачастую является причиной выхода из строя бытовой радиоэлектронной техники, а также может привести к пожару.  Пониженное напряжение также не всегда благоприятно влияет на радиоэлектронную технику и может послужить причиной выхода ее из строя.

Для этих целей в трехфазной электросети можно выделить даже отдельную фазу.

В однофазной электросети перекос фаз часто становится причиной того, что потребители электроэнергии, подключенные к «неудачной фазе», вынуждены мириться со слишком низким напряжением в электросети, что в большей степени касается проблемы  подключения электричества к загородному дому.

Обладателей трехфазной электросети такие вопросы «колышут» меньше всего, поскольку у них есть возможность подключения (переключения)  особо важных и капризных однофазных потребителей электроэнергии к той фазе, напряжение которой меньше всего подвержено просадке из-за перекоса фаз.

Подключение электричества к загородному дому с помощью трех фаз не снимает полностью проблему перекоса фаз, так как в общей электросети,  как указывалось ранее,  достаточно много разных потребителей электроэнергии. Однако в своей внутренней электросети, т.е.

Далее, при подключении электричества к загородному дому не следует упускать из вида то, что напряжение трехфазной электросети составляет 380 В, которое ощутимо выше привычных 220 В.

Поэтому при работе и эксплуатации трехфазной электросети требуется повышенное внимание уделять электробезопасности. Если подходить с позиций норм пожарной безопасности, то трехфазная электросеть также более опасна по той причине, что ток короткого замыкания будет намного выше.

На заметку. Нередко в ТТХ однофазных электрических аппаратов  указываются два значения питающего напряжения, в частности для некоторых типов сварочных трансформаторов —  220 В и 380 В, т.е. фазное напряжение и линейное соответственно.

Учитывая большую потребляемую мощность подобными изделиями, рекомендуется с целью уменьшения перекоса фаз подключать их к линейному напряжению 380 В, т.е. к двум фазам.

Подводя итог сказанному,  следует еще раз акцентировать внимание на основных недостатках и преимуществах подключения трехфазной электросети к загородному дому.

Итак, к основным недостаткам трехфазной электросети можно отнести:

• Необходимость получения разрешения и технических условий от районной Электросети (РЭС), что связано с определенной волокитой для владельца загородного дома. В дачном кооперативе этот процесс менее болезненный, так как его согласование обычно проходит на уровне Правления.
• Опасность поражения электрическим током и пожарная опасность существуют при любом раскладе, но эти опасности обостряются при эксплуатации трехфазной электросети. Поэтому, помимо автоматического выключателя, устанавливаемого обычно перед электросчетчиком на вводе электричества в дом, необходимо предусмотреть четырех полюсный  автоматический выключатель типа УЗО или дифференциального автомата с небольшим током утечки

• Необходимость установки модульных ограничителей перенапряжения в ЩРН, поскольку не исключен обрыв индивидуального рабочего нуля во внутренней трехфазной электросети, последствия которого чреваты перенапряжением в одной наименее нагруженной фазе.
• Увеличение габаритов ЩРН.  Но по сути дела это не столь заметно, так как современные электронные счетчики и автоматические выключатели как для трехфазной электросети, так и для однофазной отличаются от своих предшественников компактностью и небольшими размерами.

Основные преимущества трехфазной электросети:

• Возможность непосредственного подключения электричества к трехфазным мощным потребителям электроэнергии.
• Перераспределение потребляемой мощности  между фазами, сводя перекос фаз к минимуму.
• Снижение номиналов по току автоматических выключателей и площади сечения жил силового кабеля.
• Возможность увеличения в некоторых случаях максимально разрешенной потребляемой мощности электроэнергии при лояльном отношении районной Электросети.

Таким образом, практика подключения электричества с использованием трехфазной электросети себя оправдывает, если жилая площадь загородного дома более 100 кв. м.

В этом случае однофазных потребителей электроэнергии может быть очень много и нагрузку во внутренней электросети можно распределить с соблюдением максимальной симметрии.

Также трехфазная электросеть удобна тем владельцам загородных домов, который планируют подключение электричества для мощных трехфазных потребителей электроэнергии.  В остальных случаях подключение трехфазной электросети может оказаться излишним и стать причиной очередной головной боли владельца загородного дома.

В заключение для тех, кто любит мастерить своим руками будет полезен  «Сборник технической литературы».

Источник: http://barabyn.ru/blog/elektrotexnika/podklyuchenie-elektrichestva-tri-fazy-ili-odna.html

Перекос фаз в трехфазной сети: что это такое, причины, последствия, защита

Самая распространенная проблема, порождающая массу деструктивных последствий – перекос фаз в трехфазной сети (до 1,0 кВ) с глухозаземленной нейтралью.

При определенных условиях такое явление может вывести из строя электрические приборы и создать угрозу для жизни.

Учитывая актуальность проблемы, будет полезным узнать, что представляет собой несимметрия токов и напряжений, а также причины ее возникновения. Это позволит выбрать наиболее оптимальную стратегию защиты.

Что такое перекос фаз?

Данный термин используется для описания состояния сети, при котором возникают неравномерные нагрузки между фазами, что приводит к возникновению перекоса. Если составить векторную диаграмму идеальной трехфазной сети, то она будет выглядеть так, как показано на рисунке ниже.

Диаграмма напряжений в идеальных трехфазных сетях

Как видно из рисунка, в данном случае равны как линейные напряжения (АВ=ВС=СА=380,0 В), так и фазные (АN=ВN=СN=220,0 В).

К сожалению, на практике добиться такого идеального равенства нереально. То есть, линейные напряжения сети, как правило, совпадают, в то время как в фазных наблюдаются расхождения.

В некоторых случаях они могут превысить допустимый предел, что приведет к возникновению аварийной ситуации.

Пример диаграммы напряжений при возникновении перекоса

Допустимые нормы значений перекоса

Поскольку в трехфазных сетях предотвратить и полностью устранить перекосы невозможно, существуют нормы несимметрии, в которых установлены допустимые отклонения. В первую очередь это ГОСТ 13109 97, ниже приведена вырезка из него (п. 5.5), чтобы избежать разночтения документа.

Нормы несимметрии напряжения  ГОСТ 13109-97

Поскольку, основная причина перекоса фаз напрямую связана с неправильным распределением нагрузок, существуют нормы их соотношения, прописанные в СП 31 110. Вырезку из этого свода правил также приведем в оригинале.

Вырезка из СП 31-110 (п 9.5)

Здесь необходимы пояснения в терминологии. Для описания несимметрии используются три составляющих, это прямая, нулевая и обратная последовательность.

Первая считается основной, она определяет номинальное напряжение.

Две последние можно рассматривать в качестве помех, которые приводят к образованию в цепях нагрузки соответствующих ЭДС, которые не участвуют в полезной работе.

Причины перекоса фаз в трехфазной сети

Как уже упоминалось выше, данное состояние электросети чаще всего вызвано неравномерным подключением нагрузки на фазы и обрывом нуля. Чаще всего это проявляется в сетях до 1, кВ, что связано с особенностями распределения электроэнергии, между однофазными электроприемниками.

Обмотки трехфазных силовых трансформаторов подключаются «звездой». Из места соединения обмоток отводится четвертый провод, называемый нулевым или нейтралью.

Если происходит обрыв нулевого провода, то в сети возникает несимметрия напряжений, причем перекос напрямую будет зависеть от текущей нагрузки. Пример такой ситуации приведен ниже.

В данном случае RН это сопротивления нагрузок, одинаковые по значению.

Перекос фаз, вызванный обрывом нейтрали

В данном примере напряжение на нагрузке, подключенной к фазе А, превысит норму и будет стремиться к линейному, а на фазе С упадет ниже допустимого предела. К подобной ситуации может привести перекос нагрузки, выше установленной нормы. В таком случае напряжение на недогруженных фазах повысится, а на перегруженных упадет.

К перекосу напряжений также приводит работа сети в неполнофазном режиме, когда происходит замыкание фазного провода на землю. В аварийных ситуациях допускается эксплуатация сети в таком режиме, чтобы обеспечить электроснабжение потребителям.

Исходя из вышесказанного, можно констатировать три основные причины перекоса фаз:

1. Неравномерная нагрузка на линии трехфазной сети.
2. При обрыве нейтрали.
3. При КЗ одного из фазных проводов на землю.

Несимметрия в высоковольтных сетях

Вызвать подобное состояние в сети 6,0-10,0 кВ иногда может подключенное к ней оборудование, в качестве характерного примера можно привести дугоплавильную печь.

Несмотря на то, что она не относится к однофазному оборудованию, управление тока дуги в ней производится пофазно. В процессе плавки также могут возникнуть несимметричные КЗ.

Учитывая, что существуют дугоплавильные установки запитывающиеся от напряжения 330,0 кВ, то можно констатировать, что и в данных сетях возможен перекос фаз.

Чтобы исправить ситуацию выполняется транспозиция фазных линий, для этого устанавливаются специальные опоры. Эти дорогостоящие сооружения не отличаются особой прочностью.

Такие опоры не особо стремятся устанавливать, предпочитая пожертвовать качеством электроэнергии, чем надежностью ЛЭП.

Опасность и последствия

Считается, что наиболее значимые последствия несимметрии связаны с низким качеством электроэнергии. Это, безусловно, так, но нельзя забывать и о других негативных воздействиях.

К таковым относится образование уравнительных токов, вызывающих увеличение расхода электрической энергии.

В случае с трехфазным автономным электрическим генератором это также приводит к повышенному расходу дизеля или бензина.

При равномерном подключении нагрузки, геометрическая сумма проходящих через нее токов была бы близкой к нулю. Когда возникает перекос, растет уравнительный ток и напряжение смещения. Увеличение первого приводит к росту потерь, второго – к нестабильному функционированию бытовых приборов или другого оборудования, срабатыванию защитных устройств, быстрому износу электроизоляции и т.д.

Перечислим, какие последствия можно ожидать, когда появляется перекос:

1. Отклонение фазного напряжения. В зависимости от распределения нагрузок возможно два варианта:

• Напряжение выше номинального. В этом случае большинство электрических устройств, оставленных включенными в бытовые розетки, с большой вероятностью выйдут из строя. При срабатывании защиты результат будет менее трагическим.
• Напряжение падает ниже нормы. Увеличивается нагрузка на электродвигатели, происходит падение мощности электромашин, растут пусковые токи. Наблюдаются сбои в работе электроники, устройства могут отключиться и не включаться пока перекос не будет устранен.

1. Увеличивается потребление электричества оборудованием.
2. Нештатная работа электрооборудования приводит к уменьшению эксплуатационного срока.
3. Снижается ресурс техники.

Не следует забывать, что перекос может создать угрозу для жизни. При превышении номинального напряжения вероятность КЗ в проводке не велика, при условии, что она не ветхая, а кабель подобран правильно. Более опасны в этом случае электроприборы, подключенные к сети. Когда появляется перекос, может произойти КЗ на корпус или возгорания электроприбора.

Защита от перекоса фаз в трехфазной сети

Наиболее простой, но, тем не менее, эффективный способ минимизировать негативные последствия описанного выше отклонения – установить реле контроля фаз. С внешним видом такого устройства и примером его подключения (в данном случае после трехфазного счетчика), можно ознакомиться ниже.

Реле контроля фаз (А) и пример схемы его подключения (В)

Данный трехфазный автомат может обладать следующими функциями:

1. Производить контроль амплитуды электротока. Если параметр выходит за установленные границы, нагрузка отключается от питания. Как правило, диапазон срабатывания прибора можно настраивать в соответствии с особенностями сети. Данная опция имеется у всех приборов данного типа.
2. Проверка очередности подключения фаз. Если чередование неправильное питание отключается. Данный вид контроля может быть важен для определенного оборудования. Например, при подключении трехфазных асинхронных электромашин от этого зависит, в какую сторону будет происходить вращение вала.
3. Проверка обрыва на отдельных фазах, при обнаружении такового нагрузка отключается от сети.
4. Функция отслеживает состояние сети, как только появляется перекос, происходит срабатывание.

Совместно с реле контроля фаз можно использовать трехфазные стабилизаторы напряжения, с их помощью можно несколько улучшить качество электроэнергии. Но данный вариант не отличается эффективностью, поскольку такие приборы сами могут взывать нарушение симметрии, помимо этого на стабилизаторах возникают потери.

Лучший способ симметрировать фазы – использовать для этой цели специальный трансформатор. Этот вариант выравнивания фаз может дать результаты, как при неправильном распределении однофазных нагрузок на автономный 3-х фазный генератор электроэнергии, так и в более серьезных масштабах.

Защита в однофазной сети

В данном случае повлиять на внешние проявления системы электроснабжения не представляется возможным, например, если фазы перегружены, потребители электроэнергии не могут исправить ситуацию. Все, что можно сделать, это обезопасить электрооборудование путем установки реле напряжения и однофазного стабилизатора.

Имеет смысл установить общее стабилизирующее устройство на всю квартиру или дом. В этом случае необходимо высчитать максимальную нагрузку, после этого добавить запас 15-20%.. Это запас на будущее, поскольку со временем количество электрооборудования может увеличиться.

Совсем не обязательно подключать к стабилизатору сети все оборудование, некоторые виды приборов (например, электропечи или бойлеры), могут быть подключены к реле напряжения (через АВ)  напрямую. Это позволит сэкономить, поскольку устройства меньшей мощности стоят дешевле.

Источник: https://www.asutpp.ru/perekos-faz-v-trehfaznoj-seti.html

Две фазы в розетке. Причины. Что делать?

Здравствуйте, уважаемые читатели сайта sesaga.ru. Иногда в электрической проводке возникает интересная неисправность, которая приводит неопытного электрика или простого любителя в затруднительное положение. Такой неисправностью является возникновение второй фазы в розетке, которая там оказывается на месте нуля, что заставляет сильно призадуматься.

На самом же деле на обоих гнездах розетки присутствует одна и та же фаза, так как в однофазной электрической сети переменное напряжение 220В формируется одним фазным и одним нулевым проводниками, и второй фазы там быть не может. Но именно понимание этого и вызывает некоторое недоумение, когда на месте штатного нуля обнаруживается фаза.

Если бы в розетке действительно оказалась вторая фаза, то напряжение между обеими фазами составило бы 380В и все включенные бытовые приборы пришлось бы нести в ремонтную мастерскую.

Немного теории

Не вдаваясь в технические подробности можно сказать так, что однофазная электрическая сеть это такой способ передачи электрического тока, когда к потребителю (нагрузке) переменный ток течет по одному проводу, а от потребителя возвращается по другому проводу.

Возьмем, к примеру, замкнутую электрическую цепь, состоящую из источника переменного напряжения, двух проводов и лампы накаливания.

От источника напряжения к лампе ток течет по одному проводу и, пройдя через нить накала лампы, раскалив ее, ток возвращается к источнику напряжения по другому проводу.

Так вот, провод, по которому ток течет к лампе, называют фазным или просто фазой (L), а провод, по которому ток возвращается от лампы, называют нулевым или просто нулем (N).

При разрыве, например, фазного провода, цепь размыкается, движение тока прекращается и лампа гаснет. При этом участок фазного провода от источника напряжения и до места разрыва будет находиться под током или фазным напряжением (фазой). Остальная же часть фазного и нулевого проводов будут обесточены.

При разрыве нулевого провода движение тока также прекратится, но теперь под фазным напряжением окажутся фазный провод, оба вывода лампы и часть нулевого провода, отходящего от цоколя лампы к месту разрыва.

Убедиться в наличии фазы на обоих выводах лампы и на нулевом проводе, отходящем от лампы, можно индикаторной отверткой. Но если на этих же выводах и проводе измерить напряжение вольтметром, то он ничего не покажет, так как в этой части цепи присутствует одна и та же фаза, которую относительно себя измерить нельзя.

Вывод: между одной и той же фазой никакого напряжения нет. Напряжение есть только между нулевым и фазным проводом.

Совет. Для определения наличия фазы и напряжения в электрической сети необходимо совместное использование индикаторной отвертки и вольтметра. В качестве вольтметра можно использовать мультиметр.

А теперь перейдем к практике и рассмотрим некоторые ситуации с нулем, которые можно самостоятельно определить и по возможности устранить без привлечения службы коммунэнерго:

1. Обрыв нуля во входном щитке дома или квартиры;
2. Обрыв нуля на входе или внутри распределительной коробки;
3. Замыкание нулевой жилы на фазную при механическом повреждении изоляции.

1. Обрыв нуля во входном щитке дома или квартиры

Во входном щитке дома или квартиры нулевой провод может оборваться на вводном автоматическом выключателе или на нулевой шине. Как правило, ослабляется винтовое соединение, из-за чего теряется контакт между проводом и зажимом, или, в редких случаях, нулевой провод обламывается на зажиме и повисает в воздухе.

Также из-за плохого контакта между зажимом и проводом происходит нагрев и обгорание провода и, как следствие, между ними образуется большое переходное сопротивление в виде нагара, которое постепенно переходит в обрыв.

При отсутствии нуля все электрические приборы в доме работать не будут.

Для определения такой неисправности достаточно отключить из розеток все бытовые приборы и отключить все выключатели света или выкрутить лампочки. После этих действий вторая фаза из розеток и контактов выключателей пропадет. Лечится неисправность восстановлением контактов на зажимах вводного автомата или на нулевой шине.

2. Обрыв нуля на входе или внутри распределительной коробки

При обрыве нулевой жилы перед распределительной коробкой или в самой коробке проблема с нулем и работой электрооборудования будет именно в том помещении дома или квартиры, в которое распределяет напряжение данная коробка. При этом в соседних помещениях все будет работать в штатном режиме.

На рисунке выше видно, что перед левой распределительной коробкой произошел разрыв нулевой жилы провода, и фаза через нить накала лампы (нагрузку) попадает на розеточный ноль.

При поиске такой неисправности вскрывается проблемная коробка и находится скрутка общего нуля (она самая толстая в коробке). Жилы скрутки отрезаются, заново разделываются и опять скручиваются вместе.

Совет. Если провод медный, то скрутку желательно пропаять.

При поиске такой неисправности сначала в коробке находят скрутку с общим нулем и раскручивают на отдельные жилы. Затем каждая нулевая жила вызванивается до розеток и до потолка. Жила, которая не прозвонится, и будет являться входящим проводом в коробку.

Далее этот провод продергивается и вскрывается штукатурка в стене для поиска места повреждения провода. Однако такая неисправность относится к разряду трудновыполнимых, потому как ковырять стену мало кто берется – проще проложить новую трассу.

3. Замыкание нулевой жилы на фазную при механическом повреждении изоляции

Может возникнуть ситуация, когда при сверлении отверстия, вкручивании самореза или забивании гвоздя в стену нарушается электрическая проводка. В довесок к этому, повреждение проводки сопровождается коротким замыканием, из-за которого провод повреждается полностью или частично. Лечится такая неисправность вскрытием места повреждения и восстановлением поврежденного участка провода.

Иногда при такой неисправности можно также наблюдать две фазы в розетке.
В момент замыкания происходит сварка фазной и нулевой жилы вместе, и поэтому фаза беспрепятственно попадает на нулевую жилу.

Причем даже при выключенном из розеток электрооборудования и отключенных выключателей освещения фаза будет присутствовать на тех розетках и выключателях, на которые подается напряжение от этого провода.

Лечится неисправность восстановлением поврежденного участка проводки.

В этой статье мы рассмотрели только самые распространенные неисправности, возникающие в однофазной электрической сети при повреждении нулевой жилы провода. Теперь если у Вас в розетке появятся две фазы, Вы сможете легко определить и устранить подобную неисправность.
Удачи!

Источник: https://sesaga.ru/dve-fazy-v-rozetke-prichiny-chto-delat.html

Что показывает вольтметр, или математика розетки

О чем эта статья

Сегодня я ненадолго отступлю от своей обычной темы о визуальном программировании контроллеров и обращусь к теме измерений напряжения прямо в ней, в розетке!

Родилась эта статья из дискуссий за чаем, когда разразился спор среди «всезнающих и всеведающих» программистов о том, чего многие из них не понимают, а именно: как измеряется напряжение в розетке, что показывает вольтметр переменного напряжения, чем отличается пиковое и действующие значения напряжений.

Скорее всего, это статья будет интересна тем, кто начинает творить свои устройства. Но, возможно, поможет и кому-то опытному освежить память.

В статье рассказано о том, какие напряжения есть в сети переменного тока, как их измеряют и о том, что следует помнить при проектировании электронных схем.
Всему дано краткое и упрощённое математическое обоснование, чтобы было ясно не только «как», но и «почему».

Кому не интересно читать про интегралы, ГОСТы и фазы — могут сразу переходить к заключению.

Вступление

Когда люди начинают говорить о напряжении в розетке, очень часто стереотип «в розетке 220В» скрывает от их взора реальное положение дел.

Начнем с того, что согласно ГОСТ 29322-2014, сетевое напряжение должно составлять 230В±10% при частоте 50±0,2Гц (межфазное напряжение 400В, напряжение фаза-нейтраль 230В). Но в том же ГОСТ имеется примечание: «Однако системы 220/380 В и 240/415 В до сих пор продолжают применять».

Согласитесь, что это уже совсем не то однозначное «в розетке 220В», к которому мы привыкли. А когда речь начинает идти о «фазном», «линейном», «действующем» и «пиковом» напряжениях — вообще каша получается знатная. Так сколько же вольт в розетке?

Чтобы ответить на этот вопрос начнем с того, как измеряется напряжение в сети переменного тока.

Как измерять переменное напряжение?

Прежде, чем углубиться в дебри цепей переменного тока и напряжения, вспомним школьную физику цепей тока постоянного.

Цепи постоянного тока — вещь простая. Если мы возьмем некоторую активную нагрузку (пусть это будет обычная лампа накаливания, как на рисунке) и воткнем ее в цепь постоянного тока, то все, что происходит в нашей цепи будет характеризоваться всего двумя величинами: напряжением на нагрузке U и током, протекающим через нагрузку I. Мощность, которая потребляется нагрузкой однозначно вычисляется по формуле, известной со школы:

.

Или, если учесть, что по закону Ома

, то мощность P, потребляемую нагрузкой-лампочкой, можно вычислить по формуле

.

С переменным напряжением все куда сложнее: в каждый момент времени — оно может иметь разное мгновенное значение. Следовательно, в разные моменты времени, на нагрузке, подключенной к источнику переменного напряжения (например, на лампе накаливания, воткнутой в розетку) будет выделяться разная мощность. Это очень неудобно с точки зрения описания электрической цепи.

Но нам повезло: форма напряжения в розетке синусоидальная. А синусоида, как известно, полностью описывается тремя параметрами: амплитудой, периодом и фазой. В однофазных сетях (а обычная розетка с двумя дырочками именно и есть однофазная сеть) про фазу можно забыть. На рисунке подробно показаны два периода сетевого однофазного напряжения. Того самого, что в розетке.

Рассмотрим, что означают все эти буковки на рисунке.

Период T — это время между двумя соседними минимумами или соседними максимумами синусоиды. Для осветительной сети РФ этот период составляет 20 миллисекунд, что соответствует частоте 50Гц. Частота колебаний напряжения электрической сети выдерживается очень точно, до долей процента.

Очевидно, что в любых двух точках синусоиды, отстоящих друг от друга на целое число периодов, напряжения всегда равны между собой.

Амплитуда Um — это максимальное напряжение, пик синусоиды. Про действующее напряжение Uд поговорим чуть ниже.

Напряжение в розетке (или однофазной сети) описывается формулой

где t — текущий момент времени, Um — амплитуда (или пиковое значение) напряжения, T — период сетевого напряжения.

Если с однофазным переменным напряжением более или менее все ясно, то попробуем посчитать мощность, которая выделяется на нашей любимой лампе накаливания, при втыкании ее прямо в розетку.

Так как лампа накаливания является активной нагрузкой (а это значит, что ее сопротивление не зависит от частоты напряжения и тока), то мгновенная мощность, выделяемая на лампе накаливания, воткнутой в розетку, будет вычисляться по формуле

где t — текущий момент времени, а R — сопротивление лампы накаливания при нагретой спирали. Зная амплитуду переменного напряжения Um, можно записать:

Понятно, что мгновенная мощность — неудобный параметр, да и на практике не особо нужный. Поэтому практически обычно применяется мощность, усредненная за период.
Именно усредненная мощность указана на лампочках, нагревателях и прочих бытовых утюгах.

Рассчитывается усредненная мощность в общем случае по формуле:

А для нашей синусоиды — по гораздо более простой формуле:

Можете сами подставить вместо

функцию

и взять интеграл, если не верите.

Не думайте, что про мощность я вспомнил просто так, из вредности. Сейчас поймете, зачем она нам была нужна. Переходим к следующему вопросу.

Что же показывает вольтметр?

Для цепей постоянного тока, тут все однозначно — вольтметр показывает единственное напряжение между двумя контактами.

С цепями переменного тока все опять сложнее. Некоторые (и этих некоторых не так мало, как я убедился) считают, что вольтметр показывает пиковое значение напряжения Um, но это не так!

На самом деле, вольтметры обычно показывают действующее или эффективное, оно же среднеквадратичное, напряжение в сети Uд.

Разумеется, речь идет о вольтметрах переменного напряжения! Поэтому, если будете измерять вольтметром напряжение сети, обязательно убедитесь, что он находится в режиме измерения переменного напряжения.

Оговорюсь, что «пиковые вольтметры», показывающие амплитудные значения напряжения, тоже существуют, но на практике при измерении напряжения питающей сети в быту обычно не применяются.

Разберемся, почему такие сложности. Почему бы не измерять просто амплитуду? Зачем выдумали какое-то «действующее значение» напряжения?

А все дело в потребляемой мощности. Я ведь не просто так писал о ней. Дело в том, что действующее (эффективное) значение переменного напряжения равно величине такого постоянного напряжения, которое за время, равное одному периоду этого переменного напряжения, произведет такую же работу, что и рассматриваемое переменное напряжение.

Или, по-простому, лампочка накаливания будет светить одинаково ярко, воткнем ли мы ее в сеть постоянного напряжения 220В или в цепь переменного тока с действующим значением напряжения 220В.

Для тех, кто уже знаком с интегралами или еще не забыл математику, приведу общую формулу расчета действующего напряжения произвольной формы:

Из этой формулы также становится ясно, почему действующее (эффективное) значение переменного напряжения также называют «среднеквадратичным».

Заметим, что подкоренное выражение и есть та самая «усредненная за период мощность», стоит только поделить это выражение на сопротивление нагрузки R.

Применительно к синусоидальной форме напряжения, страшный интеграл после несложных преобразований превратится в простую формулу:

где Uд — действующее или среднеквадратичное значение напряжение (то самое, которое обычно показывает вольтметр), а Um — амплитудное значение.

Действующее напряжение хорошо тем, что для активной нагрузки, расчет усредненной мощности полностью совпадает с расчетом мощности на постоянном токе:

Это и не удивительно, если вспомнить определение действующего значения напряжения, которое было дано чуть выше.

Ну и, наконец, посчитаем, чему же равна амплитуда напряжения в розетке “на 220В“:

В худшем случае, если у вас сеть на 240В, да еще и с допуском +10%, амплитуда будет аж

!

Поэтому, если хотите, чтобы ваши устройства, питающиеся от сети, работали стабильно и не сгорали, выбирайте элементы, которые выдерживают пиковые напряжения не менее 400В. Разумеется, речь идет об элементах, на которые непосредственно подаётся сетевое напряжение.

Отмечу, что для не-синусоидальной формы сигнала действующее значение напряжения рассчитывается по иным формулам. Кому интересно — могут сами взять интегралы или обратиться к справочникам. Нас же интересует питающая сеть, а там всегда должна быть синусоида.

Фазы, фазы, фазы…

Помимо обычной однофазной осветительной сети ~220В все слышали и о трехфазной сети ~380В. Что такое 380В? А это межфазное эффективное напряжение.

Помните, я сказал, что в однофазной сети про фазу синусоиды можно забыть? Так вот, в трехфазной сети этого делать нельзя!

Если говорить по простому, то фаза — это сдвиг во времени одной синусоиды относительно другой. В однофазной сети мы всегда могли принять за начало отсчета любой момент времени — на расчеты это не влияло. В трехфазной сети необходимо учитывать насколько одна синусоида отстоит от другой. В трехфазных сетях переменного тока каждая из фаз отстоит от другой на треть периода или на 120 градусов. Напомню, что период измеряется также в градусах и полный период равен 360 градусов.

Если мы возьмем осциллограф с тремя лучами и прицепимся к трем фазам и одному нулю, то увидим такую картину.

«Синяя» фаза — начинается от нуля отсчета. «Красная» фаза — на треть периода (120 градусов) позже. И, наконец «зеленая» фаза начинается на две трети периода (240 градусов) позже «синей». Все фазы абсолютно симметричны друг относительно друга.

Какую именно фазу брать за точку отсчета — не важно. Картина будет одинаковой.

Математически можно записать уравнения всех трех фаз:

«Синяя» фаза:

«Красная» фаза:

«Зеленая» фаза:

Если измерить напряжение между любой из фаз и нулем в трехфазной сети — то получим обычные 220В (или 230В или 240В — как повезет, см. ГОСТ).

А если измерить напряжение между двумя фазами — то получим 380В (или 400В или 415В — не забываем об этом).

То есть трехфазная сеть — многолика. Ее можно использовать как три однофазные сети с напряжением 220В или как одну трехфазную сеть с напряжением 380В.

Откуда взялось 380В? А вот откуда.

Если мы подставим в формулу расчета действующего напряжения наши данные о двух любых фазах, то получим:

или, упрощая:

Uдф — действующее межфазное, оно же линейное напряжение.

Учитывая, что амплитуда каждой фазы

получим, что

для межфазного напряжения. На рисунке наглядно показано, как образуется межфазное напряжение, которое обозначено F1-F2 из двух фазных напряжений фаз F1 и F2. Напряжение фаз F1 и F2 измеряется относительно нулевого провода. Линейное напряжение F1-F2 измеряется между двумя разными фазными проводами.

Как видим, что действующее межфазное напряжение больше амплитуды синусоидального напряжения одной фазы.

Амплитуда межфазного напряжения составляет:

Для наихудшего случая (сеть 240В и межфазное напряжение 415В, да еще 10% сверху) амплитуда межфазного напряжения составит:

Учтите это при работе в трехфазных сетях и выбирайте элементы, рассчитанные не менее, чем на 650В, если им предстоит работать между двумя фазами!

Надеюсь, теперь понятно что показывает вольтметр переменного тока?

Заключение

Итак, очень кратко, почти на пальцах, мы ознакомились с тем какие напряжения действуют в бытовых сетях переменного тока. Подведем краткие итоги всего, изложенного выше.

• Фазное напряжение — это напряжение между фазой и нулевым проводом.
• Линейное или межфазное напряжение — это напряжение между двумя разными фазными проводами одной трехфазной сети.
• В сетях переменного тока РФ действуют три, хоть и близких, но разных стандарта (фазное/линейное): 220В/380В, 230В/400В и 240В/415В переменного тока с частотой 50Гц.
• Вольтметр переменного тока обычно показывает действующее (оно же среднеквадратичное, оно же эффективное) напряжение, которое в раза меньше, чем пиковое (амплитудное) напряжение в сети.
• В наихудшем с точки зрения стандартов случае пиковое фазное напряжение составляет примерно 373В, а пиковое линейное напряжение — 645B. Это следует учитывать при разработке электронных схем.

Надеюсь эта статья помогла кому-то разобраться в теме и ответить для себя на некоторые вопросы.

Отправлять предложения и пожелания, замеченные опечатки и просто мнения можно в комментарии или на почту: shiotiny@yandex.ru.

Что такое фаза?

Фаза является значением тригонометрической функции, например определяющей вид или описывающей волновое или колебательное движение. Величина тождественна углу или аргументу периодической функции. Зависимость целой фазы от координат и времени не всегда бывает линейной и гармонической. Конец проводника, по которому ток поступает в цепь, или зажим представляет собой начало фазы. Изменение вольтажа цепи через временной промежуток является проекцией лучевого вектора на координатную ось.

Цепь представляет собой стандартные элементы — энергетический генератор, цепь передачи, приемник. Для понятия, что такое фазное, линейное напряжение, их взаимодействие требуется определение фазы. Положение фазы действует только для магистралей переменного тока. Понятие определятся в виде уравнения сектора векторного вращения с фиксацией одного конца в исходе координат.

Электрические линии отличаются числом фаз: одно-, двух-, трех- и многофазная.

В России популярна трехфазная сеть для питания потребителей, которые представлены бытовыми строениями или промышленными объектами. Подключение отличается преимуществами по сравнению с электроснабжающей однофазной цепью:

• экономичность из-за выгодного применения материалов;
• возможность транспортировки большого объема электричества;
• включение в рабочую цепь электрогенераторов и двигателей высокой мощности;
• создание разных показателей напряжения в зависимости от варианта включения потребляющей нагрузки в электрическую линию.

Работа в трехфазной цепи зависит от взаимного соотношения ее компонентов. Показатели напряжения зависят от фазы (угла наклона векторного луча к координатной плоскости оси). Вольтаж определяется по земельному потенциалу, который равен нулю. Из-за этого кабель с присутствующим вольтажом именуют фазным, а заземляющий провод — нулевым. Угол фазы единичного вектора не имеет особой значимости, т. к. в линии он делает полный оборот на 360° за 1/50 часть секунды. Во внимание берется междуфазный угол относительности 2 векторов.

В сети с применением реактивных деталей угол берется между векторными показателями электротока и вольтажа, он носит название сдвига фазы. Если значения подключенных нагрузок со временем не изменяются, то величина сдвига будет всегда постоянной. Неизменность показателя используется в расчете электрической линии и анализа работы.

При намотке на катушке множества оборотов провода номинальное напряжение увеличивается пропорционально числу витков. Явление привело к разработке генераторов, обеспечивающих потребителей электричеством. Для эффекта от применения магнитного поля иногда устанавливают несколько бобин. Статорное магнитное поле за поворот ротора пересекают одновременно 3 катушки, что ведет к увеличению мощности генератора. Это позволяет запитать сразу 3 пользователей.

Что такое фазное напряжение?

В трехфазных магистралях большинства государств размер напряжения равен 220 вольт. Фазный вольтаж измеряется в промежутке между фазами в начале и конце провода. Практически это величина посередине нулевого проводника и напряженного кабеля. При подсоединении по типу звезды значения линейных токов и фазного электричества не отличаются.

Фазное напряжение — это напряжение между нулевым проводом и одним из фазных (220 В).

Симметричная система исключает присутствие нейтральной жилы, при несимметричном способе нулевой кабель поддерживает соразмерность с источником. Во втором варианте часто в цепь включаются приборы освещения, и требуется независимое функционирование 3 рабочих кабелей, тогда выводы приемника объединяются по типу треугольника.

Межфазное напряжение используется в многоквартирном секторе с магазинами или офисами на первых этажах. Так можно запитать торговые площадки силовыми кабелями в целях обеспечения 380 вольт. В высотках подключение обеспечивает лифты, эскалаторы, промышленные холодильники. Разводка выполняется относительно просто, учитывая, что в жилье идет ноль и жила под нагрузкой, а на общественные помещения ответвляются 3 рабочих кабеля и нейтральная жила.

Отличие трехфазного тока от однофазного состоит в том, что показатель сети — это линейная мощность, а параметры, имеющие отношение к нагрузке, представляют собой фазный вольтаж. От станции к потребителю проводится линия, включающая рабочие жилы и нулевой провод. Для снижения утечек при прохождении по цепи в начале и конце сети ставятся преобразователи, но картина от этого не изменяется. Нейтральный провод фиксирует и транспортирует пользователю заявленный потенциал, полученный на выходе. Мощность в проводе под нагрузкой создается, исходя из значения в нейтрали.

Величина напряжения фазы выявляется и возникает относительно центра подключения обмоток — нейтрального провода. В симметричной относительно нагрузок схеме трехфазной цепи через ноль передается ток с минимальными показателями. На выводе такой линии провода под нагрузкой окрашиваются в общепринятые стандартные цвета:

• жила L1 — коричневый;
• провод L2 — черный;
• кабель L3 — серый;
• нулевая оплетка N — синий;
• желтый или зеленый — предусмотрен для заземления.

Такие мощные линии проводятся к крупным потребителям — целым микрорайонам, заводам. Для небольших приемников монтируется однофазная линия, включающая нагруженный провод и дополнительный ноль. При равномерном распределении мощности в однофазных ответвлениях появляется равновесие в трехфазной конструкции. Для прокладки составляющих ветвей принимается напряжение фазы одной жилы относительно нейтрали.

Что такое линейное напряжение?

В трехфазной магистрали можно выделить дополнительное напряжение, при подсоединении перемычку между 2 нагруженными кабелями. Значение его выше, т. к. является проекцией на плоскость координат 2 векторов, составляющих угол 120° между собой. Довесок к значению фазового напряжения составляет 73% или рассчитывается как √3-1. Общепринятое линейное напряжение в электролинии всегда составляет 380 вольт.

Линейное напряжение — это напряжение между двумя фазными проводами (380 В).

Напряжение вычисляется в промежутке фаз или между их выводами. При монтаже схемы появляются трудности, заключающиеся в неточности при расчете проводника, что иногда вызывает аварию. Схемы подключения различаются вариантами объединения нагруженных жил и источника электричества. Преимущества однофазной сети:

• безопасность эксплуатации оборудования, т. к. опасность в плане поражения исходит от 1 кабеля;
• схема применяется для осуществления эффективной разводки, выбора принципа эксплуатации, расчета параметров и выполнения измерений.

Расчеты в системе простые, выполняются с учетом стандартных физических формул. Для замеров показателей цепи используется мультиметр. Характеристики подключения к фазе определяются с помощью специальных вольтметров, токовых датчиков.

Линейное напряжение возникает при прохождении электрического тока в подводнике при объединении источника энергии и приемника. При понижении мощности на участке между выходом генератора и потребителем параметры фазного вольтажа также изменяются. Зная линейные показатели, нетрудно высчитать значение фазного напряжения.

Особенности сети:

• при разводке проводов профессиональных устройств не требуется, достаточно отвертки с встроенным индикатором;
• при соединении проводов не используется ноль — из-за нейтральной жилы нет опасности поражения током;
• схема применима для постоянных сетей и линий с переменным током;
• однофазное соединение выполняется в трехфазной линии, но не наоборот.

Соотношения фазного и линейного напряжения

Соотношение между напряжением линейным и фазным составляет 1,73. То есть при ста процентах мощности ЛН, напряжение фазы будет 58%. То есть, ЛН превышает ФН в 1,73 раза и при этом стабильно.

ФН и ЛН, отличие и соотношение

Напряжение в трёхфазной цепи оценивается по параметрам линейной составляющей. Обычно оно 380 вольт и тождественно 220 вольтам фазной компоненты сети трёхфазного электротока. В электрических сетях, где имеется четыре провода, напряжение 3-фазного тока обозначается 380/220В. Это позволяет подключить к подобной сети оборудование с 1-фазным потреблением электричества 220В и мощных приборов, которые могут работать от 380В.

Универсальной и приемлемой в большинстве случаев является трёхфазная цепь 380/220В 0-вым проводом. Электроприборы, которые функционируют от однофазного напряженья 220В, могут при подсоединении к паре проводов ФН питаться от ЛН.

Электрооборудование, которое запитывается от трёхфазной сети может работать, только если имеется подсоединение одновременно к 3-м выводам различных фаз. Тогда заземление не обязательно, но если изоляционный материал провода будет повреждён, то отсутствие 0-ого значительно увеличивает опасность удара электрическим током.

Важно! При понижении ЛН меняются величины ФН. При уже выясненном значении междуфазного напряжения определить величину ФН труда не составит.

Вычисление соотношения между фазным и линейным напряжением

Для расчёта соотношения следует знать линейные параметры. Все вычисления производятся по формуле: 12UAB=UA cos 30˚, либо UAB=2√3/2×UA=√3×UA. Таким образом, делаем вывод, что окончательная формула выглядит следующим образом – Uл=√3×UФ.

На первый взгляд может показаться, что формулы слишком сложны, однако это не так. С другой стороны, домашнему мастеру практически нет смысла заниматься подобными расчётами. Достаточно обычной проверки напряжения на каждой из фаз обычным мультиметром.

Типы соединения

Чтобы запустить генератор, часто используют именно линейное и фазное напряжение. Если говорить о запуске именно трехфазного генератора, то следует отметить один важный факт.

Состоит такой прибор не только из первичных, но и вторичных обмоток. Эти обмотки нужно правильно соединить и для этого существует два самых распространенных способа.

Только благодаря тому, что все обмотки будут правильно соединены, можно добиться определенных улучшений:

• Увеличение мощности передачи – это важнейшая задача, которую нужно решить, но сделать это следует без увеличения напряжения. И сделать это можно благодаря использованию определенных типов соединений.
• Снижение пульсаций напряжения – если в блоках питания наблюдаются постоянные колебания напряжения, это может стать причиной выхода из строя, подключенных к ней приборов. Поэтому устранение данного недочета с помощью разных соединений является первостепенной задачей.
• Уменьшение количества проводов – при подключении к сети нужно минимизировать количество соединений, чтобы улучшить качество работы приборов. Именно по этой причине использование двух упрощенных схем для подключения настолько важно.

Треугольник

Для выполнения соединения используют схему, отличную от той, которая была описана выше. Ведь нужно соединить одну обмотку с другой.

Свое название соединение получило из-за внешнего сходства с треугольником.

Его особенностью является то, что все обмотки соединяются в строгой последовательности. А поскольку общая точка соприкосновения отсутствует, такая система может быть только одного вида, а именно – трехпроводная.

Звезда

Сначала рассмотрим данный тип подключения. Чтобы его выполнить, нужно соединить начало всех мотков в одной точке.

Эту точку принято называть нулевой. В некоторых печатных руководствах упоминается другое обозначение – нейтральная точка.

Иногда встречается соединение нулевой точки и нулевым источником питания. И поэтому ошибочно юные и начинающие электрики считают его обязательным. Но это не так, такое соединение могут использовать в некоторых случаях, и оно не является обязательным.

Важно! Если такое соединение присутствует, то систему правильно называть 4-проводной. В том случае, если оно отсутствует, то соединение считается трехпроводным.

Комбинированный вариант соединения

В некоторых случаях используется комбинированный вариант «звезда-треугольник». Электродвигатель мягко запускается на соединении «звезда», а после того, как набирает необходимые обороты, реле переключает его на «треугольник». Однако не все двигатели можно подключить подобным образом. К примеру, существуют электромоторы, имеющие всего 3 вывода в контактной группе. Они изначально изготовлены под соединение «звезда» и подключить их «треугольником» невозможно.

Если объединить распространённые типы включения в трёхфазную сеть, можно увидеть следующую картину.

Отличие линейного от фазного напряжения

Если представить трехфазную цепь, то четко понятно, что в ней есть определенное напряжение между фазными контактами и фазным и нулевым проводом. Это происходит из-за того, что в этой схеме используется четырёхпроводная трехфазная цепь. Главные её характеристики – напряжение и частота. Напряжение, возникающее в цепи между двумя фазными проводами – это линейное, а то, что появляется между фазным и нулевым – фазным.

4-проводная сеть

Примечательной особенностью линейного напряжения является то, что именно по нему рассчитываются токи и другие параметры трехфазной цепи. Кроме того, к такой схеме можно подключать не только стандартные трехфазные контакты, но и однофазные (это различные бытовые приборы, приемники). Номинальное равняется 380 вольт, при этом оно может изменяться в зависимости от скачков или других перемен в локальной сети.

Существует несколько вариантов такого соединения, скажем, система с нейтралью под заземлением является самой популярной. Она характеризуется тем, что подключение к ней производится по особой схеме:

1. Однофазные отводы подключаются к фазным проводам;
2. Трехфазные – к трехфазным, соответственно.

Линейное напряжение имеет очень широкое использование благодаря своей безопасности и удобства разветвления сети. Электрические приборы подключаются только к одному- фазному проводу, опасность представляет он один. Расчет системы очень прост, в нем руководствуются стандартными формулами из физики. При этом, чтобы измерить этот параметр сети, достаточно воспользоваться простым мультиметром, для того, чтобы замерить характеристики фазового подключения потребуется несколько специальных устройств (датчики тока, вольтметры и прочие).

Некоторые особенности сети:

1. При разводке такой проводки не требуется использовать профессиональные приборы- все измерения проводятся отвертками с индикаторами;
2. При соединении проводников нет необходимости подключать нулевой провод, т. к. благодаря свободной нейтрали, риск поражения током крайне мал;
3. Электротехника использует такую схему подключения для различных электродвигателей и других устройств, требующих высокую мощность для работы. Дело в том, что используя этот тип напряжения есть возможность повысить КПД на треть, что является весьма полезным свойством, в особенности, для асинхронного двигателя;
4. Схема используется как для переменного тока, так и для постоянного;
5. Нужно помнить, что однофазное соединение можно подключить к трехфазной сети, но не наоборот;
6. Но, у такой цепи есть и определенные недостатки. В линейном соединении проводников очень сложно обнаружить повреждения. Это способствует повышенной пожарной опасности.

Соответственно, основная разница между фазовым и линейным напряжением заключается в разности подсоединяемых проводов обмоток.

Для контроля и выравнивания этого параметра часто используется специальный прибор – линейный стабилизатор напряжения. Он позволяет поддерживать показатель на определённом уровне, при этом нормализуя повышенное. Еще одно его определение – импульсный стабилизатор. Устройство может подключаться к розетке, контактам электрических приборов и т. д.

Измерение

Напряжение, возникающее между фазными проводниками, называется линейным. При этом между фазным и нулевым появляется фазное напряжение. Линейную разновидность применяют для определения токов и прочих показателей трехфазной цепи. При этом в такие схемы допустимо включать не только трехфазные контакты. Также разрешается использовать и однофазные – в частности, разные бытовые приборы.

Номинальный показатель линейного напряжения составляет 380 Вольт. Под влиянием ряда факторов, которые возникают в локальной сети, оно может меняться. Потому ключевые отличия между рассматриваемыми видами напряжений кроются в методах соединения обмоток.

Более распространенной считается линейная разновидность. Это обусловлено безопасным применением и удобством распределения сетей. Чтобы измерить этот параметр, стоит применять мультиметр. При этом для оценки показателей фазного напряжения потребуются датчики тока, вольтметры и прочие специальные устройства.

Контроль и выравнивание этого показателя производится линейным стабилизатором напряжения. Это устройство поддерживает параметр в норме. К тому же он помогает нормализовать высокое напряжение.

Величины измерения

Необходимо четко понимать, что даже установленные числа для фазного и линейного напряжения в 220 и 380 Вольт соответственно – это не конечные цифры. Важно понимать, что для каждого параметра установлена «диапазонная вилка», то есть тот интервал внутри которого изменения параметра считаются нормальными.

Поэтому, для фазного напряжения считается нормой колебания от 198 В до 242 В. Это говорит о том, что номинальному значению в 220 Вольт прибавляется и отнимается 10%, которые являются своеобразным стандартным отклонением.

Этот параметр установлен в соответствии с нормативным документом ГОСТ 13109.

Для расчета трехфазных цепей, чаще всего специалисты снимают параметр только линейного тока в сети, а также значение линейного напряжения.

Величину фазового напряжения определяют в момент падения линейного, то есть при образовании так называемого проседания.

Для определения величины ЛН используют формулы:

1. Uл = Uф,

где

• Uл – напряжение линейное;
• Uф – напряжение фазовое.

В ситуации, когда необходимо установить значение реактивной мощности в трехфазной сети, использую формулу:

Q=Qa+Qb+Qc

Чаще всего подобную формулу использовать в том случае, когда необходимо подсчитать электрическую сеть, в которую будут включены различные промышленные приборы. А это значит, что она требует большей точности с точки зрения соответствия и недопущения различных перебоев в работе.

Если говорить о распространенности сетей, то стоит отметить, что наиболее часто встречается линейный вариант. Это обусловлено тем, что здесь безопасность находится на более высоком уровне. А разведение электропроводки достаточно просто осуществляется.

Все электрооборудование, которое необходимо включить в сеть, подсоединяться только к одному фазному проводу. Именно он запитывается электрическим током и представляет собой опасность с точки зрения поражения человека. Второй провод является заземлением.

Как измерить

Измерить подобную систему можно мультиметром или применив физические формулы.

Измерение подключения к сети

ЛН рассчитывается по формуле Кирхгофа: ∑ Ik = 0. Здесь сила тока равняется нулю во всех частях электроцепи, то есть к=1. Используется также закон Ома: I=U/R. Применив обе формулы можно высчитать параметры клейма или электросети.

В системе из несколько линий, потребуется найти напряжение между 0 и фазой IL = IF. Значения IL и IF непостоянные и меняются при разных вариациях подключения. Потому линейные параметры точно такие же, как и фазные.

Схемы подключения

Существует 2 схемы, по которым источники напряжения подключаются к сети:

• звездой;
• треугольником.

Каждый из вариантов отличается своими особенностями. При подключении звездой начала обмоток генератора соединяются в конкретной точке. Это препятствует повышению мощности. При использовании треугольника обмотки соединяются последовательно. При этом начало одной обмотки соединяется с концом другой. Это помогает втрое повысить напряжение.

Чтобы понимать схемы подключения, стоит ознакомиться с такими понятиями:

• линейным называют ток, который попадает в подводник между приемником и источником электроэнергии;
• фазным считается ток, текущий в каждой обмотке источника электроэнергии.

Эти виды токов важны при наличии несимметричной нагрузки на генератор. Это наблюдается довольно часто при подключении объектов к электросети. Все параметры, которые относятся к линии, представляют собой линейные токи и напряжения. Показатели, которые относятся фазе, считаются значениями фазных величин.

Соединение в виде звезды показывает, что все линейные токи отличаются теми же значениями, что и фазные. При симметричности системы потребность в нейтральном проводе пропадает. На практике он способствует поддержанию симметрии при асимметричности нагрузки.

В случае несимметричности используемой нагрузки важно, чтобы три фазы цепи функционировали независимо. Это удастся сделать и в трехпроводной линии, когда элементы приемника соединены в треугольник.

По мнению специалистов, снижение линейного напряжения приводит к изменению параметров фазного напряжения. Если знать показатель междуфазного напряжения, удастся без труда определить размер фазного.

Расчет

Сети с линейным током применяются довольно часто. Это обусловлено минимальными рисками и простотой разведения такой проводки. Все электроприборы в таком случае соединяются лишь с одним фазным проводом, по которому течет ток. При этом источником опасности считается только он.

Для расчета такой схемы будет достаточно обычных формул из курса физики. К тому же для измерения данного показателя сети хватит обыкновенного мультиметра. При этом для получения показаний фазного подключения потребуется целая система оборудования.

Чтобы подсчитать напряжение линейного тока, рекомендуется использовать формулу Кирхгофа и закон Ома. Благодаря применению этих понятий удастся быстро рассчитать характеристики определенного клейма или электрической сети.

Использование линейного и фазного напряжения

Электрические цепи бывают постоянного и переменного тока. Чаще для соединения источника электричества с потребителем используются трехфазные цепи переменного тока. Такой тип тока имеет ряд преимуществ:

• ниже затраты на передачу энергии;
• возможность создания электродвижущей силы для функционирования асинхронного оборудования (лифтов, подъемников);
• можно одновременно использовать линейное и фазное напряжение.

Для подключения генераторов в магистраль используют принцип треугольника или звезды. В первом варианте обмотки подсоединяются последовательно, начало фазы и конец другой фазы соединены. Схема позволяет повысить напряжение в несколько раз. Во втором случае начальные участки обмоток объединяются в общую точку, повышение мощности не происходит.

Классификация электросети по составу рабочих элементов:

• активная;
• пассивная;
• линейная;
• нелинейная.

Используя 4 кабеля в магистрали, можно, варьируя подключения, использовать одновременно линейные и фазные токи, что расширяет область применения. Трехфазные магистрали считаются универсальными, т. к. подключается большая нагрузка, например, к сети в 10 вольт. Если подсоединить к линии соответствующий приемник, например, трехфазный электрический двигатель, то его механическая мощность достигнет величин, в 3 раза превышающих показатели однофазного агрегата.

В многоквартирном секторе основными приемниками являются бытовые устройства и приборы, питающиеся от сети 220 В. Требуется равномерное разделение между проводами с нагрузкой, поэтому квартиры подключаются по шахматной схеме. В частном домостроении принята концепция рассредоточения нагрузки на каждый кабель от всех домашних приборов и оборудования. Учитываются проводниковые токи, передающиеся во время включения максимального числа устройств.

Включая в сеть с 1 или 3 фазами одинаковые электрические двигатели, можно получить разницу в мощности его работы. Если дополнительно выбрать эффективный способ подключения, то показатели на выходе повысятся втрое. Учитывая соотношение между фазными и линейными токами, следует рассчитывать обмотки на повышенные значения. Относительный показатель разницы зарядов между нагруженными проводами всегда больше аналогичного значения между фазой и нулем. Основное отличие линейных характеристик напряжения и мощности фазы состоит в параметрах получаемого вольтажа.

Классическим примером применения обоих видов напряжения является соединение при установке трехфазного генератора. Используются вторичные обмотки и первичные обвивки, соединяемые по одной из схем. Связь линейного напряжения и значения фазы при соединении по типу треугольника помогает выравнивать ток, и обе мощности становятся почти одинаковыми. Аналогично подсоединяются двигатели, преобразователи и трансформаторы.

Вариант звезды предполагает подсоединение контактов всех обмоток к одной цепи с применением перемычек. В проводниках проходит ток с показателями этой сети, а напряжение передается на активные выводы и контакты.

Плюсы и минусы

Для каждой из систем питания характерны определенные преимущества и недостатки. Однофазная сеть 220 Вольт отличается следующими плюсами:

• простота;
• доступная стоимость;
• опасное напряжение.

К недостаткам относятся:

• ограниченная мощность;
• невозможность функционирования асинхронных двигателей.

Для трехфазной сети 380 Вольт характерны такие преимущества:

• ограничение мощности лишь сечением проводов;
• экономия;
• возможность питания промышленного оборудования;
• возможность переключения однофазной нагрузки на другую фазу при снижении качества или отсутствии питания.

К недостаткам стоит отнести следующее:

• потребность в дорогостоящем оборудовании;
• высокое напряжение;
• ограничение мощности однофазных нагрузок.

Нюансы выбора типа соединения

В настоящее время оба типа соединения, звезда и треугольник, активно используются. Однако, подобное вовсе не означает, что можно по собственному усмотрению выбрать тот способ, который больше понравится.

Существуют определенные требования и общие рекомендации, следуя которым можно избежать ошибок.

Нужно запомнить, что при линейном напряжении в 220 вольт подключение двигателя по схеме звезда невозможно.

Для такого напряжения идеально подходит схема треугольник.

С другой стороны, если в сети напряжение выше 220 вольт, к примеру 380, то оптимальным вариантом станет использование именно звезды.

Если запомнить это простое правило, удастся в будущем избежать ошибок при подключении генераторов и других приборов.

Для чего требуется проверка напряжения фаз перед включением

При подключении оборудования, требующего напряжения 380 в (к примеру, асинхронного электродвигателя) следует проверить напряжение на каждой из трёх фаз и сравнить показатели. Особенно это касается частных секторов, где напряжение нестабильно или электромонтёры имеют недостаточную квалификацию. Дело в том, что в деревнях часто не обращают внимания на распределение нагрузки.

В результате подобных действий одна из фаз может быть перегружена при минимальной нагрузке на остальные. Вкупе с устаревшими трансформаторами это приводит к перекосу фаз. Получается, что на одной из фаз напряжение значительно снижается. Это приводит к перегреву трёхфазных двигателей или иного оборудования и выходу его из строя. Такой перекос явно не пойдёт на пользу оборудованию, работающему от трёх фаз

Система распределения электроэнергии

Исходно напряжение всегда является трехфазным. Под “исходно” я подразумеваю генератор на электростанции (тепловой, газовой, атомной), с которого напряжение в много тысяч вольт поступает на понижающие трансформаторы, которые образуют несколько ступеней напряжения. Последний трансформатор понижает напряжение до уровня 0,4 кВ и подаёт его конечным потребителям – нам с вами, в квартирные дома и в частный жилой сектор.

На крупных предприятиях с потреблением мощности более 100 кВт обычно существуют собственные подстанции 10/0,4 кВ.

С генератора G напряжение (везде речь идёт про трехфазное) 110 кВ (может быть 220 кВ, 330 кВ или другое) поступает на первую трансформаторную подстанцию ТП1, которая понижает напряжение в первый раз до 10 кВ. Одна такая ТП устанавливается для питания города или района и может иметь мощность порядка от единиц до сотен мегаватт (МВт).

Далее напряжение поступает на трансформатор ТП2 второй ступени, на выходе которого действует напряжение конечного потребителя 0,4 кВ (380В). Мощность трансформаторов ТП2 – от сотен до тысяч кВт. С ТП2 напряжение поступает к нам – на несколько многоквартирных домов, на частный сектор, и т.п.

Такие ступени преобразования уровня напряжения необходимы для того, чтобы уменьшить потери при транспортировке электроэнергии. Подробнее о потерях в кабельных линиях – в другой моей статье.

Схема упрощённая, ступеней может быть несколько, напряжения и мощности могут быть другие, но суть от этого не меняется. Только конечное напряжение потребителей одно – 380 В.

Что у нас на практике

Как получается два напряжения в трёхфазной сети мы разобрались, теперь давайте разберёмся, как это используется на практике.

В быту большая часть электроприборов питается однофазным напряжением. Напряжение в электросети стандартизировано — 230В с частотой 50 Гц, и вся бытовая техника рассчитана на питание именно этим напряжением. Если прибору необходимо пониженное напряжение, например, 5, 12, 19, 36 вольт или любая другая величина, то у него есть либо встроенный, либо выносной блок питания, который, собственно, и формирует нужное напряжение.

При необходимости подключения мощных приборов, например, электрических котлов и плит, сварочного оборудования, станков и прочего возникает проблема — большой ток. Например, обычная розетка рассчитана на ток до 16А, который длительно может проводить кабель с сечением токопроводящих жил 2.5 мм², через неё можно запитать приборы мощностью до 3.5 кВт.

Поэтому мощные приборы зачастую подключают отдельной линией напрямую к автоматическому выключателю или через силовые розетки на 32А. Но для такого тока нужно использовать кабель с сечением токопроводящих жил уже 6 мм² и более. При этом максимальная нагрузка в такой линии — 7 кВт.

При подключении нагрузки на линейное напряжение, то есть к двум проводам питающей сети между которыми 380В и потребляемом токе в те же 32А, мощность подключаемой нагрузки будет уже около 12 кВт. То есть кабель с таким же сечением жил сможет питать почти в 2 раза более мощную нагрузку. А у трёхфазного прибора при том же токе в 32А мощность будет уже 21 кВт.

И учтите, что для его подключения не понадобится прокладывать ЛЭП с более толстыми проводами, не придётся прокладывать от распределительного щита питающих кабелей с толстыми жилами и так далее… Тогда как в однофазной цепи прибор мощностью в 21 кВт будет потреблять ток около 95А, а для его питания нужно будет использовать кабель с жилами на 25 мм² против 6-8 мм² и 32А в трёхфазной цепи.

Для снижения питающего тока мощные электроприборы производят трёхфазными. Но не всегда прибор, рассчитанный на 380В, трёхфазный. Есть однофазные потребители с номинальным напряжением 380В, например, сварочные трансформаторы типа ТСМ-250 и другие подобные.

Из характеристик мы видим, что напряжение питающей сети 1х380. То есть его первичная обмотка подключается к двум фазам. Любопытно что многие называют подобные трансформаторы «двухфазными», но это в корне неверно. На первичную обмотку действует одна ЭДС, так же, как и в любом другом однофазном приборе.

Ничего выдающегося здесь нет, и такое напряжение первичной обмотки выбрано с той же целью – снизить ток питания, что позволит намотать обмотку проводом меньшего сечения и использовать кабели с меньшим сечением ТПЖ для подключения к сети.

Если бы он был рассчитан на питание от 220В, то в режиме максимальной нагрузки ток потребления составил бы 16 000/220 = 72А, а при питании от 380В ток будет не более: 16 000/380 = 42А.

Таким образом, наличие двух напряжений в трёхфазной сети позволяет подключать электрооборудование любой мощности и различной конфигурации. Что, безусловно, повышает гибкость и удобство использования этой системы питания.

Подведём итог

Из всего изложенного можно сделать вывод, что фазное напряжение в сети 0.4 кВ всегда равно 220 В, в то время как линейное 380 В. Однако не стоит считать, что если значения фазного напряжения ниже, оно становится менее опасным. Редакция Homius со всей ответственностью заявляет, что поражение электрическим током может привести к летальному исходу независимо от того, линейное напряжение в цепи или фазное. Ведь поражение тканям и органам наносит не само напряжение, а сила тока. К примеру, 220 В трансформированные в 36 В становятся даже опаснее. Ведь человек практически не чувствует столь низкого напряжения, а в это время ток поражает органы. Поэтому при электромонтажных работах не следует забывать о технике безопасности.

Надеемся, что изложенная информация будет полезна начинающим электромонтажникам и домашним мастерам. При возникновении вопросов можете смело излагать их в обсуждениях ниже. Редакция Homius с удовольствием ответит на них как можно более развёрнуто и быстро. Там же Вы можете изложить своё мнение о статье, оставить комментарий или поделиться личным опытом в подключении трёхфазного оборудования. Если понравилась статья, не забываем её оценивать. А мы напоследок предлагаем Вашему вниманию короткий видеоролик, который позволит более полно раскрыть сегодняшнюю тему.

Что такое фаза

Каждая часть многофазной системы, имеющая одинаковую характеристику тока, называется фазой. Поэтому определение фазы имеет двоякое значение в электротехнике. Во-первых, как величина, изменяющаяся синусоидально, а во-вторых, как отдельная часть в системе многофазных электрических цепей. Количество фаз определяет наименование цепей: двухфазные, трехфазные, шестифазные и т.д.

Самыми распространенными цепями в современной энергетике являются трехфазные. Они имеют ряд преимуществ перед другими видами цепей, как однофазными, так и многофазными. Они более экономичны при производстве и передаче электроэнергии. Трехфазное напряжение возникает в результате вращения магнита внутри катушки. С его помощью достаточно просто образуется вращающееся круговое магнитное поле, обеспечивающее работу асинхронных двигателей. Данное явление известно, как ЭДС или по-другому, электродвижущая сила индукции.

Вращающийся магнит называется ротором, а катушки, расположенные вокруг него, образуют статор. Переменное напряжение получается путем преобразования постоянного напряжения, когда прямая линия принимает синусоидальную конфигурацию с изменяющимися положительными и отрицательными значениями.

Изменение магнитного потока происходит за счет вращения ротора, что и приводит к образованию переменного напряжения. В статоре имеется три катушки, в каждой из которых присутствует собственная отдельная электрическая цепь. Каждая катушка сдвинута относительно друг друга на 120 градусов по окружности. Под действием вращающегося магнита во всех катушках возникает одинаковое переменное напряжение между фазами в трехфазной сети.

Трехфазные цепи дают возможность получать два эксплуатационных напряжения на одной установке – фазное и линейное.

Однофазные сети

В таких сетях ток может проходить и по замкнутым цепям. При подключении рекомендуется в первую очередь подвести напряжение к эффективной нагрузке и только после этого вернуть его обратно. Провод, который подводит ток в условиях переменного тока, является фазой. Второй провод является нулевым. Между этими двумя проводами, передающими однофазный ток, величина напряжения составляет 220B.

Двухфазные сети

Этот тип электросетей предусматривает осуществление передачи двух переменных токов, по которым их напряжение сдвигается по фазе на 90°. Для передачи токов используются два фазных и два нулевых провода. Из-за дороговизны такой способ передачи напряжения сейчас не используется.

Трехфазные сети

В таких электросетях одновременно передаются три переменных тока со сдвигом напряжения по фазе на 120°. Источники соединяются по схеме «звезды», что позволяет использовать только три провода – 3-х фазных и одного нулевого. Преимуществом таких сетей признана экономичность и возможность передачи тока на большие расстояния. В любой паре проводов фаз присутствует напряжение в 380B, а в парах одного фазного и нулевого провода – 220B.

Исходя из вышеперечисленного, для электропитания городских квартир и частных домов оборудуются однофазные или трехфазные сети.

Где используется напряжение в 220B, а где в 380B

В большинстве жилых объектов (квартирах, домах, коттеджах и на дачах) установлены и используются однофазные электросети, в которых напряжение составляет стандартные 220B. Это обоснуется тем, что уровень потребления в обычном доме или квартире не превышает, как правило, 10 кВт.

Трехфазная электросеть проводится на объекты, где планируемый уровень потребления мощностей превышает значение в 10 кВт, а также установлены и используются электрические установки, которые требуют именно трехфазную подачу напряжения для обеспечения корректного функционирования. К примеру, если для запуска трехфазного двигателя использовать лишь одну фазу с применением конденсатора, это существенно понизит КПД электроустановки и в то же время увеличит расход электрической энергии.

С другой стороны, если уровень максимально потребляемой мощности в частном домохозяйстве не превышает 9-ти кВт, допускается использование на вводе двужильного медного кабеля с сечением 6мм и установку автомата на 40A.

В случае, когда максимальная нагрузка предположительно равняется 15кВт, для провода одной фазы величина проходящего тока составит 70A. Следовательно, обязательной будет прокладка медного провода с 10-милиметровым сечением и силового автоматического выключателя. Однако стоимость такой сети намного дороже. А потому выходом из ситуации может стать монтаж обычной трехфазной сети и распределение эффективной нагрузки поровну между фазами, то есть – по 5 кВт. На сегодняшний день подобные решения по обеспечению электропитанием используются большинством магазинов, предприятий и офисов.

Виды напряжения

Знание их особенностей и характеристик эксплуатации, крайне необходимо для манипуляций в электрощитах и при работе с устройствами, питаемыми от 380 вольт:

1. Линейное. Его обозначают как межфазный ток, то есть проходящий между парой контактов или идентичными клеймами разных фаз. Оно определяется разностью потенциалов пары фазных контактов.
2. Фазное. Оно появляется при замыкании начального и конечного выводов фазы. Также, его обозначают как ток, возникающий при замыкании одного из контактов фазы с нулевым выводом. Его величина определяется абсолютным значением разности выводов от фазы и Земли.

Что такое фазное напряжение?

Этот вид напряжения возникает при замыкании начального и конечного элементов фазы. Помимо этого, для его обозначения применяют ток, который возникает в случае замыкания одного контакта фазы с нулевым выводом. Этот параметр представляет собой абсолютное значение разницы выводов от фазы и земли.

Что такое линейное напряжение?

Под этим термином понимают межфазный ток. Он проходит между двумя контактами или одинаковыми клеймами различных фаз. Этот параметр представляет собой разницу потенциалов пары фазных контактов.

Отличия

В обычной квартире, или частном доме, как правило, существует только однофазный тип сети 220 вольт, поэтому, к их щиту электропитания, подведены в основном два провода – фаза и ноль, реже к ним добавляется третий – заземление.

К высотным многоквартирным зданиям с офисами, гостиницами или торговыми центрами, подводится сразу 4 или 5 кабелей электропитания, обеспечивающих три фазы сети 380 вольт.

Почему такое жесткое разделение? Дело в том, что трехфазное напряжение, во-первых, само отличается повышенной мощностью, а во-вторых, оно специфически подходит для питания особых сверхмощных электродвигателей трехфазного типа, которые используются на заводах, в электролебедках лифтов, эскалаторных подъемниках и т.д.

Такие двигатели при включении в трехфазную сеть вырабатывают в разы большее усилие, чем их однофазные аналоги тех же габаритов и веса.

Соединяя проводники не нужно монтировать нулевой контакт, ведь вероятность пробоя очень мала, благодаря не занятой нейтрали.

Но такая схема сети имеет и свое слабое место, так как в линейной схеме монтажа крайне сложно найти место повреждения проводника в случае аварии или поломки, что может повысить риск возникновения пожара.

Измерение

Напряжение, возникающее между фазными проводниками, называется линейным. При этом между фазным и нулевым появляется фазное напряжение. Линейную разновидность применяют для определения токов и прочих показателей трехфазной цепи. При этом в такие схемы допустимо включать не только трехфазные контакты. Также разрешается использовать и однофазные – в частности, разные бытовые приборы.

Номинальный показатель линейного напряжения составляет 380 Вольт. Под влиянием ряда факторов, которые возникают в локальной сети, оно может меняться. Потому ключевые отличия между рассматриваемыми видами напряжений кроются в методах соединения обмоток.

Мнение экспертаКарнаух Екатерина ВладимировнаЗакончила Национальный университет кораблестроения, специальность «Экономика предприятия»Более распространенной считается линейная разновидность. Это обусловлено безопасным применением и удобством распределения сетей. Чтобы измерить этот параметр, стоит применять мультиметр. При этом для оценки показателей фазного напряжения потребуются датчики тока, вольтметры и прочие специальные устройства.

Контроль и выравнивание этого показателя производится линейным стабилизатором напряжения. Это устройство поддерживает параметр в норме. К тому же он помогает нормализовать высокое напряжение.

Расчет

Сети с линейным током применяются довольно часто. Это обусловлено минимальными рисками и простотой разведения такой проводки. Все электроприборы в таком случае соединяются лишь с одним фазным проводом, по которому течет ток. При этом источником опасности считается только он.

Для расчета такой схемы будет достаточно обычных формул из курса физики. К тому же для измерения данного показателя сети хватит обыкновенного мультиметра. При этом для получения показаний фазного подключения потребуется целая система оборудования.

Чтобы подсчитать напряжение линейного тока, рекомендуется использовать формулу Кирхгофа и закон Ома. Благодаря применению этих понятий удастся быстро рассчитать характеристики определенного клейма или электрической сети.

Цель применения

В многоквартирных домах главными приемниками выступают бытовые устройства, которые питаются от сети 220 Вольт. При этом возникает потребность в равномерном разделении между проводами с нагрузкой. Потому квартиры требуется подключать в соответствии с шахматной схемой. В частных домах применяется способ рассредоточения нагрузки на каждый кабель. При этом стоит принимать во внимание проводниковые токи, которые передаются при включении наибольшего количества устройств.

Если включить в сеть с одной или тремя фазами одинаковые электродвигатели, удастся получить разницу в мощности их работы. Если подобрать более эффективный метод подключения, можно повысить параметры на выходе в 3 раза. Если учитывать соотношение между фазными и линейными токами, стоит рассчитывать обмотки на более высокие параметры.

Плюсы и минусы

Для каждой из систем питания характерны определенные преимущества и недостатки. Однофазная сеть 220 Вольт отличается следующими плюсами:

• простота;
• доступная стоимость;
• опасное напряжение.

К недостаткам относятся:

• ограниченная мощность;
• невозможность функционирования асинхронных двигателей.

Для трехфазной сети 380 Вольт характерны такие преимущества:

• ограничение мощности лишь сечением проводов;
• экономия;
• возможность питания промышленного оборудования;
• возможность переключения однофазной нагрузки на другую фазу при снижении качества или отсутствии питания.

К недостаткам стоит отнести следующее:

• потребность в дорогостоящем оборудовании;
• высокое напряжение;
• ограничение мощности однофазных нагрузок.

Использование линейного и фазного напряжения

Электрические цепи бывают постоянного и переменного тока. Чаще для соединения источника электричества с потребителем используются трехфазные цепи переменного тока. Такой тип тока имеет ряд преимуществ:

• ниже затраты на передачу энергии;
• возможность создания электродвижущей силы для функционирования асинхронного оборудования (лифтов, подъемников);
• можно одновременно использовать линейное и фазное напряжение.

Для подключения генераторов в магистраль используют принцип треугольника или звезды. В первом варианте обмотки подсоединяются последовательно, начало фазы и конец другой фазы соединены. Схема позволяет повысить напряжение в несколько раз. Во втором случае начальные участки обмоток объединяются в общую точку, повышение мощности не происходит.

Классификация электросети по составу рабочих элементов:

• активная;
• пассивная;
• линейная;
• нелинейная.

Используя 4 кабеля в магистрали, можно, варьируя подключения, использовать одновременно линейные и фазные токи, что расширяет область применения. Трехфазные магистрали считаются универсальными, т. к. подключается большая нагрузка, например, к сети в 10 вольт. Если подсоединить к линии соответствующий приемник, например, трехфазный электрический двигатель, то его механическая мощность достигнет величин, в 3 раза превышающих показатели однофазного агрегата.

В многоквартирном секторе основными приемниками являются бытовые устройства и приборы, питающиеся от сети 220 В. Требуется равномерное разделение между проводами с нагрузкой, поэтому квартиры подключаются по шахматной схеме. В частном домостроении принята концепция рассредоточения нагрузки на каждый кабель от всех домашних приборов и оборудования. Учитываются проводниковые токи, передающиеся во время включения максимального числа устройств.

Включая в сеть с 1 или 3 фазами одинаковые электрические двигатели, можно получить разницу в мощности его работы. Если дополнительно выбрать эффективный способ подключения, то показатели на выходе повысятся втрое. Учитывая соотношение между фазными и линейными токами, следует рассчитывать обмотки на повышенные значения. Относительный показатель разницы зарядов между нагруженными проводами всегда больше аналогичного значения между фазой и нулем. Основное отличие линейных характеристик напряжения и мощности фазы состоит в параметрах получаемого вольтажа.

Классическим примером применения обоих видов напряжения является соединение при установке трехфазного генератора. Используются вторичные обмотки и первичные обвивки, соединяемые по одной из схем. Связь линейного напряжения и значения фазы при соединении по типу треугольника помогает выравнивать ток, и обе мощности становятся почти одинаковыми. Аналогично подсоединяются двигатели, преобразователи и трансформаторы.

Вариант звезды предполагает подсоединение контактов всех обмоток к одной цепи с применением перемычек. В проводниках проходит ток с показателями этой сети, а напряжение передается на активные выводы и контакты.

Схемы подключения

Есть две схемы подключения источников напряжения (генераторов) в сеть:

• «треугольником»;
• «звездой».

Когда выполняется подключение «звездой», начало обмоток генератора соединены в одной точке. Оно не дает возможности увеличения мощности. А подключение по схеме «треугольник» — это когда обмотки соединяются последовательно, а именно, начало обмотки одной фазы соединяется с концом обмотки другой. Это дает способность в три раза увеличить напряжение.

Схемы подключения «звезда», «треугольник»:

Схемы подключения «звезда», «треугольник»

Для лучшего понимания схем подключения специалисты дают определение, что такое фазные и линейные токи:

• линейный ток — это ток, который протекает в подводнике соединения источника электрической энергии и приемника (нагрузки);

Токи линейные и фазные:

Токи линейные и фазные

• фазный ток — это ток, протекающий в каждой обмотке источника электрической энергии или в обмотках нагрузки.

Линейные и фазные токи имеют значение, когда есть несимметричная нагрузка на источник (генератор), это часто встречается в процессе подключения объектов к электроснабжению. Все параметры, относящиеся к линии, — это линейные напряжения и токи, а относящиеся к фазе, — параметры фазных величин.

Из соединения «звезда» видно, что линейные токи имеют такие же параметры, как и фазные. Когда система симметрична, необходимость в нейтральном проводе отпадает, на практике он поддерживает симметрию источника, когда нагрузка несимметрична.

Из-за несимметричности подключаемой нагрузки (а на практике это происходит с включением в цепь осветительных устройств) надо обеспечить независимую работу трем фазам цепи, это можно сделать и в трехпроводной линии, когда фазы приемника соединяются в треугольник.

Специалисты обращают внимание на тот факт, что когда понижается линейное напряжение, изменяются параметры фазного напряжения. Зная значение междуфазное напряжение, можно легко определить величину фазного напряжения.

Комбинированный вариант соединения

В некоторых случаях используется комбинированный вариант «звезда-треугольник». Электродвигатель мягко запускается на соединении «звезда», а после того, как набирает необходимые обороты, реле переключает его на «треугольник». Однако не все двигатели можно подключить подобным образом. К примеру, существуют электромоторы, имеющие всего 3 вывода в контактной группе. Они изначально изготовлены под соединение «звезда» и подключить их «треугольником» невозможно.

Вычисление соотношения между фазным и линейным напряжением

Для расчёта соотношения следует знать линейные параметры. Все вычисления производятся по формуле: 12UAB=UA cos 30˚, либо UAB=2√3/2×UA=√3×UA. Таким образом, делаем вывод, что окончательная формула выглядит следующим образом – Uл=√3×UФ.

На первый взгляд может показаться, что формулы слишком сложны, однако это не так. С другой стороны, домашнему мастеру практически нет смысла заниматься подобными расчётами. Достаточно обычной проверки напряжения на каждой из фаз обычным мультиметром.

Как сделать расчет линейного напряжения?

Специалисты для вычисления параметров линейного напряжения используют формулу Кирхгофа:

Специалисты для вычисления параметров линейного напряжения используют формулу Кирхгофа и закон Ома.

Когда выполняется разветвленная система снабжения объекта электроэнергией, иногда есть необходимость вычислить напряжение между двумя проводами «ноль» и «фаза»: IF=IL, что говорит о равности параметров фазных и линейных. Соотношение между фазными проводами и линейными можно найти, используя формулу.

Находящий элемент соотношений напряжений и оценки системы электроснабжения специалистами выполняется по линейным параметрам, когда известно их значение. В системах электроснабжения из четырех проводов выполняется маркировка 380/220 вольт.

Для чего требуется проверка напряжения фаз перед включением

При подключении оборудования, требующего напряжения 380 в (к примеру, асинхронного электродвигателя) следует проверить напряжение на каждой из трёх фаз и сравнить показатели. Особенно это касается частных секторов, где напряжение нестабильно или электромонтёры имеют недостаточную квалификацию. Дело в том, что в деревнях часто не обращают внимания на распределение нагрузки.

В результате подобных действий одна из фаз может быть перегружена при минимальной нагрузке на остальные. Вкупе с устаревшими трансформаторами это приводит к перекосу фаз. Получается, что на одной из фаз напряжение значительно снижается. Это приводит к перегреву трёхфазных двигателей или иного оборудования и выходу его из строя. Такой перекос явно не пойдёт на пользу оборудованию, работающему от трёх фаз

Нюансы

В продолжение разговора о двигателях нельзя оставить без внимания вопрос выбора схемы включения. Дело в том, что обычно двигателя на своем шильдике содержат маркировку.

В первой строке вы видите условные обозначения треугольника и звезды, обратите внимание, треугольник идет первым. Далее 220/380В – это напряжение на треугольнике и звезде, значит, что при соединении треугольником нужно, чтобы линейное напряжение было равно 220В

Если в вашей сети напряжение равно 380 – значит нужно подключать двигатель в звезду. В то время как фазное всегда на 1,73 меньше, не зависимо от величины линейного.

Отличным примером является следующий двигатель: Здесь номинальные напряжения уже 380/660, это значит, что его для линейного 380 нужно подключать треугольником, а звезда предназначена для питания от трёх фаз 660В.

Что такое перекос фаз, как исправить эту проблему

Одним из выдающихся благ цивилизации является электричество. Благодаря тому, что это открытие в наше время так распространено, жизнь общества в целом, и каждого человека в отдельности, значительно упростилась и стала более комфортной.

Вместе с тем, время от времени, в электросети могут возникать трудности, требующие решения. Одной из проблем многих частных владений, общественных заведений и производственных мощностей является перекос фаз.

Что это такое, и как его исправить?

Что такое перекос фаз: Перекос фаз – это состояние электрической сети, при котором одна или две из трех фаз нагружены сильнее, чем остальные. При этом наблюдается значительное снижение мощности трехфазных электрических приборов, преимущественно двигателей и трансформаторов. Но это, что касается промышленных сетей.

В бытовых условиях перекос наблюдается более выражено, при этом может даже возникать риск выхода из строя электроприборов с преобладающей реактивной нагрузкой. К таким относятся компрессоры холодильников, вентиляторы, приборы с простыми силовыми трансформаторными источниками питания. То все то, что не имеет четкой гальванической развязки с сетью и схему защиты от перенапряжений и просадок.

Следует отметить, что существуют разные виды перекоса в электросети. В зависимости от типа проблемы, выбирается наиболее оптимальный способ ее решения. Остановимся на наиболее распространенной и, в то же время, самой простой ситуации – перекос фаз, вызванный неравномерным распределением внутрисетевой нагрузки.

Большинство сетей являются трехфазными. Если в них нагрузка распределена неравномерно, в следствии чего одна или две фазы перегружены, а третья (или же две) недогружена, происходит перекос. На практике это может выглядеть следующим образом: подавляющее большинство однофазных нагрузок питаются от одной фазы, тогда как остальные могут быть вовсе не задействованы либо использоваться по минимуму.

Наиболее часто встречаются ситуации неисправности, в которых при подключении электропитания к трансформаторам не учитывается их потребляемая мощность. Таким образом, бывает, что физически фазы имеют приблизительно одинаковое количество подключений, но вот потребляемая этими подключениями мощность существенно отличается.

Сосредоточие на одной из фаз приборов с высоким потреблением электричества неизбежно вызывает неравномерную нагрузку между фазами. То же самое можно сказать и об общественных и промышленных объектах – во всех случаях очень важно следить за равномерным распределением нагрузки между имеющимися фазами, это позволит предотвратить возникновение сложностей.

Что же собой представляет перекос фаз с точки зрения электротехники?

Трехфазную электрическую сеть в идеале можно представить равносторонним треугольником с нейтральной точкой в его середине.

Он отражает работу силового трансформатора на подстанции, которая установлена в каждом микрорайоне города и предназначена для равномерного распределения электричества по всем потребителям.

Стороны этого треугольника – это векторные линии, соединяющие его вершины. Обозначив вершины точками A, B, C и нейтралью N, можно составить таблицу напряжений и зависимость между ними:

AB=BC=CA=380 В;

AN=BN=CN=220 В.

При этом напряжения AB, BC, CA в 1,73 раза больше напряжений AN, BN, CN.

Идеальный трехфазный генератор, который обычно используется для питания всех бытовых приборов и промышленных сетей, должен обеспечивать эти уровни напряжений в широком диапазоне нагрузок.

Чем опасен перекос фаз

Во время перекоса наблюдается неравномерная нагрузка на фазы – на задействованной напряжение падает ниже нормы, тогда как недогруженная фаза испытывает скачок напряжения, превышающий допустимые показатели.

Результаты такого положения могут быть плачевными для многих электроприборов. Это вызвано тем, что отдельный прибор может либо недополучать требующейся мощности, либо получать ее в избытке.

Особенно такое положение опасно для приборов, потребляющих много энергии: двигателей для ворот, насосов, оборудования, использующегося в бассейнах и при поливе.

Вернемся: как исправит проблему с перекосом фаз?

Предотвратить негативные последствия для оборудования от перекоса между фазами позволяет трехфазный автомат. Если мощность в одной фазе превышаю предусмотренную нагрузку, автоматически отключается электричество во всем доме/линии.

Это не является решением ситуации, потому что лишь подобный подход не позволяет использовать всю доступную мощность.

К примеру, при трехфазном автомате на 16А, при превышении нагрузки на одной фазе 16А – система отключится, но это не позволяет полностью использовать всю возможную мощность 48А (16Х3).

Идеальным вариантом является планирование всех мощностей на начальном этапе проектирования здания, таким образом можно равномерно распределить напряжение между всеми фазами, предотвратив тем самым перекос. Если же здание уже сдано в эксплуатацию – можно замерить напряжение на каждой фазе в отдельности, для этого используется вольтметр, и при необходимости осуществить перераспределение.

Реальные рабочие условия

При стандартном распределении на дом с тремя подъездами обычно одна фаза используется для питания одного подъезда, вторая для второго и третья, соответственно, для третьего. Это позволяет равномерно нагрузить развязывающий понижающий трансформатор на подстанции и обеспечить ему оптимальные режимы работы. Но это справедливо, только если нагрузка примерно одинакова, притом как в активной, так и реактивной составляющей.

Но, к сожалению, потребителю не объяснишь, что необходимо придерживаться норм расхода электричества, а если рассматривать сельскую местность, то многие умельцы в сеть подключают очень большую активную нагрузку, что существенно ухудшает условия работы трансформатора на подстанции. Через одно плечо начинает течь больший ток, чем через остальные, тем самым разогревая магнитопровод, а это приводит к возникновению в нем паразитных вихревых токов, нарушающих режим работы источника еще сильнее.

Пишите комментарии,дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Подведём итог

Из всего изложенного можно сделать вывод, что фазное напряжение в сети 0.4 кВ всегда равно 220 В, в то время как линейное 380 В. Однако не стоит считать, что если значения фазного напряжения ниже, оно становится менее опасным. Редакция Homius со всей ответственностью заявляет, что поражение электрическим током может привести к летальному исходу независимо от того, линейное напряжение в цепи или фазное. Ведь поражение тканям и органам наносит не само напряжение, а сила тока.

К примеру, 220 В трансформированные в 36 В становятся даже опаснее. Ведь человек практически не чувствует столь низкого напряжения, а в это время ток поражает органы. Поэтому при электромонтажных работах не следует забывать о технике безопасности.

Надеемся, что изложенная информация будет полезна начинающим электромонтажникам и домашним мастерам. При возникновении вопросов можете смело излагать их в обсуждениях ниже. Редакция Homius с удовольствием ответит на них как можно более развёрнуто и быстро. Там же Вы можете изложить своё мнение о статье, оставить комментарий или поделиться личным опытом в подключении трёхфазного оборудования. Если понравилась статья, не забываем её оценивать. А мы напоследок предлагаем Вашему вниманию короткий видеоролик, который позволит более полно раскрыть сегодняшнюю тему.

Видеообзор

Говоря о напряжении в сети, обычно имеется в виду однофазная бытовая линия, однако в настоящее время электроснабжение осуществляется при помощи трехфазных сетей, в которых имеется фазное и линейное напряжение, отличающиеся друг от друга по своей величине.

Действующее значение и амплитудное значение напряжения

Согласно нормативным документам в розетке должно быть 220В, а по новым стандартам 230В, однако это не совсем так. 220В – это “действующее” значение переменного напряжения, которое определяется по выделению тепла в нагревателе и соответствует величине постоянного напряжения с той же нагревающей способностью.

При этом переменный ток отличается от постоянного тем, что его величина и полярность всё время меняются – начиная с ноля возрастает до максимума, затем уменьшается до нулевого значения, после чего снова растёт, но уже с противоположным знаком.

Максимальное значение напряжения носит название “амплитудное”, что указывает на то, что оно измеряется в момент его максимальной величины.

Соотношение между действующим напряжение Ud и амплитудным Um зависит от формы этого напряжения, которое можно увидеть на экране осциллографа.

В бытовой сети присутствует синусоидальное напряжения, в котором эти параметры связаны формулой Um=√2Ud и для сети 220В Um=√2*220=310В. Именно на эту величину следует ориентироваться при подборе конденсаторов и электрической прочности изоляции.

Как устроена трёхфазная система электроснабжения

Для понимания, что такое линейное напряжение и чем оно отличается от фазного, следует разобраться, как устроена современная система электроснабжения.

Переменное напряжение в сети вырабатывается трёхфазными генераторами и передаётся потребителю при помощи трансформаторов. Обмотки этих электроприборов соединены по схеме “звезда”. Это значит, что концы катушек соединены между собой, а начала подключаются к линии электропередач.

При равномерном распределении нагрузки по фазам этого достаточно, но так получается только в случае питания трёхфазного электродвигателя. На практике добиться одинаковой мощности электроприборов невозможно, в результате чего появляется перекос фаз и напряжение начинает колебаться в диапазоне 0-380В.

Для предотвращения таких ситуаций к трём фазным проводам добавлен четвёртый – нейтраль, по которому протекает уравнительный ток. Этот проводник соединяется со средней точкой звезды, которая, в свою очередь подключается к контуру заземления на трансформаторной подстанции.

Такая система электроснабжения называется TN (terra-neutre) или с глухозаземлённой нейтралью.

Важно! Значительные колебания напряжения сети возникают при обрыве нулевого провода в трёхфазной линии и опасны для большинства электроприборов. Для их защиты необходимо устанавливать реле напряжения РКН.

Фазное и линейное напряжение трёхфазной сети

В трёхфазной электропроводке имеются два типа проводов – линейные, по которым в квартиру подаётся напряжение, и нейтраль, которая соединена с нейтралью питающего трансформатора и служит для замыкания цепи.

Соответственно, в сети имеется два вида напряжения – фазное и линейное.

Что такое фазное напряжение

Напряжение между нулевым и фазным проводами называется “фазное” и может обозначаться Uf, Uф или Ua, Ub и Uc, в зависимости от того, на какой фазе оно было измерено.

Именно такое питание необходимо для бытовых устройств, поэтому на вопрос, что такое фазное напряжение можно ответить, что это напряжение в розетке.

Первоначально оно составляло 110В, причём постоянного тока, но в результате развития систем электроснабжения оно превратилось в переменное 220В, а после введения в действие ГОСТ 29322-2014 было поднято до 230В±10%.

Что такое линейное напряжение

В трёхфазной сети имеется ещё одно напряжение, являющееся производным от фазного. Это линейное и оно измеряется между линейными проводами или началами обмоток трёхфазного генератора или трансформатора.

До введения в действие нового ГОСТа оно составляло 380В, сейчас линейное напряжение должно быть 400В±10%. На электросхемах и при расчётах такое напряжение обозначается Ul, Uл или Uab, Ubc, Uac.

Такое питание используется для подключения трёхфазных электродвигателей, для которых необходимы только три линейных проводника.

Для повышения электробезопасности к таким электромашинам может подходить четырёхжильный кабель, четвёртая жила которого необходима для заземления корпуса устройства.

Чем отличается линейное напряжение от фазного

Главное отличие заключается в том, что линейное напряжение измеряется между двумя линейными проводами, а фазное между одним из них и нейтралью. Поэтому в сети с линейным напряжением опасно прикосновение к любому из проводников, а в бытовой сети нельзя дотрагиваться только к фазному проводу.

Поэтому, согласно ПУЭ п.6.6.28, в однофазной сети допускается отключать только этот проводник и в линии устанавливать однополюсный автомат. По этой же причине выключатель освещения необходимо устанавливать в цепи фазного провода.

Кроме этого, однофазная проводка с фазным напряжением и трёхфазная с линейным отличаются количеством проводов:

• Фазное. Минимальное количество проводников два – ноль и фаза, в современной проводке к ним должен быть добавлен третий – защитное заземление.
• Линейное. Электроприборы, предназначенные для работы только от двух фаз, практически отсутствуют, поэтому число проводов зависит от назначения устройства. К трёхфазной электромашине с внешним заземлением подходит три линейных проводника, с подключением к заземлению по кабелю четыре, а к группе однофазных аппаратов пять. Это три линейных провода, рабочая нейтраль и защитное заземление.

Из-за повышенного расхода проводов и более сложного монтажа трёхфазные линии используются только для питания электродвигателей или нескольких нагрузок большой мощности, например, разных квартир в многоквартирном доме или электроплит с несколькими нагревателями.

В этом случае распределение нагрузки по разным фазам позволяет уменьшить потребляемый ток, сечение кабелей и номинальный ток автоматов и другой защитной аппаратуры.

Важно! Нейтраль отключается только в однофазных сетях двухполюсным автоматом, а заземляющий провод согласно ПУЭ п.1.7.145 разрывать каким-либо выключателем запрещено, кроме заземляющей клеммы в розетке.

Соотношение при соединении звездой и треугольником

Фазное и линейное напряжение в трёхфазной сети связаны между собой формулой Uл=√3Uф. Практические измерения показывают истинность этого выражения, но для того, чтобы понять, откуда появился этот коэффициент, необходимо начертить векторную диаграмму потенциалов.

Трёхфазное электропитание вырабатывается синхронными генераторами, обмотки которых сдвинуты на 120°, поэтому на чертеже изображаются три вектора одинаковой величины, исходящие из центральной точки 0. Это фазные напряжения UA0, UB0 и UC0. Векторы AB, BC и CA между точками A, B и

С соответственно являются линейным напряжением. При этом данные векторы образуют равносторонние треугольники АВ0, ВС0 и СА0 с одним углом 120° и двумя 30°.

После применения простейших геометрических преобразований видно, что короткие стороны фигуры (фазное напряжение) в 1,73 или √3 меньше, чем длинная (линейное напряжение).

Важно! Данное соотношение соблюдается только при отсутствии перекоса фаз, причиной которого могут быть недостаточное сечение проводов, плохой контакт в нейтральном проводе, его обрыв или короткое замыкание с одним из линейных проводников.

Вывод

Несмотря на то, что в розетках имеются только фазная и нулевая клеммы, в трёхфазной сети имеются фазное и линейное напряжение. Большинство бытовых потребителей сталкивается с линейным напряжением только в аварийной ситуации, но в промышленности оно необходимо для работы электромашин переменного тока.

Кроме того, такие сети используются для уменьшения потребляемого тока, поэтому к многоквартирным домам и некоторым частным в кабеле подходит сразу три фазы, нейтраль и заземление, после чего они делятся на три однофазных линии.

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ НА КАНАЛЕ:

Друзья очень прошу Вас ПОДПИСАТЬСЯ на канал. Спасибо за лайк 👍!