Třífázové a jednofázové sítě v domě. Schéma, výkon, výpočet třífázových a jednofázových sítí. Co je třífázový proud

Ne každý průměrný člověk rozumí tomu, co jsou elektrické obvody. V bytech jsou z 99% jednofázové, kdy jedním vodičem proud teče ke spotřebiteli a druhým se vrací (nula). Třífázová síť je systém pro přenos elektrického proudu, který protéká třemi vodiči a vrací se jeden po druhém. Zde nedochází k přetěžování zpětného vodiče vlivem fázového posunu proudu. Elektřinu vyrábí generátor poháněný externím pohonem.

Zvýšení zátěže v obvodu vede ke zvýšení proudu procházejícího vinutím generátoru. V důsledku toho magnetické pole ve větší míře brání otáčení hnacího hřídele. Počet otáček se začíná snižovat a velí ke zvýšení výkonu pohonu, například dodávkou více paliva do spalovacího motoru. Rychlost se obnoví a vyrobí se více elektřiny.

Třífázový systém se skládá ze 3 obvodů s EMF stejné frekvence a fázovým posunem 120°.

Funkce připojení napájení k soukromému domu

Mnoho lidí věří, že třífázová síť v domě zvyšuje spotřebu energie. Ve skutečnosti je limit stanoven organizací dodávky elektřiny a je určen následujícími faktory:

• schopnosti dodavatele;
• počet spotřebitelů;
• stav linky a zařízení.

Aby se zabránilo napěťovým rázům a nevyváženosti fází, měly by být zatěžovány rovnoměrně. Výpočet třífázového systému je přibližný, protože není možné přesně určit, která zařízení budou v daném okamžiku připojena. Přítomnost pulzních zařízení v současnosti vede ke zvýšené spotřebě energie při jejich spouštění.

Elektrický rozvodný panel pro třífázové zapojení je rozměrově větší než pro jednofázové napájení. Možnosti jsou možné s instalací malého vstupního panelu a zbytek vyrobený z plastu pro každou fázi a pro přístavby.

Napojení na hlavní vedení je provedeno pomocí podzemních a nadzemních vedení. Přednost se dává druhému z důvodu malého množství práce, nízkých nákladů na připojení a snadné opravy.

V dnešní době je vhodné vzduchové připojení provést pomocí samonosného izolovaného drátu (SIP). Minimální průřez hliníkového jádra je 16 mm 2, což je dostačující pro soukromý dům.

SIP je připevněn k podpěrám a stěně domu pomocí kotevních držáků se svorkami. Připojení k hlavnímu venkovnímu vedení a vstupnímu kabelu k elektrickému panelu domu je provedeno pomocí svorek pro propichování odboček. Kabel se odebírá s nehořlavou izolací (VVGng) a prochází kovovou trubkou vloženou do stěny.

Vzduchové připojení třífázového napájení doma

Ve vzdálenosti od nejbližší podpěry je spíše nutné instalovat další sloup. To je nezbytné pro snížení zatížení, které vede k prověšení nebo zlomení vodičů.

Výška napojovacího bodu je 2,75 m a výše.

Elektrická rozvodná skříň

Připojení k třífázové síti se provádí podle projektu, kde jsou spotřebitelé uvnitř domu rozděleni do skupin:

• osvětlení;
• zásuvky;
• samostatná výkonná zařízení.

Některé zátěže lze odpojit kvůli opravě, zatímco jiné běží.

Výkon spotřebičů se vypočítá pro každou skupinu, kde je vybrán vodič požadovaného průřezu: 1,5 mm 2 - pro osvětlení, 2,5 mm 2 - pro zásuvky a až 4 mm 2 - pro výkonná zařízení.

Elektroinstalace je chráněna proti zkratu a přetížení jističem.

Elektroměr

Pro jakékoli schéma zapojení je vyžadováno měřicí zařízení. 3-fázový elektroměr lze připojit přímo k síti (přímé připojení) nebo přes napěťový transformátor (polonepřímé), kde se hodnoty elektroměru násobí koeficientem.

Je důležité dodržet pořadí připojení, kde lichá čísla jsou výkon a sudá čísla jsou zatížení. Barva vodičů je uvedena v popisu a schéma je umístěno na zadním krytu zařízení. Vstup a odpovídající výstup 3-fázového elektroměru jsou označeny stejnou barvou. Nejběžnější pořadí připojení je, když jsou fáze první a poslední vodič je nula.

3-fázový elektroměr pro přímé připojení pro domácnost je obvykle navržen pro výkon do 60 kW.

Před výběrem vícetarifního modelu byste měli problém koordinovat s dodavatelem energie. Moderní zařízení s tarifikátory umožňují počítat poplatky za elektřinu v závislosti na denní době, registrovat a zaznamenávat hodnoty výkonu v čase.

Teplotní údaje zařízení jsou vybírány tak široce, jak je to jen možné. V průměru se pohybují od -20 do +50 °C. Životnost přístrojů dosahuje 40 let s intervalem kalibrace 5-10 let.

Elektroměr se připojuje za vstupní tří- nebo čtyřpólový jistič.

Třífázové zatížení

Mezi spotřebitele patří elektrické kotle, asynchronní elektromotory a další elektrické spotřebiče. Výhodou jejich použití je rovnoměrné rozložení zátěže v každé fázi. Pokud třífázová síť obsahuje nerovnoměrně připojené jednofázové výkonné zátěže, může to vést k fázové nesymetrii. Současně začnou selhávat elektronická zařízení a osvětlovací lampy slabě svítí.

Schéma zapojení třífázového motoru do třífázové sítě

Provoz třífázových elektromotorů se vyznačuje vysokým výkonem a účinností. Zde nejsou potřeba žádná další startovací zařízení. Pro normální provoz je důležité zařízení správně připojit a dodržovat všechna doporučení.

Schéma zapojení třífázového motoru do třífázové sítě vytváří točivé magnetické pole se třemi vinutími zapojenými do hvězdy nebo trojúhelníku.

Každá metoda má své výhody a nevýhody. Hvězdicový okruh umožňuje hladký start motoru, ale jeho výkon je snížen až o 30 %. Tato ztráta není přítomna v obvodu trojúhelníku, ale proudové zatížení je výrazně větší při rozběhu.

Motory mají připojovací skříňku, kde jsou umístěny svorky vinutí. Pokud jsou tři, pak je obvod spojen pouze hvězdou. Se šesti svorkami lze motor připojit libovolným způsobem.

Spotřeba energie

Je důležité, aby majitel domu věděl, kolik energie je spotřebováno. To lze snadno vypočítat pro všechny elektrické spotřebiče. Sečtením všech výkonů a vydělením výsledku 1000 dostaneme celkovou spotřebu např. 10 kW. U elektrických spotřebičů pro domácnost stačí jedna fáze. Spotřeba proudu se však výrazně zvyšuje v soukromém domě, kde je výkonné zařízení. Jedno zařízení může mít 4-5 kW.

Je důležité plánovat spotřebu energie třífázové sítě ve fázi návrhu, aby byla zajištěna symetrie napětí a proudů.

Do domu vstupuje čtyřvodičový drát se třemi fázemi a nulou. Napětí elektrické sítě je Mezi fázemi a nulovým vodičem jsou připojeny elektrické spotřebiče do Kromě toho může být třífázové zatížení.

Výpočet výkonu třífázové sítě se provádí po částech. Nejprve je vhodné vypočítat čistě třífázové zátěže, například elektrokotel 15 kW a asynchronní elektromotor 3 kW. Celkový výkon bude P = 15 + 3 = 18 kW. V tomto případě protéká fázovým vodičem proud I = Px1000/(√3xUxcosϕ). Pro domácí elektrické sítě cosϕ = 0,95. Dosazením číselných hodnot do vzorce získáme aktuální hodnotu I = 28,79 A.

Nyní je třeba definovat jednofázové zatížení. Nechť jsou P A = 1,9 kW, P B = 1,8 kW, P C = 2,2 kW pro fáze. Smíšené zatížení je určeno součtem a je 23,9 kW. Maximální proud bude I = 10,53 A (fáze C). Připočteme-li to k proudu z třífázové zátěže, dostaneme I C = 39,32 A. Proudy ve zbývajících fázích budou I B = 37,4 kW, I A = 37,88 A.

Při výpočtu výkonu třífázové sítě je vhodné použít výkonové tabulky s ohledem na typ připojení.

Pomocí nich je vhodné vybrat jističe a určit průřezy vodičů.

Závěr

Při správném návrhu a údržbě je třífázová síť ideální pro soukromý dům. Umožňuje rovnoměrné rozložení zátěže mezi fázemi a připojení dalších spotřebičů energie, pokud to umožňuje průřez kabeláže.

V elektrických zařízeních obytných bytových domů, stejně jako v soukromém sektoru, se používají třífázové a jednofázové sítě. Zpočátku pochází elektrická síť z elektrárny se třemi fázemi a nejčastěji je třífázová síť připojena k obytným budovám. Dále se větví do samostatných fází. Tato metoda se používá k vytvoření nejúčinnějšího přenosu elektrického proudu z elektrárny na místo určení a také ke snížení ztrát při přepravě.

Chcete-li zjistit počet fází ve vašem bytě, stačí otevřít rozvodnou desku umístěnou na podestě nebo přímo v bytě a zjistit, kolik vodičů vstupuje do bytu. Pokud je síť jednofázová, pak budou 2 vodiče -. Dalším možným třetím vodičem je uzemnění.

Třífázové sítě v bytech se používají zřídka, v případech připojení starých elektrických sporáků se třemi fázemi nebo výkonných zátěží ve formě kotoučové pily nebo topných zařízení. Počet fází může být také určen vstupním napětím. V 1-fázové síti je napětí 220 voltů, ve 3-fázové síti mezi fází a nulou je také 220 voltů, mezi 2 fázemi je 380 voltů.

Rozdíly

Pokud nezohledníme rozdíl v počtu síťových vodičů a schématu připojení, pak můžeme určit některé další vlastnosti, které mají třífázové a jednofázové sítě.

• V případě třífázového napájení je možná fázová nesymetrie v důsledku nerovnoměrného rozložení fází zátěže. Na jednu fázi lze připojit výkonné topidlo nebo sporák, na druhou televizi a pračku. Pak dochází k tomuto negativnímu jevu doprovázenému asymetrií napětí a proudů ve fázích, což vede k poruchám domácích zařízení. Aby se zabránilo takovým faktorům, je nutné před položením vodičů elektrické sítě předem rozdělit zatížení mezi fáze.
• 3-fázová síť vyžaduje více kabelů, vodičů a přepínačů, což znamená, že nebudete moci ušetřit příliš mnoho peněz.
• Výkonové možnosti jednofázové domácí sítě jsou výrazně nižší než u třífázové sítě. Pokud plánujete používat několik výkonných spotřebitelů a domácích zařízení, elektrické nářadí, pak je vhodnější dodávat do domu nebo bytu třífázové napájení.
• Hlavní výhodou 3-fázové sítě je nízký úbytek napětí ve srovnání s 1-fázovou sítí za předpokladu stejného výkonu. To lze vysvětlit tím, že ve 3fázové síti je proud ve fázovém vodiči třikrát menší než v 1fázové síti a na vodiči není žádný proud.

Výhody 1-fázové sítě

Hlavní výhodou je hospodárnost jeho použití. Takové sítě používají třívodičové kabely ve srovnání s pětivodičovými kabely ve 3fázových sítích. Pro ochranu zařízení v 1fázových sítích je potřeba mít jednopólové ochranné jističe, zatímco v 3fázových sítích se bez třípólových jističů neobejdete.

V tomto ohledu se budou výrazně lišit i rozměry ochranných zařízení. I na jednom elektrickém stroji je již úspora dvou modulů. A rozměrově je to cca 36 mm, což výrazně ovlivní umístění strojů dovnitř. A při instalaci bude úspora místa více než 100 mm.

Třífázové a jednofázové sítě pro soukromý dům

Spotřeba elektřiny obyvateli neustále roste. V polovině minulého století bylo v soukromých domech poměrně málo domácích spotřebičů. Dnes je obrázek v tomto ohledu úplně jiný. Spotřebitelé energie v domácnostech v soukromých domech se množí mílovými kroky. Ve vlastním soukromém majetku tedy již není otázkou, jaké napájecí sítě zvolit pro připojení. Nejčastěji jsou v soukromých budovách instalovány elektrické sítě se třemi fázemi a jednofázová síť je opuštěna.

Stojí však třífázová síť za takovou špičkovou instalaci? Mnoho lidí věří, že připojením tří fází bude možné používat velké množství zařízení. Ne vždy to ale vyjde. Maximální přípustný výkon je stanoven v technických podmínkách pro připojení. Obvykle je tento parametr 15 kW pro celou soukromou domácnost. V případě jednofázové sítě je tento parametr přibližně stejný. Proto je jasné, že z hlediska síly neexistuje žádný zvláštní přínos.

Je však třeba mít na paměti, že pokud mají třífázové a jednofázové sítě stejný výkon, lze je použít pro 3fázovou síť, protože výkon a proud jsou distribuovány ve všech fázích, a proto je menší zatížení jednotlivé fázové vodiče. Menovitý proud jističe pro 3fázovou síť bude také nižší.

Velký význam má velikost, která u 3fázové sítě bude znatelně větší. To závisí na velikosti třífázového, který má rozměry větší než jednofázového a také vstupní stroj zabere více místa. Proto se rozvodnice pro třífázovou síť bude skládat z několika vrstev, což je nevýhoda této sítě.

Třífázové napájení má ale také své výhody, které jsou vyjádřeny tím, že lze připojit třífázové proudové přijímače. Mohou to být i jiná výkonná zařízení, což je výhoda třífázové sítě. Provozní napětí 3fázové sítě je 380 V, což je vyšší hodnota než u jednofázového typu, což znamená, že bude třeba věnovat větší pozornost otázkám elektrické bezpečnosti. Totéž platí pro požární bezpečnost.

Nevýhody třífázové sítě pro soukromý dům

V důsledku toho lze identifikovat několik nevýhod používání třífázové sítě pro soukromý dům:

• Potřebujete získat technické podmínky a povolení k připojení sítě z napájecího zdroje.
• V důsledku zvýšeného napětí hrozí zvýšené nebezpečí úrazu elektrickým proudem a také nebezpečí požáru.
• Výrazné celkové rozměry napájecího rozvaděče. Pro majitele venkovských domů tato nevýhoda nemá velký význam, protože mají dostatek prostoru.
• Je nutná instalace ve formě modulů na vstupní panel. To platí zejména v třífázové síti.

Výhody třífázového napájení pro soukromé domy

• Je možné rozložit zátěž rovnoměrně mezi fáze, aby se zabránilo fázové nerovnováze.
• K síti lze připojit výkonné třífázové spotřebiče energie. To je ta nejhmatatelnější výhoda.
• Snížení jmenovitých hodnot ochranných zařízení na vstupu, stejně jako snížení vstupu.
• V mnoha případech je možné získat povolení od společnosti zabývající se prodejem energie ke zvýšení přípustné maximální úrovně příkonu elektřiny.

V důsledku toho můžeme dojít k závěru, že praktické zavedení třífázové napájecí sítě se doporučuje pro soukromé budovy a domy s obytnou plochou větší než 100 m2. Třífázový výkon je vhodný zejména pro ty majitele, kteří se chystají instalovat okružní pilu, topný kotel, nebo různé pohonné mechanismy s třífázovými elektromotory.

Ostatní majitelé soukromých domů nemusí přecházet na třífázové napájení, protože to může způsobit pouze další problémy.

Výhody třífázového proudu jsou zřejmé pouze elektrotechnickým specialistům. Co je to třífázový proud, je pro běžného člověka velmi vágní. Vyjasněme nejistotu.

Třífázový střídavý proud

Většina lidí, s výjimkou elektro specialistů, má velmi mlhavou představu o tom, co je takzvaný „třífázový“ střídavý proud, a často jsou zmateni v pojmech proudová síla, napětí a elektrický potenciál, např. stejně jako moc.

Zkusme tomu dát počáteční pochopení jednoduchým jazykem. Abychom toho dosáhli, pojďme k analogii. Začněme tím nejjednodušším – tokem stejnosměrného proudu ve vodičích. Dá se to přirovnat k vodnímu toku v přírodě. Voda, jak víme, vždy teče z vyššího bodu na povrchu do nižšího. Vždy volí nejekonomičtější (nejkratší) cestu. Analogie s tokem proudu je kompletní. Navíc množství vody protékající za jednotku času určitým úsekem toku bude podobné síle proudu v elektrickém obvodu. Výška libovolného bodu koryta řeky vzhledem k nulovému bodu – hladině moře – bude odpovídat elektrickému potenciálu kteréhokoli bodu v řetězci. A rozdíl ve výšce libovolných dvou bodů na řece bude odpovídat napětí mezi dvěma body okruhu.

Pomocí této analogie si snadno v duchu představíte zákony toku stejnosměrného elektrického proudu v obvodu. Čím vyšší je napětí - výškový rozdíl, tím větší je rychlost proudění a tím i množství vody protékající řekou za jednotku času.

Vodní tok, stejně jako elektrický proud, zažívá při svém pohybu odpor koryta - po kamenitém korytě bude voda prudce proudit, měnit směr, mírně se ohřívat (bouřlivé toky ani při velkých mrazech nezamrzají kvůli k ohřevu z odporu koryta). V hladkém kanálu nebo potrubí bude voda proudit rychle a v důsledku toho za jednotku času projde kanálem mnohem více vody než klikatým a skalnatým kanálem. Odpor proti proudění vody je přesně stejný jako elektrický odpor v obvodu.

Nyní si představte uzavřenou láhev s trochou vody. Pokud začneme touto lahví otáčet kolem příčné osy, pak voda v ní bude proudit střídavě od hrdla ke dnu a naopak. Tato myšlenka je analogií střídavého proudu. Zdálo by se, že stejná voda teče tam a zpět, tak co? Tento střídavý proud vody je však schopen vykonávat práci.

Kde se vzal koncept střídavého proudu?

Ano, od té doby, co se lidstvo naučilo, že pohyb magnetu v blízkosti vodiče způsobuje elektrický proud ve vodiči. Je to pohyb magnetu, který způsobuje proud, pokud je magnet umístěn vedle drátu a nepohybuje se, nezpůsobí žádný proud ve vodiči. Dále chceme přijímat (generovat) proud ve vodiči, abychom jej v budoucnu mohli použít k nějakému účelu. Za tímto účelem vytvoříme cívku z měděného drátu a začneme v její blízkosti pohybovat magnetem. Magnet lze v blízkosti cívky libovolně posouvat - pohybujte s ním po přímce tam a zpět, ale abyste s magnetem nehýbali rukama, je vytvoření takového mechanismu technicky náročnější, než s ním jen začít otáčet v blízkosti cívky, podobně jako otáčení láhve s vodou z předchozího příkladu. Právě tímto způsobem jsme – z technických důvodů – získali sinusový střídavý proud, který se dnes používá všude. Sinusovka je časově rozšířený popis rotace.

Později se ukázalo, že zákony toku střídavého proudu v obvodu se liší od toku stejnosměrného proudu. Například pro tok stejnosměrného proudu se odpor cívky jednoduše rovná ohmickému odporu vodičů. A pro střídavý proud se odpor cívky drátu výrazně zvyšuje v důsledku výskytu takzvané indukční reaktance. Stejnosměrný proud neprochází nabitým kondenzátorem, kondenzátor je otevřený obvod. A střídavý proud je schopen volně protékat kondenzátorem s určitým odporem. Dále bylo zjištěno, že střídavý proud lze pomocí transformátorů přeměnit na střídavý proud jiných napětí nebo proudů. Stejnosměrný proud se k takové transformaci nehodí, a pokud jakýkoli transformátor zapneme na síť stejnosměrného proudu (což je absolutně nemožné), nevyhnutelně dojde k jeho spálení, protože stejnosměrnému proudu bude vzdorovat pouze ohmický odpor stejnosměrného proudu. drátu, který je vyroben co nejmenší, a přes primární vinutí V režimu zkratu poteče velký proud.

Všimněte si také, že elektromotory mohou být navrženy tak, aby fungovaly na stejnosměrný i střídavý proud. Rozdíl mezi nimi je však tento - stejnosměrné elektromotory jsou obtížnější na výrobu, ale umožňují plynule měnit rychlost otáčení pomocí běžného reostatu, který reguluje sílu proudu. A střídavé elektromotory jsou mnohem jednodušší a levnější na výrobu, ale točí se pouze jednou rychlostí, určenou konstrukcí. Obojí se proto v praxi hojně využívá. Podle účelu. Pro účely řízení a regulace se používají stejnosměrné motory a střídavé motory jako elektrárny.

Dále se návrhová myšlenka vynálezce generátoru posunula přibližně tímto směrem - pokud je nejvhodnější použít rotaci magnetu vedle cívky pro generování proudu, proč místo toho neumístit několik cívek kolem rotujícího magnetu jedné cívky generátoru (tam je kolem tolik místa)?

Okamžitě získáte něco, co vypadá jako několik generátorů poháněných jedním rotujícím magnetem. Kromě toho se střídavý proud v cívkách bude lišit ve fázi - maximální proud v následujících cívkách bude poněkud zpožděn ve srovnání s předchozími. To znamená, že současné sinusoidy, pokud jsou znázorněny graficky, se budou zdát mezi sebou posunuté. Touto důležitou vlastností je fázový posun, o kterém budeme hovořit níže.

Přibližně tímto způsobem vynalezl americký vynálezce Nikola Tesla nejprve střídavý proud a poté systém generování třífázového proudu se šesti dráty. Umístil tři cívky kolem magnetu ve stejných vzdálenostech v úhlech 120 stupňů, pokud je osa rotace magnetu brána jako střed úhlů.

(Počet cívek (fází) může být ve skutečnosti libovolný, ale pro získání všech výhod, které systém generování vícefázového proudu poskytuje, stačí minimálně tři).

Dále ruský elektroinženýr Michail Osipovič Dolivo-Dobrovolsky vyvinul vynález N. Tesly, nejprve navrhl tří- a čtyřvodičový systém pro přenos třífázového střídavého proudu. Navrhl připojit jeden konec všech tří vinutí generátoru k jednomu bodu a přenášet elektřinu pouze čtyřmi dráty. (Úspory na drahých neželezných kovech jsou značné). Ukázalo se, že při symetrickém zatížení každé fáze (stejný odpor) je proud v tomto společném vodiči nulový. Protože při sčítání (algebraicky, s přihlédnutím ke znaménkům) fázově posunutých proudů o 120 stupňů se navzájem ruší. Tento společný vodič se nazýval neutrální. Protože proud v něm vzniká pouze při nerovnoměrném zatížení fází a numericky je malý, mnohem menší než fázové proudy, bylo možné použít drát menšího průřezu jako „nulový“ drát než pro fázi. dráty.

Ze stejného důvodu (fázový posun o 120 stupňů) se trojfázové ukázaly jako materiálově mnohem méně náročné, protože v magnetickém jádru transformátoru dochází k vzájemné absorpci magnetických toků a lze ji vyrobit s menším příčným sekce.

Dnes je třífázový napájecí systém realizován čtyřmi vodiči, tři z nich se nazývají fáze a jsou označeny latinskými písmeny: u generátoru - A, B a C, u spotřebitele - L1, L2 a L3. Nulový vodič je označen 0.

Napětí mezi nulovým vodičem a kterýmkoli z fázových vodičů se nazývá fáze a ve spotřebitelských sítích je 220 voltů.

Mezi fázovými vodiči je také napětí a mnohem vyšší než fázové napětí. Toto napětí se nazývá lineární a ve spotřebitelských obvodech je 380 voltů. Proč je větší než fáze? Ano, to vše je způsobeno fázovým posunem o 120 stupňů. Pokud je tedy na jednom vodiči například v daném okamžiku potenciál plus 200 voltů, pak na druhém fázovém vodiči ve stejném okamžiku bude potenciál mínus 180 voltů. Napětí je rozdíl potenciálů, to znamená, že bude + 200 - (-180) = +380 V.

Vyvstává otázka: pokud nulovým vodičem neprotéká žádný proud, je možné jej úplně odstranit. Může. A získáme třívodičový napájecí systém. S připojením spotřebitelů v takzvaném „trojúhelníku“ - mezi fázovými vodiči. Je však třeba poznamenat, že pokud je zatížení na stranách „trojúhelníku“ nerovnoměrné, generátor bude vystaven destruktivnímu zatížení, takže tento systém lze použít s velkým počtem spotřebitelů, když se nerovnoměrné zatížení vyrovná . Takto se přenáší elektřina z velkých elektráren při vysokém fázovém a síťovém napětí (stovky tisíc voltů). Proč se používá tak vysoké napětí? Odpověď je jednoduchá – snížit tepelné ztráty v drátech. Protože ohřev vodičů (ztráta energie) je úměrný druhé mocnině protékajícího proudu, je žádoucí, aby protékající proud byl minimální. Abyste přenášeli požadovaný výkon při minimálním proudu, musíte zvýšit napětí. (elektrické vedení) se takto označují např. elektrické vedení - 500 je vedení pro přenos energie o napětí 500 kilovoltů.

Mimochodem, ztráty v drátech elektrického vedení lze dále snížit použitím vysokonapěťového stejnosměrného přenosu (přestane fungovat kapacitní složka ztrát působících mezi dráty), i takové experimenty byly provedeny, ale takový systém nebyl přesto se rozšířily, zřejmě kvůli větším úsporám drátů s třífázovým generovacím systémem.

Závěry: výhody třífázového systému

Na závěr článku si shrňme – jaké výhody poskytuje třífázový systém výroby a napájení?

1. Úspora počtu vodičů potřebných k přenosu elektřiny. Vzhledem ke značným vzdálenostem (stovky a tisíce kilometrů) a skutečnosti, že se na dráty používají barevné kovy s nízkým elektrickým odporem, jsou úspory poměrně značné.
2. Třífázové transformátory se stejným výkonem jako jednofázové transformátory mají výrazně menší velikosti magnetického jádra. To vám umožní získat značné úspory.
3. Je velmi důležité, že třífázový elektrický přenosový systém vytváří, když je spotřebič připojen na tři fáze, jakési rotující elektromagnetické pole. Opět kvůli fázovému posunu. Tato vlastnost umožnila vytvořit extrémně jednoduché a spolehlivé třífázové elektromotory, které nemají komutátor a rotor je ve skutečnosti jednoduchý „přířez“ v ložiskách, ke kterému není třeba připojovat žádné vodiče. (Ve skutečnosti má konstrukce rotoru nakrátko své vlastní charakteristiky a vůbec nejde o polotovar) Jedná se o tzv. třífázové asynchronní elektromotory s rotorem nakrátko. Dnes velmi rozšířené jako elektrárny. Pozoruhodnou vlastností takových motorů je schopnost změnit směr otáčení rotoru na opačný směr pouhým přepnutím libovolných dvou fázových vodičů.
4. Možnost získání dvou provozních napětí v třífázových sítích. Jinými slovy, změňte výkon elektromotoru nebo topné instalace pouhým přepnutím přívodních vodičů.
5. Schopnost výrazně omezit blikání a stroboskopický efekt lamp používajících zářivky umístěním tří lamp do lampy, napájených z různých fází.

Díky těmto výhodám se ve světě rozšířily třífázové napájecí systémy.

Většina alternátorů, stejně jako vedení pro přenos energie, používá třífázové systémy. Přenos proudu se provádí po třech (nebo čtyřech) namísto dvou. Třífázový proud je systém střídavého elektrického proudu, kde se hodnoty proudů a napětí mění podle sinusového zákona. Frekvence oscilací sinusového proudu v Rusku a Evropě je 50 Hz.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/1-15-768x530..jpg 800w" size="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Třífázové elektrické vedení

Proč používat třífázový proud

Přeprava elektřiny z elektráren do vzdálených míst zahrnuje použití velmi dlouhých drátů a kabelů, které mají vysoký odpor. To znamená, že se ztratí určitá energie, která se rozptýlí jako teplo. Snížením proudů přenášených podél elektrického vedení lze výrazně snížit ztráty.

Nejběžnější formou výroby elektřiny je třífázová výroba. V průmyslu se k provozu elektromotorů často používá třífázový střídavý proud.

Výhody třífázového systému:

1. Možnost mít fázová a lineární napětí v třífázových obvodech dvou různých hodnot: vysoká - pro výkonné spotřebitele, nízká - pro ostatní;
2. Snížené ztráty při přepravě energie, proto použití levnějších drátů a kabelů;
3. Třífázové stroje mají stabilnější točivý moment než jednofázové stroje (vyšší výkon);
4. Nejlepší výkon u třífázových generátorů;
5. V některých případech musí být stejnosměrný proud získáván ze střídavého proudu. Použití 3fázového proudu je přitom významnou výhodou, protože zvlnění usměrněného napětí je mnohem nižší.

Co je třífázový proud

Třífázový střídavý systém se skládá ze tří sinusových proudových signálů, mezi nimiž jsou rozdíly jedna třetina cyklu nebo 120 elektrických stupňů (celý cyklus je 360°). Procházejí svými maximy v pravidelném pořadí zvaném fázové sekvence. Sinusové napětí je úměrné kosinu nebo sinu fáze.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/2-11-210x140..jpg 615w" size="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Třífázový proud

Tři fáze jsou obvykle napájeny přes tři (nebo čtyři) vodiče a fázové a síťové napětí v třífázových obvodech představují potenciální rozdíly mezi páry vodičů. Fázové proudy jsou proudové veličiny v každém vodiči.

Třífázová schémata zapojení

V konfiguraci hvězdicového obvodu jsou tři fázové vodiče. Pokud jsou připojeny nulové body napájecího systému a přijímače, získá se čtyřvodičová „hvězda“.

Obvod rozlišuje mezi sdruženým napětím umístěným mezi fázovými vodiči (říká se mu také lineární) a fázovým napětím – mezi jednotlivými fázovými vodiči a N vodičem.

Co je fázové napětí, se nejjasněji určí konstrukcí vektorů – jedná se o tři symetrické vektory U(A), U(B) a U(C). Zde můžete vidět, jaké je síťové napětí:

• U(AB) = U(A) – U(B);
• U(BC) = U(B) – U(C);
• U(CA) = U(C) – U(A).

Důležité! Vektorové konstrukce dávají představu o posunu mezi konzistentním fázovým a mezifázovým napětím - 30°.

Proto lze síťové napětí pro hvězdicový obvod s rovnoměrným zatížením vypočítat následovně:

Uab = 2 x Ua x cos 30° = 2 x Ua x √3/2 = √3 x Ua.

Ostatní indikátory fázového napětí se nacházejí podobně.

Lineární a fázové napětí, pokud sečteme vektorové veličiny všech fází, jsou rovny nule:

• U(A) + U(B) + U(C) = 0;
• U(AB) + U(BC) + U(CA) = 0.

Pokud je do hvězdy připojen elektrický přijímač s odporem shodným v každé fázi:

pak můžete vypočítat lineární a fázové proudy:

• Ia = Ua/Za;
• Ib = Ub/Zb;
• Ic = Uc/Zc.

Data-lazy-type="image" data-src="http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/3-12-600x335.jpg?.jpg 600w, https://elquanta. ru/wp-content/uploads/2018/03/3-12-768x429..jpg 902w" size="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Konstrukce vektorů v diagramu „Y“.

Jak je aplikováno na obecné případy „hvězdového“ systému, lineární proudové veličiny jsou totožné s fázovými.

Obvykle se předpokládá, že zdroj napájející elektrické přijímače je symetrický a pouze impedance určuje činnost obvodu.

Vzhledem k tomu, že součtový indikátor proudu odpovídá nule (Kirchhoffův zákon), v případě čtyřvodičového systému neteče nulovým vodičem žádný proud. Systém se bude chovat stejně, ať je tam nulový vodič nebo ne.

Pro činný výkon třífázového přijímače platí vzorec:

P = √3 x Uф I x cos φ.

Jalový výkon:

Q = √3 x Uф I x sin φ.

"Y" pro asymetrické zatížení

Jedná se o konfiguraci obvodu, kde je velikost proudu jedné fáze odlišná od druhé nebo fázové posuny proudů jsou odlišné ve srovnání s napětími. Mezifázová napětí zůstanou symetrická. Pomocí vektorových konstrukcí je určen vzhled posunu nulového bodu od středu trojúhelníku. Výsledkem je asymetrie hodnot fázového napětí a vzhled Uo:

Uo = 1/3 (U(A) + U(B) + U(C)).

I přes asymetrickou zátěž je součtový ukazatel proudu nulový.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/4-11-768x515..jpg 210w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/ 03/4-11.jpg 901w" size="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

"Y" bez N-vodiče s asymetrickou zátěží

Důležité!Činnost obvodu s asymetrickou zátěží závisí na tom, zda je či není přítomen N-vodič.

Obvod se chová jinak, když je připojen N-vodič s nevýznamnou impedancí Zo = 0 Nulové body zdroje a výkonového přijímače jsou galvanicky spojeny a mají stejný potenciál. Fázové napětí různých fází nabývá stejných hodnot, a aktuální hodnota jeN-dirigent:

Io = I(A) + I(B) + I(C).

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/5-6-210x140..jpg 720w" size="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Čtyřvodičový obvod "Y".

Při přenosu výkonu je běžné používat třívodičové systémy na úrovni vysokého a středního napětí. Na úrovních nízkého napětí, kde je obtížné vyhnout se nesymetrickému zatížení, se používají čtyřvodičové systémy.

schéma "Δ".

Připojením konce každé fáze napájecího přijímače k ​​začátku další můžete získat třífázový proud s fázemi zapojenými do série. Výsledná konfigurace obvodu se nazývá "trojúhelník". V této podobě může fungovat pouze jako třívodičový.

Pomocí vektorových konstrukcí, srozumitelných i pro figuríny, jsou znázorněna fázová a lineární napětí a proudy. Každá fáze elektrického přijímače je připojena k lineárnímu napětí mezi dvěma vodiči. Síťové a fázové napětí jsou na napájecím přijímači shodné.

Png?.png 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/6-3-768x239..png 910w" size="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Schéma „Δ“ a konstrukce vektorů

Mezifázové proudy pro „trojúhelník“ jsou I(A), I(B), I(C). Fáze – I(AB), IBC), I(CA).

Lineární proudy lze nalézt z vektorových konstrukcí:

• I(A) = I(AB) – I(CA);
• I(B) = I(BC) – I(AB);
• I(C) = I(CA) – I(BC).

Součtové množství proudu v symetrickém systému odpovídá nule. RMS hodnoty fázových proudů:

I(AB) = I(BC) = I(CA) = U/Z.

Protože fázový posun mezi U a I je 30°, linkový proud v této konfiguraci bude roven:

I(A) = I(AB) – I(CA) = 2 x I(AB) x cos 30° = 2 x Iph x √3/2 = √3 x Iph.

Důležité! Efektivní hodnota síťového proudu je √3násobek efektivní hodnoty fázového proudu.

Třífázový a jednofázový proud

Konfigurace obvodu „Y“ umožňuje použít dvě různá napětí při napájení spotřebičů v domácích a průmyslových sítích: 220 V a 380 V. 220 V se získá pomocí dvou vodičů. Jeden z nich je fázový, druhý je N-vodič. Napětí mezi nimi odpovídá fázovému napětí. Pokud vezmete 2 vodiče, oba představují fáze, pak se napětí mezi fázemi nazývá lineární a rovná se 380 V. Pro připojení se používají všechny 3 fáze.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/7-3.jpg 700w" size="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Rozvod napětí v jednofázových a třífázových soustavách

Hlavní rozdíly mezi jednofázovými a třífázovými systémy:

1. Jednofázový proud zahrnuje napájení přes jeden vodič, třífázový - přes tři;
2. Pro dokončení jednofázového napájecího obvodu jsou zapotřebí 2 vodiče: další nulový vodič, pro třífázový - 4 (plus nulový);
3. Největší výkon je přenášen ve třech fázích, na rozdíl od jednofázového systému;
4. Jednofázová síť je jednodušší;
5. Pokud dojde k poruše fázového vodiče v jednofázové síti, dojde k úplné ztrátě napájení v třífázové síti, je dodáván přes zbývající dvě fáze.

Zajímavý. Nikola Tesla, objevitel vícefázových proudů a vynálezce indukčního motoru, použil dvoufázový proud s fázovým rozdílem 90° Takový systém je vhodný pro vytvoření točivého magnetického pole více než jednofázové, ale méně než tři -fáze. Dvoufázový systém se nejprve rozšířil ve Spojených státech, ale poté zcela vymizel z používání.

Dnes je téměř veškeré elektrické napájení založeno na nízkofrekvenčním třífázovém proudu využívajícím jednotlivé fáze paralelně. Téměř všechny elektrárny mají generátory, které produkují třífázový proud. Transformátory mohou pracovat s třífázovým nebo jednofázovým proudem. Přítomnost jalového výkonu v takových sítích vyžaduje instalaci kompenzačního zařízení.

Video

Pod pojmem fáze se v energetice obvykle rozumí samostatná část elektrického obvodu vícefázové soustavy nebo případně časový okamžik v sinusovém vyjádření vektorů proudu nebo napětí.

Hlavním rysem vícefáz (n) systémy sestávají z kombinace samostatných obvodů se stejnými elektrickými parametry emf, napětí a proudu, které jsou rozmístěny v čase ve stejných intervalech období ∆t=T/n vyjádřeno také v hodnotách úhlové fáze ∆ωt=360/n(ve stupních) popř ∆ωt=2π/n(v radiánech).

Třífázové obvody. V energetice se používají tři kombinované elektrické obvody (fáze), n=3. V souladu s tím jsou všechny řetězy rozmístěny o 120 úhlových stupňů. K jejich označení v souladu s GOST se používají následující:

Velká latinská písmena A, B, C jako hlavní označení;
- Arabské číslice 1, 2, 3 pro dodatečné značení;
- velká latinská písmena R, S, T v mezinárodním formátu.

Během provozu mateřská organizace náhodně vybere první fázi "A", a zbytek očísluje v posloupnosti průchodu vektorů napětí (u) a aktuální (i) souřadnice severního směru.

V třífázovém systému je zvykem chápat přímou sekvenci jako rotaci vektorů v běžném provozu A>B>C>A proti směru hodinových ručiček. V tomto případě vektory v obvodu B zaostávají za obvodem A a předběhnout řetěz C o 120°.

Opačná rotace vektorů ve směru hodinových ručiček je považována za obrácenou sekvenci.

Fáze vytvořené v systému mohou být spojeny do jednoho okruhu nebo pracovat izolovaně, bez vzájemných propojení. V nespojeném systému jsou velikosti okamžitého EMF ve fázích odděleny úhlem 120° a střídají se podle schématu A>B>C>A. Jejich hodnoty jsou popsány vzorcem:

e A = E m sinωt, E A = Ee j0°;
eB=Emsin(cot-120°), EB=Ee-j120°;
eC=Emsin(cot-240°)=Emsin(cot+120°), Ec=Eej120°.

Funkční grafové diagramy a vektorové výrazy jsou vysvětleny s odpovídajícími obrázky.

V nezávislém symetrickém 3-fázovém obvodu vždy platí pravidlo: libovolné proměnné veličiny e, u, i v každém časovém okamžiku při sčítání jsou rovny nule. Jinými slovy: u A +u B +u C =0.

Jako příklad demonstrujeme výpočet součtů EMF při třech hodnotách úhlu:

Se stejnou zátěží pro každou fázi, kdy Z A =Z B =Z C =Ze jφ, jsou vytvořeny vektory fázového proudu stejné délky, ale posunuté v úhlu od napětí (EMF). Jsou od sebe vzdáleny o 120° a také vytvářejí 3fázový symetrický systém, ve kterém platí následující zákony:

iA +i B +i C = 0;
I A + I B + I C = 0.

Ze tří nepropojených systémů se spojením (sloučením) vratných (zpětných) vodičů do jediné dálnice vytvoří jeden spojený. S touto metodou se ve zobecněném vodiči celkový proud ze tří fází sečte a bude se rovnat nule. Proces je popsán prvním Kirchhoffovým zákonem:

iN =i A +i B +i C =0.

Praktický závěr je zřejmý: odpadá potřeba zpětného vodiče, což vede k výrazné úspoře materiálových zdrojů pro dopravu elektřiny z 3fázového generátoru do 3fázového napájecího přijímače.

Výhody 3-fázových systémů:

1. Doprava elektrické energie 3-fázovým obvodem ke spotřebitelům ze zdrojů je ekonomicky efektivnější než pro jiný počet fází. Snížením počtu dálnic ze 6 na 3 nejen ušetříte peníze za dráty, ale také snížíte energetické ztráty v nich;

2. Pro vytvoření 3-fázového systému není nutné vytvářet složité technické struktury. Kruhový rotační pohyb se již dlouho používá k ovládání různých generátorů a motorů;

3. Technologie výroby 3-fázových generátorů, transformátorů a motorů je jednoduchá a efektivní a všechna zařízení jsou spolehlivá, odolná, levná a mají zmenšenou velikost;

4. 3-fázový obvod umožňuje současné použití elektrických přijímačů s různými jmenovitými napětími, lišícími se √3 , která je určena přítomností 2 napěťových úrovní (fázové a lineární). Ul=√3xUф.

Tyto zjevné výhody systémů se od roku 1989 široce využívají v energetickém sektoru pro výrobu elektrické energie a její přenos/distribuci do energetických přijímačů.

Jejich zakladatelem a vývojářem je inženýr Michail Osipovič Dolivo-Dobrovolsky, který pracoval pro německou společnost AEG (Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft).