Трёхфазная система электроснабжения

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Трёхфазная система электроснабжения — частный случай многофазных систем электрических цепей переменного тока, в которых действуют созданные общим источником синусоидальные ЭДС одинаковой частоты, сдвинутые друг относительно друга во времени на определённый фазовый угол. В трёхфазной системе этот угол равен 2π/3 (120°).

Многопроводная (шестипроводная) трёхфазная система переменного тока изобретена Николой Тесла . Значительный вклад в развитие трёхфазных систем внёс М. О. Доливо-Добровольский, который впервые предложил трёх- и четырёхпроводную системы передачи переменного тока, выявил ряд преимуществ малопроводных трёхфазных систем по отношению к другим системам и провёл ряд экспериментов с асинхронным электродвигателем.

Описание[править | править вики-текст]

Каждая из действующих ЭДС находится в своей фазе периодического процесса, поэтому часто называется просто «фазой». Также «фазами» называют проводники — носители этих ЭДС. В трёхфазных системах угол сдвига равен 120 градусам. Фазные проводники обозначаются в РФ латинскими буквами L с цифровым индексом 1…3, либо A, B и C[1].

Распространённые обозначения фазных проводов:

Россия, EC (выше 1000 В) Россия, ЕС (ниже 1000 В) Германия Дания
А L1 L1 R
B L2 L2 S
C L3 L3 T
Анимированное изображение течения токов по симметричной трёхфазной цепи с соединением типа «звезда»
Векторная диаграмма фазных токов. Симметричный режим.
Графическое представление зависимости фазных токов от времени


Преимущества[править | править вики-текст]

Возможная схема разводки трёхфазной сети в многоквартирных жилых домах
  • Экономичность.
    • Экономичность передачи электроэнергии на значительные расстояния.
    • Меньшая материалоёмкость 3-фазных трансформаторов.
    • Меньшая материалоёмкость силовых кабелей, так как при одинаковой потребляемой мощности снижаются токи в фазах (по сравнению с однофазными цепями).
  • Уравновешенность системы. Это свойство является одним из важнейших, так как в неуравновешенной системе возникает неравномерная механическая нагрузка на энергогенерирующую установку, что значительно снижает срок её службы.
  • Возможность простого получения кругового вращающегося магнитного поля, необходимого для работы электрического двигателя и ряда других электротехнических устройств. Двигатели 3-фазного тока (асинхронные и синхронные) устроены проще, чем двигатели постоянного тока, одно- или 2-фазные, и имеют высокие показатели экономичности.
  • Возможность получения в одной установке двух рабочих напряжений — фазного и линейного, и двух уровней мощности при соединении на «звезду» или «треугольник».
  • Возможность резкого уменьшения мерцания и стробоскопического эффекта светильников на люминесцентных лампах путём размещения в одном светильнике трёх ламп (или групп ламп), питающихся от разных фаз.

Благодаря этим преимуществам, трёхфазные системы наиболее распространены в современной электроэнергетике.

Схемы соединений трехфазных цепей[править | править вики-текст]

Звезда[править | править вики-текст]

Соединение обмоток звезда-звезда.svg

Звездой называется такое соединение, когда концы фаз обмоток генератора (G) соединяют в одну общую точку, называемую нейтральной точкой или нейтралью. Концы фаз обмоток потребителя (M) также соединяют в общую точку.

Провода, соединяющие начала фаз генератора и потребителя, называются линейными. Провод, соединяющий две нейтрали, называется нейтральным.

Трёхфазная цепь, имеющая нейтральный провод, называется четырёхпроводной. Если нейтрального провода нет — трёхпроводной.

Если сопротивления Za, Zb, Zc потребителя равны между собой, то такую нагрузку называют симметричной.

Линейные и фазные величины[править | править вики-текст]

Напряжение между фазным проводом и нейтралью (Ua, Ub, Uc) называется фазным. Напряжение между двумя фазными проводами (UAB, UBC, UCA) называется линейным. Для соединения обмоток звездой, при симметричной нагрузке, справедливо соотношение между линейными и фазными токами и напряжениями:

Несложно показать, что линейное напряжение сдвинуто по фазе на относительно фазных:

Мощность трёхфазного тока[править | править вики-текст]

Для соединения обмоток звездой, при симметричной нагрузке, мощность трёхфазной сети равна:

Последствия отгорания (обрыва) нулевого провода в трехфазных сетях[править | править вики-текст]

Существующие виды защиты от линейного напряжения, которые можно найти в продаже в электротехнических магазинах
Шины для раздачи нулевых проводов (синяя) и проводов заземления(зеленая)

При симметричной нагрузке в трёхфазной системе питание потребителя линейным напряжением возможно даже при отсутствии нейтрального провода. Однако, при питании нагрузки фазным напряжением, когда нагрузка на фазы не является строго симметричной, наличие нейтрального провода обязательно. При его обрыве или значительном увеличении сопротивления (плохом контакте) происходит так называемый «перекос фаз», в результате которого подключенная нагрузка, рассчитанная 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). Это зачастую является причиной выхода из строя бытовой электроники в квартирных домах, который может приводить к пожарам. Пониженное напряжение также может послужить причиной выхода из строя техники.

Проблема гармоник, кратных третьей[править | править вики-текст]

Современная техника всё чаще оснащается импульсными сетевыми источниками питания. Импульсный источник без корректора коэффициента мощности потребляет ток узкими импульсами вблизи пика синусоиды питающего напряжения, в момент заряда конденсатора входного выпрямителя. Большое количество таких источников питания в сети создаёт повышенный ток третьей гармоники питающего напряжения. Токи гармоник, кратных третьей, вместо взаимной компенсации, математически суммируются в нейтральном проводнике (даже при симметричном распределении нагрузки) и могут привести к его перегрузке даже без превышения допустимой мощности потребления по фазам. Такая проблема существует, в частности, в офисных зданиях с большим количеством одновременно работающей оргтехники. Решением проблемы третьей гармоники является применение корректора коэффициента мощности (пассивного или активного) в составе схемы производимых импульсных источников питания. Требования стандарта IEC 1000-3-2 накладывают ограничения на гармонические составляющие тока нагрузки устройств мощностью от 50 Вт. В России количество гармонических составляющих тока нагрузки нормируется стандартами ГОСТ Р 54149-2010, ГОСТ 32144-2013 (с 1.07.2014), ОСТ 45.188-2001.



Треугольник[править | править вики-текст]

Соединение обмоток треугольник-треугольник.svg
Треугольник — такое соединение, когда конец первой фазы соединяется с началом второй фазы, конец второй фазы с началом третьей, а конец третьей фазы соединяется с началом первой.

Соотношение между линейными и фазными токами и напряжениями[править | править вики-текст]

Для соединения обмоток треугольником, при симметричной нагрузке, справедливо соотношение между линейными и фазными токами и напряжениями:

Мощность трёхфазного тока[править | править вики-текст]

Для соединения обмоток треугольником, при симметричной нагрузке, мощность трёхфазного тока равна:

Распространённые стандарты напряжений[править | править вики-текст]

Страна Частота, Гц Напряжение (фазное/линейное), Вольт
Россия 50 230/400[2]
Страны ЕС 50 230/400,
400/690 (промышленные сети)
Япония 50 (60) 120/208
США 60 120/208,
277/480
240 (только треугольник)

Маркировка[править | править вики-текст]

Проводники, принадлежащие разным фазам, маркируют разными цветами. Разными цветами маркируют также нейтральный и защитный проводники. Это делается для обеспечения надлежащей защиты от поражения электрическим током, а также для удобства обслуживания, монтажа и ремонта электрических установок и электрического оборудования. В разных странах маркировка проводников имеет свои различия. Однако многие страны придерживаются общих принципов цветовой маркировки проводников, изложенных в стандарте Международной Электротехнической Комиссии МЭК 60445:2010.

Трёхфазная двухцепная линия электропередачи

Цвета фаз[править | править вики-текст]

Каждая фаза в трёхфазной системе имеет свой цвет. Они меняют в зависимости от страны. Используются цвета международного стандарта IEC 60446 (IEC 60445).

Страна L1 L2 L3 Нейтраль / ноль Земля

/ защитное заземление

Россия, Украина, Казахстан (до 2009), Китай Жёлтый Зелёный Красный Голубой Жёлто/зелёный (в полоску)
Европейский союз и все страны которые используют европейский стандарт CENELEC с апреля 2004 (IEC 60446), Гонконг с июля 2007, Сингапур с марта 2009, Украина, Казахстан с 2009, Аргентина Коричневый Чёрный Серый Голубой Жёлто/зелёный (в полоску)[3]
Европейский союз до апреля 2004 [4] Красный Жёлтый Голубой Чёрный Жёлто/зелёный (в полоску)

(зелёный в установках до 1970)

Индия, Пакистан, Великобритания до апреля 2006, Гон-Конг до апреля 2009, ЮАР, Малайзия, Сингапур до февраля 2011 Красный Жёлтый Голубой Чёрный Жёлто/зелёный (в полоску)

(зелёный в установках до 1970)

Австралия и Новая Зеландия Красный (или коричневый)[5] Белый (или чёрный)

(ранее - жёлтый)

Тёмно синий (или серый) Чёрный (или голубой) Жёлто/зелёный (в полоску)

(зелёный в очень старых установках)

Канада (обязательный)[6] Красный Чёрный Голубой Белый или серый Зелёный или цвета меди
Канада (в изолированных трехфазных установках)[7] Оранжевый Коричневый Жёлтый Белый Зелёный
США (альтернативная практика)[8] Коричневый Оранжевый (в системе треугольник), или

фиолетовый (в системе звезда)

Жёлтый Серый или белый Зелёный
США (распространённая практика)[9] Чёрный Красный Голубой Белый или серый Зелёный, жёлто/зелёный (в полоску),[10] или провод цвета меди
Норвегия Чёрный Белый/серый Коричневый Голубой Жёлто/зелёный (в полоску), в более старых установках может встречаться только жёлтый или цвета меди

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Действующий в РФ ГОСТ 2.709-89 предписывает обозначение цепей фазных проводников трёхфазного переменного тока: L1, L2, L3, и при этом допускает обозначения A, B, C.
  2. Согласно ГОСТ 29322-2014
  3. Жёлто-зелёная маркировка была принята как международный стандарт для защиты от поражения эл.током дальтоников. От 7% до 10% людей не могут точно распознать красный и зелёные цвета.
  4. В Европе ещё осталось много установок со старой цветовой схемой начала 1970-х. В новых установках используются жёлто/зелёные шины заземления в соответствии с IEC 60446. (Фаза/ноль+земля; Германия: чёрный/серый + красный; Франция зелёный/красный + белый; Россия: красный/серый + чёрный; Швейцария: красныйd/серый + жёлтый или жёлтый и красный; Дания: белый/чёрный + красный
  5. В Австралии и Новой Зеландии фазы могут быть люього цвета, но только не жёлто-зелёного, зелёного, жёлтого, чёрного или голубого цвета.
  6. Canadian Electrical Code Part I, 23rd Edition, (2002) ISBN 1-55324-690-X, rule 4-036 (3)
  7. Canadian Electrical Code (англ.) 23-е издание 2002 года, правила 24-208(c)
  8. Начиная с 1975 в США National Electric Code (англ.) не имел специальных обозначений фаз. По сложившейся практике для соединения звезда 120/208 фазы маркировались чёрным, красным и голубым цветом, а при соединении звезда или треугольник 277/480 фазы обозначались коричневым, оранжевым и жёлтым. В системе 120/240 треугольник с наибольшим напряжением 208 вольт (обычно фаза B) всегда обозначалась оранжевым, общая фаза A была чёрного цвета, а фаза C - красной или голубой.
  9. See Paul Cook: Harmonised colours and alphanumeric marking. IEE Wiring Matters, Spring 2006.
  10. В США провод жёлто-зелёного цвета (в полоску) может обозначать изолированную землю[неизвестный термин]. Сегодня в большинстве стран, жёлто-зелёные (в полоску) провода используются для защитного заземления и не могут быть отсоеденины и использованы для других целей.

Ссылки[править | править вики-текст]