Напруга живлення 220 В однофазна і 380 В трифазна в РФ. 50Гц. Чому так. Жаргон електриків і здоровий глузд.

По-перше чому напруга живлення в електричних мережах премінне, а не постійне? Перші генератори в кінці 19-го століття видавали постійну напругу, поки хтось (розумний!) не зрозумів, що робити змінне при генерації і випрямляти при необхідності його в точках споживання простіше, ніж виробляти постійне при генерації і народжувати змінне в точках споживання.

По-друге, чому 50 Гц? Та просто у німців так вийшло на початку 20 століття. Нема тут особливого сенсу. У США та деяких інших країнах 60 Гц. ()

По-третє, чому передавальні мережі (лінії електропередач) мають дуже висока напруга ? Тут сенс є, якщо згадати , то: втрати потужності при транспортуванні дорівнюють d(P)=I 2 *R, а повна потужність, що передається, дорівнює P=I*U. Частка втрат від загальної потужності виражається як d(P)/P=I*R/U. Мінімальна частка втрат загальної потужності, т.ч. буде при максимальній напрузі. Трифазні мережі, що передають великі потужності, мають такі класи напруги:

• від 1000 кВ та вище (1150 кВ, 1500 кВ) - ультрависокий
• 1000 кВ, 500 кВ, 330 кВ - надвисокий
• 220 кВ, 110 кВ - ВН, висока напруга
• 35 кВ - СН-1, середня перша напруга
• 20 кВ, 10 кВ, 6 кВ, 1 кВ - СН-2, середня друга напруга
• 0,4 кВ, 220 В, 110 В і нижче - ПН, низька напруга.

По-четверте: що таке номінальне позначення В="Вольт" (А="Ампер") у ланцюгах змінної напруги(струму)? Це ==ефективне=середньоквадратичне= середньоквадратичне значення напруги (струму) , тобто. таке значення постійної напруги(струму), яке дасть таку ж теплову потужністьна аналогічному опорі. Показують вольтметри та амперметри дають саме це значення. Максимальні амплітудні значення (наприклад з осцилографом) по модулю завжди вище чинного.

У п'ятих, чому в мережах споживачів напруга нижче?Тут сенс також є. Практично допустимі напруги визначалися доступними ізоляційними матеріалами та їх електричною міцністю. А потім уже нічого не змінити.

Що таке "трифазна напруга 380 В та однофазна напруга 220 В"? Тут увага. Строго кажучи, найчастіше (але не в усіх) під трифазною побутовою мережею в РФ розуміють мережу 220/380В (зрідка зустрічаються побутові мережі 127/220 і промислові 380/660!). Неправильні, але такі позначення: 380/220В;220/127 В; 660/380 В! Отже, далі говоримо про звичайну мережу 220/380Вольт, для роботи з рештою - краще Вам бути електриком. Отже для такої мережі:

• Наша домашня (РФ, та й СНД...) мережа 220/380В-50Гц, у Європі 230/400В-50Гц (240/420В-50Гц в Італії та Іспанії), у США – частота 60Гц, а номінали взагалі інші
• До Вас прийде як мінімум 4 дроти: 3 лінійні ("фази") і один нейтральний (зовсім не обов'язково з нульовим потенціалом!!!)-якщо у Вас тільки 3 лінійних дроти, краще кличте інженера-електрика.
• 220В - це діюча напруга між будь-якою з "фаз" = лінійний провід і нейтраллю (фазна напруга). Нейтраль - це не нуль!
• 380В - це значення між будь-якими двома "фазами"=лінійними проводами ( лінійна напруга)

Проект DPVA.info попереджає: якщо Ви не маєте уявлення про заходи безпеки під час роботи з електроустановками (див. ПУЕ), краще самі і не починайте.

• Нейтраль (всіх видів) не обов'язково має нульовий потенціал. Якість напруги живлення на практиці не відповідає жодним стандартам, а повинно б відповідати ГОСТ 13109-97 "Електрична енергія. Сумісність технічних засобів. Норми якості електричної енергіїу системах електропостачання загального призначення" (ніхто не винен...)
• Захисні автомати (теплові та КЗ) захищають ланцюг від перевантаження та пожежі, а не Вас від удару струмом
• Заземлення зовсім не обов'язково має низький опір (тобто рятує від удару струмом).
• Крапки з нульовим потенціалом можуть мати нескінченно великий опір.
• ПЗВ встановлене в щиті, що подає, не захищає нікого, хто отримує удар струмом з гальванічно розв'язаного ланцюга, запитаного від цього щита .

Трифазна ланцюг є окремим випадком багатофазних електричних систем, що являють собою сукупність електричних ланцюгів, в яких діють ЕРС однакової частоти, зрушені фазою відносно один одного на певний кут. Зазначимо, що зазвичай ці ЕРС, насамперед у силовій енергетиці, синусоїдальні. Однак, у сучасних електромеханічних системах, де для управління виконавчими двигунами використовуються перетворювачі частоти, система напруг у загальному випадку є несинусоїдальною. Кожну частину багатофазної системи, що характеризується однаковим струмом, називають фазою,тобто. фаза - це ділянка ланцюга, що відноситься до відповідної обмотки генератора або трансформатора, лінії та навантаження.

Таким чином, поняття «фаза» має в електротехніці два різні значення:

• фаза як аргумент синусоїдально змінної величини;
• фаза як складова частинабагатофазної електричної системи.

Розробка багатофазних систем обумовлена ​​історично. Дослідження в цій галузі були викликані вимогами виробництва, що розвивається, а успіхам у розвитку багатофазних систем сприяли відкриття у фізиці електричних і магнітних явищ.

Найважливішою передумовою розробки багатофазних електричних систем стало відкриття явища обертового магнітного поля(Г.Фераріс та Н.Тесла, 1888 р.). Перші електричні двигуни були двофазними, але мали невисокі робочі характеристики. Найбільш раціональною та перспективною виявилася трифазна система, основні переваги якої будуть розглянуті далі. Великий внесок у розробку трифазних систем зробив видатний російський вчений-електротехнік М.О.Доливо-Добровольський, який створив трифазні асинхронні двигуни, трансформатори, що запропонував три- і чотирипровідні ланцюги, у зв'язку з чим по праву вважається основоположником трифазних систем.

Джерелом трифазної напруги є трифазний генератор, на статорі якого (див. рис. 1) розміщено трифазна обмотка. Фази цієї обмотки розташовуються таким чином, щоб їх магнітні осі були зсунуті в просторі один щодо одного на ел. радий. На рис. 1 кожна фаза статора умовно показана як одного витка. Початки обмоток прийнято позначати великими літерами А,В,С, а кінці-відповідно великими x,y,z. ЕРС у нерухомих обмотках статора індукуються в результаті перетину їх витків магнітним полем, створюваним струмом обмотки збудження ротора, що обертається (на рис. 1 ротор умовно зображений у вигляді постійного магніту, що використовується на практиці при відносно невеликих потужностях). При обертанні ротора з рівномірною швидкістю в обмотках фаз статора індукуються синусоїдальні ЕРС, що періодично змінюються, однакової частоти і амплітуди, але відрізняються внаслідок просторового зсуву один від одного по фазі на рад. (Див. рис. 2).

Трифазні системи в даний час набули найбільшого поширення. На трифазному струмі працюють усі великі електростанціїта споживачі, що пов'язано з низкою переваг трифазних ланцюгів перед однофазними, найважливішими з яких є:

Економічність передачі електроенергії великі відстані;

Найбільш надійним та економічним, що задовольняє вимогам промислового електроприводу є асинхронний двигун із короткозамкненим ротором;

Можливість отримання за допомогою нерухомих обмоток магнітного поля, що обертається, на чому заснована робота синхронного і асинхронного двигунів, а також ряду інших електротехнічних пристроїв;

Врівноваженість симетричних трифазних систем.

Для розгляду найважливішого властивості врівноваженостітрифазної системи, яка буде доведена далі, введемо поняття симетрії багатофазної системи.

Система ЕРС (напруг, струмів тощо) називається симетричною,якщо вона складається з m однакових за модулем векторів ЕРС (напруги, струмів і т.д.), зрушених по фазі один щодо одного на однаковий кут . Зокрема векторна діаграмадля симетричної системи ЕРС, що відповідає трифазній системі синусоїд на рис. 2 представлена ​​на рис. 3.

Рис.3	Рис.4

З несиметричних систем найбільший практичний інтерес є двофазна система з 90-градусним зрушенням фаз (див. рис. 4).

Усі симетричні три- та m-фазні (m>3) системи, а також двофазна система є врівноваженими.Це означає, що хоча в окремих фазах миттєва потужність пульсує (див. рис. 5,а), змінюючи за один період не тільки величину, але в загальному випадкуі знак, сумарна миттєва потужність всіх фаз залишається постійною величиною протягом усього періоду синусоїдальної ЕРС (див. рис. 5,б).

Врівноваженість має найважливіше практичне значення. Якби сумарна миттєва потужність пульсувала, то на валу між турбіною та генератором діяв би пульсуючий момент. Таке змінне механічне навантаження шкідливо відбивалося б на енергогенеруючій установці, скорочуючи термін її служби. Ці міркування відносяться і до багатофазних електродвигунів.

Якщо симетрія порушується (двофазна система Тесла через свою специфіку до уваги не береться), то порушується і врівноваженість. Тому в енергетиці суворо стежать за тим, щоб навантаження генератора залишалося симетричним.

Схеми з'єднання трифазних систем

Трифазний генератор (трансформатор) має три вихідні обмотки, однакові за кількістю витків, але що розвивають ЕРС, зрушені фазою на 120°. Можна було б використовувати систему, в якій фази обмотки генератора були б гальванічно з'єднані один з одним. Це так звана нескладна система.І тут кожну фазу генератора необхідно з'єднувати з приймачем двома проводами, тобто. матиме місце шестипровідна лінія, що є неекономічним. У цьому подібні системи отримали широкого застосування практично.

Для зменшення кількості проводів лінії фази генератора гальванічно зв'язують між собою. Розрізняють два види сполук: у зіркуі трикутник.У свою чергу, при з'єднанні в зірку система може бути трьох-і чотирипровідний.

З'єднання у зірку

На рис. 6 наведена трифазна система при з'єднанні фаз генератора та навантаження в зірку. Тут дроти АА', ВВ' та СС' – лінійні дроти.

Лінійнимназивається провід, що з'єднує початку фаз обмотки генератора та приймача. Крапка, в якій кінці фаз з'єднуються у загальний вузол, називається нейтральною(на рис. 6 N і N' – відповідно нейтральні точки генератора та навантаження).

Провід, що з'єднує нейтральні точки генератора та приймача, називається нейтральним(На рис. 6 показаний пунктиром). Трифазна системапри з'єднанні в зірку без нейтрального дроту називається трипровідний,з нейтральним дротом – чотирипровідний.

Усі величини, що належать до фаз, звуться фазних змінних,до лінії - лінійних.Як видно із схеми на рис. 6, при з'єднанні в зірку лінійні струмиі дорівнюють відповідним фазним струмам. За наявності нейтрального дроту струм у нейтральному дроті . Якщо система фазних струмів симетрична, то . Отже, якби симетрія струмів була гарантована, то нейтральний провід був би не потрібен. Як буде показано далі, нейтральний провід забезпечує підтримку симетрії напруги на навантаженні при несиметрії самого навантаження.

Оскільки напруга на джерелі протилежна напрямку його ЕРС, фазна напруга генератора (див. рис. 6) діють від точок А,Ві С до нейтральної точки N; - фазні напруження навантаження.

Лінійна напруга діє між лінійними проводами. Відповідно до другого закону Кірхгофа для лінійних напруг можна записати

;

(1)

;

(2)

Зазвичай при розрахунках приймається . Тоді для випадку прямого чергування фаз, (при зворотному чергуванні фазфазові зрушення у і міняються місцями). З огляду на це на підставі співвідношень (1) ... (3) можуть бути визначені комплекси лінійних напруг. Однак при симетрії напруги ці величини легко визначаються безпосередньо з векторної діаграми на рис. 7. Направляючи дійсну вісь системи координат по вектору (його початкова фаза дорівнює нулю), відраховуємо фазові зрушення лінійних напруг по відношенню до цієї осі, а їх модулі визначаємо відповідно до (4). Так для лінійних напруг і отримуємо: ; .

З'єднання у трикутник

У зв'язку з тим, що значна частина приймачів, що включаються до трифазних ланцюгів, буває несиметричною, дуже важливо на практиці, наприклад, у схемах з освітлювальними приладами, забезпечувати незалежність режимів роботи окремих фаз. Крім чотирипровідної, подібні властивості мають і трипровідні ланцюги при з'єднанні фаз приймача в трикутник. Але в трикутник можна з'єднати і фази генератора (див. рис. 8).

Для симетричної системи ЕРС маємо

.

Таким чином, за відсутності навантаження у фазах генератора у схемі на рис. 8 струми дорівнюватимуть нулю. Однак, якщо поміняти місцями початок і кінець будь-якої фази, то і в трикутнику протікатиме струм короткого замикання. Отже, для трикутника потрібно суворо дотримуватись порядку з'єднання фаз: початок однієї фази з'єднується з кінцем іншої.

Схема з'єднання фаз генератора та приймача в трикутник представлена ​​на рис. 9.

Очевидно, що при з'єднанні в трикутник лінійні напруги дорівнюють відповідним фазним. За першим законом Кірхгофа зв'язок між лінійними та фазними струмами приймача визначається співвідношеннями

Аналогічно можна виразити лінійні струми через фазні струми генератора.

На рис. 10 представлена ​​векторна діаграма симетричної системи лінійних та фазних струмів. Її аналіз показує, що за симетрії струмів

На закінчення відзначимо, що окрім розглянутих сполук «зірка – зірка» та «трикутник – трикутник» на практиці також застосовуються схеми «зірка – трикутник» та «трикутник – зірка».

Література

1. Основитеорії ланцюгів: Навч. для вузів / Г.В.Зевеке, П.А.Іонкін, А.В.Нетушіл, С.В.Страхов. -5-е вид., Перераб. -М.: Вища школа, 1989. -528с.
2. Безсонов Л.А. Теоретичні основиелектротехніки: Електричні ланцюги. Навч. для студентів електротехнічних, енергетичних та приладобудівних спеціальностей вузів. -7-е вид., Перераб. та дод. -М.: Вищ. шк., 1978. -528с.

Контрольні питання та завдання

Трифазне підключення дає можливість включення в роботу генераторів та електродвигунів. підвищеної потужності, а також можливість роботи з різними параметрами напруги, це залежить від виду включення навантаження електричний ланцюг. Для роботи в трифазної мережітреба розуміти співвідношення її елементів.

Елементи трифазної мережі

Основні елементи трифазної мережі – це генератор, лінія передачі електричної енергії, навантаження (споживач). Для розгляду питання, що таке лінійна та фазна напруга в ланцюгу, дамо визначення, що таке фаза.

Фаза - це електричний ланцюг у системі багатофазних електричних кіл. Початком фази є затискач чи кінець провідника електрики, яким електрострум надходить у нього. Експерти завжди відрізнялися за кількістю фаз електричні ланцюги: однофазна, двофазна, трифазна та багатофазна.

Найчастіше застосовується трифазне включення об'єктів, що має істотну перевагу, як перед багатофазними ланцюгами, так і перед однофазним ланцюгом. Відмінності в наступному:

• менші витрати на транспортування електричної енергії;
• здатність створення ЕРС для роботи асинхронних двигунів- це робота ліфтів у багатоповерхових будинках, обладнання в офісі та на виробництві;
• цей вид підключення дає можливість одночасно користуватися і лінійною, і фазною напругою.

Що таке фазна та лінійна напруга?

Фазні та лінійні напруги в трифазних ланцюгах важливі для маніпуляцій у щитах електричного живлення, а також для роботи обладнання, що живиться від 380 вольт, а саме:

1. Що таке фазна напруга? Ця напруга, яка визначається між початком фази та її кінцем, на практиці вона визначається між нульовим дротомта фазою.
2. Лінійна напруга - це коли вимірюється величина між двома фазами між висновками різних фаз.

На практиці фазова напруга відрізняється від лінійної на 60%, іншими словами, параметри лінійної напруги в 1,73 рази більше фазної напруги. Трифазні ланцюги можуть мати лінійну напругу - 380 вольт, що дає можливість отримання фазної напруги в 220 В.

В чому різниця?

Для суспільства поняття «міжфазна напруга» зустрічається у багатоквартирних, висотних будинках, коли перші поверхи передбачаються під офісні приміщення, а також у торгових центрах, коли об'єкти будівлі підключаються кількома силовими кабелямитрифазної мережі, що забезпечують напругу 380 Вольт. Такий вид підключення будинку забезпечує роботу асинхронних підйомників, роботу ескалатора, промислового холодильного обладнання.

На практиці робити розведення трифазного ланцюга досить просто, враховуючи, що в квартиру йде фаза та нуль, а на офісне приміщення- Усі три фази + нейтральний провід.

Складнощі лінійної схемипідключення полягають у труднощі визначення у процесі монтажу провідника, що може призвести до аварії обладнання. Відрізняється схема в основному між фазними та лінійними підключеннями, з'єднаннями обмоток навантаження та джерела електроживлення.

Схеми підключення

Є дві схеми підключення джерел напруги (генераторів) до мережі:

• "трикутником";
• "зіркою".

Коли підключається «зіркою», початок обмоток генератора з'єднані в одній точці. Воно не дає можливості збільшення потужності. А підключення за схемою «трикутник» - це коли обмотки з'єднуються послідовно, а саме початок обмотки однієї фази з'єднується з кінцем обмотки інший. Це дає здатність утричі збільшити напругу.

Для кращого розуміння схем підключення фахівці дають визначення, що таке фазні та лінійні струми:

• лінійний струм - це струм, який протікає у підводнику з'єднання джерела електричної енергії та приймача (навантаження);

• фазний струм - це струм, що протікає в кожній обмотці джерела електричної енергії або обмотках навантаження.

Лінійні та фазні струми мають значення, коли є несиметричне навантаження на джерело (генератор), це часто зустрічається у процесі підключення об'єктів до електропостачання. Усі параметри, що відносяться до лінії, - це лінійні напруги та струми, а що відносяться до фази - параметри фазних величин.

Зі з'єднання «зірка» видно, що лінійні струми мають такі ж параметри, як і фазні. Коли система симетрична, необхідність у нейтральному дроті відпадає, практично він підтримує симетрію джерела, коли навантаження несиметрична.

Через несиметричність навантаження, що підключається (а на практиці це відбувається з включенням в ланцюг освітлювальних пристроїв) треба забезпечити незалежну роботу трьом фазам ланцюга, це можна зробити і в трипровідній лінії, коли фази приймача з'єднуються у трикутник.

Важливо! Фахівці звертають увагу на той факт, що коли знижується лінійна напруга, змінюються параметри фазної напруги. Знаючи значення міжфазної напруги, можна легко визначити величину фазної напруги.

Як зробити розрахунок лінійної напруги?

Коли виконується розгалужена система постачання об'єкта електроенергією, іноді необхідно обчислити напругу між двома проводами «нуль» і «фаза»: IF=IL, що говорить про рівності параметрів фазних і лінійних. Співвідношення між фазними проводамиі лінійними можна знайти, використовуючи формулу:

Знаходить елемент співвідношення напруг і оцінки системи електропостачання фахівцями виконується за лінійними параметрами, коли відомо їх значення. У системах електропостачання із чотирьох проводів виконується маркування 380/220 вольт.

Висновок

Використовуючи можливості трифазного ланцюга (чотирьохпровідниковий ланцюг), можна по-різному виконувати підключення, що дає можливість його широкого застосування. Фахівці вважають трифазну напругу для підключення універсальним варіантом, оскільки вона дає можливість підключати навантаження великої потужності, житлові приміщення, офісні будівлі.

У багатоквартирних будинкахосновними споживачами є побутові прилади, розраховані на мережу 220 В, тому важливо зробити рівномірний розподіл навантаження між фазами ланцюга, це досягається включенням квартир в мережу за шаховим принципом. Відрізняється розподіл навантаження приватних будинків, у яких вона виконується за величинами навантаження кожну фазу всього домашнього устаткування, струмами у провідниках, які у період максимального включення приладів.