Ток короткого замыкания однофазных и трехфазных сетей

В домовых распределительных электронных сетях в главном употребляются одна фаза и нулевой проводник. Этого достаточно для работы бытовых электроприборов, освещения и отопления. Для организации производственного технологического процесса используют трехфазный ток. Потребители, шинные сборки, распределительные щитки, узлы учёта и вся электронная схема настроены на работу от сетей трёхфазного тока.

Трёхфазный ток

Трехфазная система переменного тока

Сети трёхфазной системы рассчитаны на питание от подстанций, подающих напряжение по четырём проводам: три фазы и ноль. Это один из личных случаев многофазных цепей, где работают ЭДС, имеющие синусоидальные формы и равную частоту. Они произведены одним и этим же источником, но имеют угол сдвига меж фаз в 120 градусов (2?/3).

Ещё электротехник М.О. Доливо-Добровольский, проводя исследование работы асинхронных движков, представил четырёхпроводную систему в качестве рабочей для питания такового типа машин и агрегатов. Каждый провод, образующий отдельную цепь снутри этой системы, именуют «фазой». Структуру трёх смещённых по фазе переменных токов называют трёхфазным током.

Четырёхпроводная схема питания

Принципиально! В схожей структуре фазное напряжение равно 220 В – это то, что покажет устройство при измерении меж фазным и нулевым проводниками. Величина линейного напряжения составит 380 В при проведении измерения меж 2-мя фазными тоководами.

Недлинные замыкания в однофазовых сетях

При выполнении расчетов энергосистем однофазового тока допускаются вычисления, производимые в облегченной форме. Приборы и оборудование в таких сетях не потребляют огромного количества электроэнергии, потому надежная защита быть может обеспечена обыденным автоматическим выключателем, рассчитанным на ток срабатывания 25 ампер.

Ток однофазового недлинного замыкания рассчитывается в последующем порядке:

• Определение характеристик трансформатора либо реактора, питающих сеть, в том числе их электродвижущей силы.
• Инсталлируются технические свойства проводников, применяемых в сети.
• Разветвленную электронную схему нужно сделать проще, разбив на отдельные участки.
• Вычисление полного сопротивления меж фазой и нулем.
• Определения полных сопротивлений трансформатора либо других питающих устройств, если такие данные отсутствуют в технической документации.
• Все приобретенные значения вставляются в формулу.

Что такое трехфазный ток

Реактивная мощность

Это система, объединяющая три электроцепи с токами, которые разнятся по фазе на 1/3 периода. Причём их личные ЭДС совпадают по частоте и амплитуде и имеют таковой же фазовый сдвиг. У таковой структуры фазное и линейное напряжения соответственно равны 220 В и 380 В. Частота повторяющихся колебаний – 50 герц (Гц).

Если подключить к осциллографу токовые синусоидальные сигналы от трёхфазной сети, то можно будет узреть, что они совершают прохождение собственных точек максимума в постоянной фазовой последовательности.

Общая формула мощи переменного тока:

P = I*U*cos?,

где:

• P – мощность, (Вт);
• I – ток, (А);
• U – напряжение, (В);
• cos? – коэффициент мощи.

Значение cos? должно стремиться к единице. Средний коэффициент мощи лежит в интервале 0,7-0,8. Чем он выше, тем больше КПД установки.

В случае 3-х фазных сетей мощность будет зависеть от схемы соединения источника и нагрузки.

График трёхфазного тока

Трехфазная сеть: расчет мощи, схема подключения

Не всякому мещанину понятно, что такое электронные цепи. В квартирах они на 99 % однофазовые, где ток поступает к потребителю по одному проводу, а ворачивается по другому (нулевому). Трехфазная сеть представляет собой систему передачи электронного тока, который течет по трем проводам с возвратом по одному. Тут оборотный провод не перегружен благодаря сдвигу тока по фазе. Электроэнергия вырабатывается генератором, приводимым во вращение наружным приводом.

Повышение нагрузки в цепи приводит к росту силы тока, проходящего по обмоткам генератора. В итоге магнитное поле в основном сопротивляется вращению вала привода. Количество оборотов начинает понижаться, и регулятор скорости вращения подает команду на повышение мощи привода, к примеру методом подачи большего количества горючего к движку внутреннего сжигания. Число оборотов восстанавливается, и генерируется больше электроэнергии.

Трехфазная система представляет собой 3 цепи с ЭДС схожей частоты и сдвигом по фазе 120°.

Почему используют трехфазный ток

Зная, что такое трехфазный ток, можно совершенно точно ответить на вопрос, почему он применяется.

Формула мощи электронного тока

Трехфазные системы переменного тока владеют целым рядом преимуществ, которые позволяют им выделяться посреди многофазного построения электронных структур. К плюсам можно отнести последующие особенности:

• экономное транспортирование энергии на далекие расстояния без понижения характеристик;
• 3-фазные трансформаторы и кабели владеют наименьшей материалоёмкостью, в отличие от однофазовых моделей;
• возможность обеспечить сбалансированность энергосистемы;
• одновременное присутствие в установках 2-ух напряжений для работы: фазное напряжение (220 В) и линейное (380 В).

К сведению. Подключение люминесцентных ламп к различным фазам и установка их в один осветительный прибор существенно уменьшат стробоскопический эффект и приметное глазу мигание.

Неотъемлемой частью оборудования хоть какого производственного предприятия являются асинхронные движки. Для их обычной работы и развития паспортной мощи нужно 3-х фазное питание. Оно обеспечивает возможность образования вращающегося МП (магнитного поля), которое приводит в движение ротор асинхронной машины. Такие движки экономичнее, проще в изготовлении и ординарны в эксплуатации, по сопоставлению с однофазовыми либо хоть какими другими.

На электрических станциях хоть какого типа (ГЭС, АЭС, ТЭС), также других обеспечено создание электроэнергии переменного типа с помощью генераторов.

Трёхфазная линия электропередач 10 кВ

Достоинства и недочеты

Обе системы питания имеют свои плюсы и минусы, перечисленные ниже.

Как осуществляется работа генератора

Методы расчёта разных конфигураций трансформаторов

Устройство действует, превращая энергию вращения в энергию электричества. Электромашина, используя вращение МП, генерирует электронный ток. Тогда, когда проволочная обмотка (катушка) вертится в МП, силовые полосы магнитного поля пронизывают витки обмотки.

Внимание! В итоге этого процесса электроны совершают передвижение в сторону плюсового полюса магнита. При всем этом ток движется, напротив, в сторону отрицательного магнитного полюса.

Не принципиально, что крутится при механическом воздействии, обмотка либо магнитное поле, – ток будет течь, пока вращение производится.

Генераторы, вырабатывающие трехфазное напряжение, могут иметь:

• недвижные магниты и подвижный (крутящийся) якорь;
• недвижный статор и магнитные полюса, которые крутятся.

В устройствах первой конструкции появляется потребность отбора высокого тока при высочайшем напряжении. Для этого приходится использовать щётки (скользящие по контактным кольцам контакты).

2-ое строение генератора проще и поболее нужно. Тут ротор – подвижный элемент, состоит из магнитных полюсов. Статор – недвижная часть, собрана из пакета изолированных меж собой листов железа и вложенной в пазы обмотки статора.

Информация. У ротора тело собрано из сплошного железа и имеет магнитные полюса в виде наконечников. Наконечники набираются из отдельных листов. Их форма подобрана с учётом того, чтоб генерируемый ток по форме был близок к синусоиде.

Полюсные сердечники имеют катушки возбуждения. На катушки подаётся неизменный ток. Подача осуществляется через графитовые щётки на кольца контакта, находящиеся на валу.

На схемах 3-х фазный генератор отрисовывают в виде трёх обмоток, угол меж которыми равен 1200.

Существует несколько методов возбуждения генераторов, а конкретно:

• независящий – при помощи аккума;
• от возбудителя – с помощью доп генератора, закреплённого на одном валу;
• благодаря самовозбуждению – своим выпрямленным током.

Сюда же относится магнитное возбуждение, подаваемое от магнитов неизменной природы.

Трёхфазный генератор переменного тока

Схемы трехфазных цепей

Обмотки генератора либо трансформатора в трёхфазных цепях можно соединить меж собой по двум схемам:

• звезда;
• треугольник.

Соединения производятся на клеммнике (борно) агрегата либо трансформатора, куда выводятся концы обмоток.

Соединение перемычками обмоток

Присоединение нагрузки к генератору (трансформатору) можно произвести по последующим схемам:

• присоединение «звезда – звезда» с внедрением нулевого проводника;
• подключение «звезда – звезда» без использования нулевого провода;
• подсоединение «звезда – треугольник»;
• схема «треугольник – треугольник»;
• соединение «треугольник – звезда».

Внимание! Такое обилие схем вызвано тем, что личные обмотки генератора и личные обмотки нагрузки могут быть соединены по-разному. При разных типах сопряжения получаются различные соответствия меж фазными и линейными значениями.

Соединение быть может выполнено на заводе при сборке генератора, к месту подсоединения питающего кабеля уже выведены 2-ые концы обмоток. Информация о схеме соединения обмоток накладывается на прикреплённую к статору машины табличку.

На электронных движках, трансформаторах либо других потребителях также создают нужные манипуляции по переключению выводов обмоток. На картинке, приведённой ниже, красноватым маркером отмечены концы обмоток, соединённые перемычкой. Голубым маркером – фазы питания.

Соединения на борно мотора

Соединение звездой

Буквенное обозначение начала обмоток – «А», «В», «С», концов – «X», «Y», «Z». Нулевая точка маркируется как «О». У каждой обмотки есть два конца. При соединении «звезда» все три одноименных вывода обмоток (начала) соединяются меж собой в одну точку «О». К свободным концам подключается нагрузка.

Схема соединения обмоток «звездой»

Соединение треугольником

При выполнении этого присоединения на борно ставятся перемычки, включающие обмотки в последующей последовательности:

• конец «А» – с началом «В»;
• конец «В» – с началом «С»;
• конец «С» – с началом «А».

Графическое изображение катушек становится схожим на треугольник, отсюда пошло заглавие.

Когда желают использовать подключаемый асинхронный движок с наибольшим коэффициентом полезного деяния, то его обмотки соединяют в треугольник. В данном случае фазные напряжения совпадают (Uл = Uф), линейный ток будет рассчитываться по формуле:

Iл = ?3*Iф.

Подключая в качестве нагрузки движок, нужно учитывать ряд аспектов:

• достигается повышение мощи в 1,5 раза;
• увеличивается значение пускового тока, по сопоставлению с рабочим в 7 раз из-за тяжёлого пуска;
• резкое повышение нагрузки на валу электромашины будет вызывать резкое повышение тока.

Из-за всего этого есть риск появления перегрева машины, что не происходит при соединении обмоток нагрузки по схеме «звезда». Там движок не размещен к перегреванию, и его запуск осуществляется плавненько.

Включение обмоток по схеме «треугольник»

При 2-ух видах включения обмоток различают и дают определение двум видам токов: линейному и фазному. Уяснить различия просто:

• ток, протекающий через проводник, который соединяет источник с приёмником, именуется линейным;
• ток, передвигающийся по обмоткам источника либо нагрузки, именуется фазным.

Стоит направить внимание на формулы мощи при разных схемах соединения источника с нагрузкой.

Мощность тока при схеме «звезда» определяется по формуле:

P = 3*Uф*Iф*cos? = ?3*Uл*Iл*cos?,

где:

• Uф – фазное напряжение;
• Uл – линейное напряжение;
• Iф – фазный ток;
• Iл – линейный ток;
• cos? – сдвиг фаз.

Мощность тока при схеме «треугольник» рассчитывается по формуле:

P = 3* Uф* Iф*cos? = ?3*Uл*Iл*cos?.

К сведению. Уделять свое внимание на линейный и фазный токи нужно тогда, когда генератор (источник) нагружается несимметрично при подключении нагрузки.

Соединения в трёхфазной цепи

Фазное и линейное напряжение в трехфазных цепях

Последующий параметр, который просит внимательного рассмотрения, – это напряжение. Так же, как и токи, напряжение в данном случае бывает фазное и линейное. Чтоб было понятнее их отличие, идеальнее всего разглядеть графическое изображение векторов напряжений (фаз). Уже понятно, что они размещены друг к другу под углом 1200. Такой угол меж обмотками трёхфазного генератора.

асположение векторов напряжений на диаграмме

Сохраняя угол наклона вектора Ub, откладывают его (изменив символ) от точки, где завершается вектор Ua. Тогда из приобретенной векторной диаграммы видно, что вектор линейного напряжения Uл равен расстоянию меж точкой начала вектора напряжения Ua и точкой конца вектора напряжения Ub. Приметно, что вектор линейного напряжения превосходит фазное. Как большая эта разница, можно найти, пользуясь формулой:

Uл = 2*Ua*sin600.

Потому что sin600= ?3/2, то формула воспринимает вид:

Uл = ?3*Ua = 1,73*Ua.

Означает, Uл = 1,73*Uф

При практических измерениях характеристик напряжения фазное напряжение определяют, касаясь щупами тестера фазного и нулевого проводников. Линейное значение должно измеряться прикосновением щупами к двум фазным проводникам.

Подключение нагрузки к источнику в трёхфазной цепи может осуществляться, как по трём проводам, без нулевого проводника, так и с его внедрением. Всё находится в зависимости от того, какого типа нейтраль у сети. В сетях с глухозаземлённой нейтралью нулевой проводник служит для избегания перекоса по фазам. К тому же его используют в цепях защиты от пробоя изоляции на корпус оборудования. Он даёт возможность для срабатывания защитного отключения либо перегорания вставки предохранителя.

Сети с изолированной нейтралью отлично работают по трём фазным проводам. Соединения такового типа исключают одновременное внедрение и фазного, и линейного напряжения. При таковой схеме существует риск получить удар током при пробое изоляции.

Перекос фаз в трехфазной сети

Прямой угрозы в этом никакой вам нет. Есть только повсевременно отключающийся трехфазный автоматический выключатель. Почему так происходит?

В трехполюсном автоматическом выключателе, к примеру С 25 есть три однофазовых автомата. Любой из них выдерживает 25 А. Другими словами на каждую фазу приходится по 5 кВт мощи, отсюда и выходит, что присоединенная мощность к дому 15 кВт. Все три однофазовых автоматических выключателя соединены в один и имеют единый рычаг. Тут о том как правильно подобрать автоматические выключатели.

Что происходит если распределить нагрузку по фазам в личном доме в случайном порядке? Разглядим на примере: на фазе «А» подключен весь свет, на фазу «В» подключен весь 2-ой этаж розетки, а на фазу «С» нижний этаж.

На втором этаже три спальни и массивные потребители отсутствуют. Нынешние LED осветительные приборы также потребляет малость. А вот фаза «С» будет нагружена стиральной машиной, духовкой, микроволновкой, посудомоечной машиной, электрочайником и может быть еще пылесос, фен в ванне и многим чем еще.

Вы включили стиральную машину (1,7 кВт), на кухне включили разогреваться духовку (+2 кВт) и поставили в неё смачную пиццу. Тем временем необходимо малость пропылесосить (+2 кВт) вокруг стола т.к. рассыпался сахар и вскипятить чайник (+2 кВт). Итого 7,7 кВт, что полностью хватит «перекосить» трехфазный автоматический выключатель на 25 ампер.

Из-за общего рычага воздействия перегруженная фаза вышибет весь автомат. В конечном итоге заместо способности использования 15 кВт у вас остается только 5 кВт. Кстати о том какой счётчик будет для вас прибыльнее иметь однотарифный и двухтарифный тут.

Как высчитать нагрузку?

Для того чтоб правильно распределить нагрузку по фазам в пригородном доме нужно составить перечень особо массивных потребителей и хоть незначительно представить какие из них сразу употребляются.

Для того чтоб было мало проще ориентироваться вот список более массивных потребителей на, которые стоит ориентироваться при рассредотачивании нагрузки по фазам:

1. Варочная поверхность 7 кВт;
2. Духовой шкаф либо духовка потребляет 2,5 кВт мощи;
3. Стиральная машина — 1,7 кВт;
4. Посудомоечная машина — 1,7 кВт;
5. Электронный чайник — 2 кВт;
6. Микроволновая печь — 1 кВт;
7. Пылесос — 2 кВт;
8. Утюг — 2 кВт;
9. Бойлер накопительный — 2 кВт;
10. Сплит-система — 1 кВт.

Отличия от однофазового тока

Обычно, в многоквартирные дома подводится трехфазный переменный ток. Это обосновано подключением огромного числа однофазовых нагрузок. В данном случае есть возможность умеренно нагрузить каждую фазу цепи трансформаторной подстанции. Это дозволит не допустить перекоса межфазного и фазного напряжений.

Главные различия, по сопоставлению с однофазовым током, лежат в последующей плоскости:

• линейное напряжение не рассчитано на питание однофазовых потребителей;
• величина мощи нагрузки находится в зависимости от сечения питающего кабеля;
• возможность включения в сеть трёхфазных потребителей;
• допустимость переключения однофазового потребителя на другую фазу.

В связи с этим внедрение трёхфазного тока более отлично на производстве.

Рассредотачивание электроэнергии

Принципиально! Цена оборудования, кабельной продукции, электроэнергии, устройств учёта при подведении к объекту напряжения, равного 380 В, существенно выше, чем однофазовой сети.

Какой вариант тока выбрать, трёхфазный либо однофазовый, решать обладателю жилища. В особенности это касается огромных личных домов, где современное электрическое оборудование просит наличия всех трёх фаз. Издержки на подведение 3-х фазного тока и установку узла учёта с лихвой окупятся способностями использования трёхфазных потребителей в приусадебном хозяйстве.

Схема включения трёхфазного электродвигателя на 220В

Трёхфазные моторы предназначаются для подключения к сети, имеющей также три выхода фаз. При работе от однофазового питания, выдаваемая агрегатом мощность будет на 30% ниже установленной. Не считая того, далековато не каждый трёхфазник подходит для однофазовой цепи. Имеются также и различия в схемах включения таких электромоторов в 220-вольтную сеть. Но в быту далековато не всегда имеется возможность запитать мотор от трёхфазной проводки. Конкретно к жилым домам и в квартиры, согласно эталонам СНиП, обычно не подводится 380В.

Электродвигатели с возможностью подключения и к двум типам электронной цепи, имеют разные технические свойства, касающиеся рабочего напряжения. От этого зависит схема их подключения к 220В, и характеристики утраты рабочих мощностей. Установить, как подключить определённый тип мотора, можно по обозначению на шильдике корпуса:

В последнем случае, при подключении трёхфазного мотора к однофазовой цепи утрата составит 2/3 от установленной мощи. Потому, моторы, с обозначением 380/660 запитывать от 220 вольт, хотя и может быть, но полностью нецелесообразно. Для подключения мотора к однофазовой цепи употребляются два варианта:

1. При помощи преобразователя частот. Данный устройство способен преобразовывать одну фазу, имеющуюся в сети 220-вольтовой сети, в три фазы с таким же напряжением. Но, вследствие высочайшей цены преобразователя, в быту таковой вариант употребляется изредка.
2. Средством конденсатора. Таковой способ более распространён из-за собственной простоты и доступности. Конкретно его подробнее разглядим дальше.

Подключение трёхфазного электродвигателя востребует использования конденсаторов для переменного тока. Без них электричество от одной фазы будет проходить по обмоткам, но вращения ротора не происходит. Чтоб сделать смещение фазы, получить вращающий момент магнитного поля, к одной из обмоток подключаются конденсаторы. Принципиальный момент – использовать конденсаторы неизменного тока для переменной сети нельзя, из-за высочайшей вероятности их взрыва в процессе работы.

Всего в схеме находятся два их типа: С1 – пусковой, и С2 – рабочий. Номинальное напряжение у каждого из них должно быть более 300В. В эталоне, лучше взять устройства с ещё огромным показателем – выше 350В. В продаже можно повстречать конденсаторы, специально предназначаемые для пуска электродвигателя. Они имеют соответственное обозначение, и использовать их как рабочие запрещено. Мало нужная ёмкость конденсаторов находится в зависимости от мощи электродвигателя, и показана в таблице в микрофарадах:

Сама схема подключения трёхфазных электродвигателей с внедрением конденсаторов, как в варианте «звезды», так и «треугольника», будет смотреться очень просто:

Для управления пусковым конденсатором, созданного для страгивания с места и разгона 3-х фазного мотора, используют выключатель. На схеме, представленной выше, он обозначен словом «Разгон». После набора мотором нужных оборотов и выхода его на рабочий режим, кнопка управления отключается. При наличии достаточных способностей в воззвании с электротехникой, ручное управление можно поменять на автоматическое реле, либо на таймер отключения.

Источник: vsamodelino.ru