Что такое чередование фаз и фазировка. Трехфазные электрические цепи - история, устройство, особенности расчета напряжения, тока и мощности Как определить номер фазы в трехфазной сети

9.1. Общие понятия и определения

Фазировка заключается в проверке совпадения по фазе напряжения каждой из трех фаз включаемой электроустановки с соответствующими фазами напряжения сети, и включает в себя следующие операции:

проверка и сравнение порядка следования фаз включаемой электроустановки и сети;

проверка совпадения по фазе одноименных напряжений, отсутствие между ними углового сдвига;

проверка одноименности (расцветки) фаз, соединение которых предполагается выполнить. Целью этой операции является проверка правильности соединения между собой всех элементов электроустановки, то есть правильности подвода токопроводящих частей к включающему аппарату.

Фаза - проводник, пучок проводов, ввод, обмотка или иной элемент многофазной системы переменного тока, являющийся токоведущим при нормальном режиме работы (ГОСТ 24291-90).

Трехфазная система представляет собой совокупность трех симметричных напряжений, амплитуды которых равны по значению и сдвинуты по фазе на один и тот же угол.

Под фазой трехфазной системы понимают также отдельный участок трехфазной цепи, по которому проходит один и тот же ток, сдвинутый относительно двух других по фазе. Исходя из этого, фазой называют обмотку генератора, трансформатора, электродвигателя, провод трехфазной линии, чтобы подчеркнуть принадлежность их к определенному участку трехфазной цепи.

Элементы оборудования, принадлежащие фазе А, окрашивают в желтый цвет, фазы В - в зеленый и фазы С - в красный.

Трехфазные системы напряжений и токов могут отличаться друг от друга порядком следования фаз.

Если фазы следуют друг за другом в порядке А, В, С, это называется прямым порядком следования фаз. Если фазы следуют друг за другом в порядке А, С, В, это называется обратным порядком фаз.

В случаях несовпадения порядка следования фаз или порядка чередования фаз электроустановки и сети при включении выключателя происходит КЗ.

Возможен лишь единственный вариант, при котором возникновение КЗ исключено: когда совпадают и то, и другое.

Под совпадением фаз при фазировке понимают именно этот вариант, когда на вводы выключателя, попарно принадлежащие одной фазе, поданы одноименные напряжения, а обозначения (расцветка) вводов выключателя согласованы с обозначением фаз напряжений.

Фазировка может быть предварительной, выполняемой в процессе монтажа и ремонта оборудования, и при вводе его в работу, производимая непосредственно перед первым включением в работу нового или вышедшего из ремонта оборудования, если при ремонте фазы могли быть переставлены местами.

Предварительной фазировкой проверяется чередование фаз соединяемых между собой элементов оборудования. Произвольное соединение токоведущих жил может нарушить порядок чередования фаз, что приведет к необходимости менять местами жилы у концевых муфт или изменять монтаж шин в ячейке РУ. Такие операции не только нежелательны, но и зачастую невыполнимы. Поэтому перед соединением жил предварительно проверяют их фазировку.

Предварительная фазировка производится на оборудовании, не находящемся под напряжением. Основные виды оборудования фазируются визуально, «прозвонкой», при помощи мегаомметра или импульсного искателя.

Независимо от предварительной фазировки она обязательно проводится при вводе электрооборудования в эксплуатацию. Причем фазировка при вводе в работу электрооборудования производится только электрическими методами.

9.2. Методы и порядок выполнения фазировки

Различают прямые и косвенные методы фазировки оборудования при вводе его в работу.

Прямыми называются такие методы фазировки, при которых она производится на вводах оборудования, находящегося непосредственно под рабочим напряжением. Такие методы широко применяют в установках напряжением до 110 кВ.

Косвенными называются такие методы фазировки, при которых она производится не на рабочем напряжении установки, а на вторичном напряжении ТН, присоединенных к фазируемым частям установки. Такие методы фазировки менее наглядны, чем прямые, но их применение не ограничивается классом напряжения установки.

Из прямых методов фазировки наибольший практический интерес представляют методы фазировки трансформаторов и ЛЭП.

На практике широко применяется прямой метод фазировки трансформатора с обмотками НН до 380 В без установки перемычки между зажимами.

Этим методом фазируют силовые трансформаторы, вторичные обмотки которых соединены в звезду с выведенной нулевой точкой, а также измерительные ТН, имеющие вторичные обмотки с заземленной нейтралью.

Фазировку производят вольтметром со стороны обмотки НН, который должен быть рассчитан на двойное фазное напряжение, поскольку возможно появление такого напряжения между зажимами фазируемых трансформаторов.

Перед началом фазировки следует проверить:

заземлены ли или присоединены к общему нулевому проводу нулевые точки вторичных обмоток;

симметричность напряжений трансформаторов;

если значения измеренных напряжений значительно отличаются друг от друга, проверяется положение переключателей ответвлений обоих трансформаторов. Переключением ответвлений уменьшают разницу напряжений до допустимого значения 10 %.

Сущность фазировки заключается в отыскании выводов, между которыми разность напряжений близка к нулю. Для этого провод от вольтметра присоединяют к одному выводу первого трансформатора, а другим выводом поочередно касаются трех выводов второго трансформатора. Дальнейшие действия зависят от полученных результатов. Если при одном измерении, например, между выводами а1 - а2 показание вольтметра будет близким к нулю, то эти выводы отмечают и вольтметр присоединяют ко второму выводу, например, b1 первого трансформатора и измеряют напряжение между выводами b1 - b2; b1 - c2. Если одно из показаний вольтметра, например, между выводами b1 - b2 опять окажется близким к нулю, то фазировка закончена. Необходимости в измерении напряжения между выводами с1 - с2 нет, поскольку при двух предыдущих нулевых показаниях вольтметра напряжение между третьей парой фаз должно быть также близким к нулю.

Если после измерения напряжений а1 - а2; а1 - b2; а1 - с2; b1 - a2; b1 - b2; b1 - c2 ни одно из показаний вольтметра не было близким к нулю, то фазируемые трансформаторы принадлежат к разным группам соединений и их включение на параллельную работу недопустимо.

При фазировке КЛ и ВЛ 6-10 кВ пользуются индикаторами. На рис. 9.1 показана последовательность операций при фазировке линий 10 кВ индикатором типа УВНФ.

Для проверки исправности индикатора щупом трубки, содержащей резистор, касаются заземления, а щуп другой трубки подносят к одному из зажимов аппарата, находящегося под напряжением (рис. 9.1, а); при этом должна загореться неоновая лампа. Затем щупами обеих трубок касаются одной токопроводящей части (рис. 9.1, б). При этом лампа индикатора гореть не должна. Проверяется напряжение на всех шести выводах коммутационного аппарата (рис. 9.1, в). Такая проверка производится для того, чтобы исключить ошибку при фазировке линии, имеющей обрыв. Абсолютные значения напряжения между фазой и землей роли не играют, так как при фазировке присоединение индикатора будет производиться или на линейное напряжение (несовпадение фаз), или на малую разность напряжений между одноименными фазами (совпадение фаз). Поэтому о наличии напряжения на каждой фазе судят по свечению лампы индикатора.

Процесс собственно фазировки состоит в том, что щупом одной трубки индикатора касаются любого крайнего вывода аппарата, например, фазы С, а щупом другой трубки - поочередно трех выводов со стороны фазируемой линии (рис. 9.1, г). В двух случаях касаний (С - A1 и С - В1) лампа ярко загорается, а в третьем (С - С1) гореть не будет, что укажет на одноименность фаз.

После определения первой пары одноименных выводов щупами поочередно касаются других пар, например, А - A1 и А - В1. Отсутствие свечения лампы индикатора в одном касании укажет на одноименность следующей пары выводов. Совпадение фаз третьей пары выводов В - В1 проверяют лишь для контроля - фазы должны совпасть.

Одноименные фазы соединяют на параллельную работу. Если одноименные пары у разъединителей или выключателей не находятся друг против друга, установка отключается и шины пересоединяются в том порядке, который необходим для совпадения фаз.

Прежде чем приступить к фазировке, следует убедиться в выполнении требований безопасности по подготовке рабочего места и соблюдать специальные требования по работе с измерительными штангами на оборудовании, находящемся под напряжением.

Работы с индикатором напряжения необходимо производить только в диэлектрических перчатках. При фазировке нельзя приближать соединительный провод к заземленным частям. Фазировку нельзя производить во время дождя, снегопада и при тумане, так как изолирующие части индикатора напряжения могут увлажниться и будут перекрыты.

Косвенным методом обычно фазируют трансформаторы и линии всех классов напряжения, чаще всего при двойной системе шин.

В РУ, где обе системы шин находятся в работе, для выполнения фазировки освобождают одну систему шин, выводя ее в резерв.

При включенном шиносоединительном выключателе вольтметром проверяют совпадение фаз вторичных напряжений ТН рабочей и резервной систем шин. Затем отключают шиносоединительный выключатель и снимают с его привода оперативный ток. На резервную систему шин включают цепь, для которой следует произвести фазировку. По фазируемой цепи с противоположного конца подают напряжение и производят фазировку на выводах вторичных цепей ТН рабочей и резервной систем шин.

Для трехобмоточных трансформаторов фазировку выполняют в два приема: со стороны обмотки НН и со стороны СН.

Сначала трансформатор включают на резервную систему шин НН и подают на него напряжение со стороны ВН. Фазировку выполняют на зажимах ТН, принадлежащих шинам НН. При совпадении фаз трансформатор отключают со стороны НН, включают на резервную систему шин СН и выполняют фазировку на этом напряжении.

После получения положительных результатов в обоих случаях фазировки трансформатор считается сфазированным и его включают в работу.

При фазировке шинных трансформаторов необходимо учитывать схему заземления вторичных обмоток ТН, так как заземленной может быть как нейтраль, так и одна фаза.

В первом случае для фазировки можно применять вольтметр со шкалой на двойное фазное напряжение, во втором - на двойное линейное напряжение. Кроме того, фазировку ТН, у которых заземлена фаза вторичных обмоток, выполняют при помощи фазоуказателя, что допустимо, так как фазы фазируемых напряжений жестко соединены и требуется установить лишь совпадение напряжения одноименных фаз, а также любой другой фазы. Если они не совпадают, диск фазоуказателя при подаче на его выводы напряжения от первого ТН будет вращаться в одном направлении, а при подаче напряжения от второго ТН - в другом.

На практике имеют место случаи, когда фазируемые электроустановки имеют разные порядки следования фаз.

Например, необходимо провести фазировку и включить на параллельную работу две электроустановки, в одной из которых прямой, а в другой - обратный порядок следования фаз. Их соединяет ЛЭП. Для включения двух электроустановок на параллельную работу необходимо, чтобы одна из них по отношению к другой имела один и тот же порядок следования фаз - только в этом случае возможна их синхронизация.

Для того чтобы порядки следования фаз электроустановок совпали, то есть чтобы обратный порядок следования фаз одной электроустановки по отношению к другой стал прямым, на ЛЭП изменяют порядок чередования фаз. Это может быть осуществлено перемещением на линии проводов фаз на одной опоре, то есть изменением их чередования в пространстве.

Таким образом, изменением порядка чередования фаз на линии изменяется порядок следования фаз векторов напряжений одной электроустановки по отношению к другой, хотя абсолютные порядки следования фаз векторов напряжений электроустановок остаются прежними. В этом заключается взаимозависимость понятий порядка следования и чередования фаз.

Большинство трехфазных электродвигателей и других устройств учитывают такой параметр, как чередование фаз. На практике, несоответствие данного параметра изначальным настройкам может привести к различным аварийным ситуациям, некорректной работе электрических приборов и к травмированию персонала.

Что такое чередование фаз?

Под чередованием фаз следует понимать последовательность, в которой напряжение нарастает в каждой из них. Во всех трехфазных цепях напряжение представляет собой синусоидальную кривую. В каждой линии напряжение отличается на 120º от остальных.

Как видите, на рисунке 1, там где а) – показаны кривые напряжения во всех фазных проводах, смещенные на 120º. На соседнем рисунке б) изображена векторная диаграмма этих напряжений, На обоих рисунках показана разница между фазным и .

Если взять за основу, что из нулевой точки на рисунке а) выходит U­ A , то эта фаза является первой, на диаграмме б) наглядно стрелками показано, что очередность нарастания напряжения переходит от U­ A к U­ B , а за ним к U­ C . Это означает, что фазы чередуются в порядке A, B, C. Такой порядок чередования считается прямым.

Прямое и обратное чередование фаз

В трехфазной сети порядок чередования фаз может отличаться в зависимости от способов подключения к силовым трансформаторам на подстанциях, от последовательности включения обмоток генератора, из-за несоответствия выводов кабеля и по прочим причинам.

Обратите внимание, цветовая маркировка определяет последовательность в соответствии их очередностью в алфавите по первым буквам цвета:

• Желтый – первый;
• Зеленый – второй;
• Красный – третий.

На рисунке 2 изображен классический вариант прямой последовательности A – B – C (где A имеет желтый цвет и является первой, B – зеленый и является второй, а C – красный и является третей) и классический вариант обратной последовательности C – B – A. Но, помимо них на практике могут встречаться и другие варианты, прямого: B – C – A, C – A – B, и обратного чередования: A – C – B, B – A – C. Соответственно, в каждом из приведенных примеров чередование фаз будет начинаться с первой.

Зачем нужно учитывать порядок фаз?

Последовательность чередования играет значительную роль в таких ситуациях:

• При параллельном включении в работу – ряд устройств (трансформаторы, генераторы и прочие электрические машины), могут соединяться в параллельную работу для повышения надежности системы или для обеспечения большего резерва мощности. Но, в случае неправильного подключения из-за соединения разноименных фаз произойдет .
• При подключении трехфазного счетчика – так как его работа основана на совпадении фаз с соответствующими выводами прибора, то при нарушении правильности подключения может произойти сбой и самопроизвольное движение в отсутствии какой-либо нагрузки. Из-за чего такое подключение электросчетчика приведет к необходимости оплаты потребителем киловатт, которые он не расходовал.
• При включении двигателя – следование фаз в сети определяет для электрической машины и направление вращения двигателя. В случае отсутствия правильной фазировки изменится и направление движения элементов, механически соединенных с ротором. Из-за чего может произойти нарушение технологического процесса или возникнуть угроза жизни персонала.

С целью предотвращения и других несовпадений, на практике выполняют проверку чередования и устанавливают защиту.

Как выполнить проверку?

Проверка может производиться несколькими способами. Целесообразность выбора того или другого варианта осуществляется в зависимости от параметров электрической сети и задач, которые необходимо решить. Так чередование можно узнать при помощи фазоуказателя, мегаомметра, мультиметра или по расцветке изоляции кабеля. Рассмотрите каждый из вариантов более подробно.

С помощью фазоуказателя

По принципу действия, фазоуказатель можно сравнить с обычным асинхронным двигателем. Рассмотрим в качестве примера наиболее распространенную модель фазоуказателя – ФУ-2 .

Как видите на рисунке 3, у указателя последовательности фаз присутствуют три обмотки, которые подсоединяются к одноименным фазам в сети или устройстве. Между обмотками находится вращающийся ротор Р, который приводит в движение диск фазоуказателя Д.

На практике, после подсоединения к зажимам фазоуказателя соответствующих проводов, работник нажимает кнопку К, которая замыкает цепь обмоток. В зависимости от порядка чередования фаз, диск Д начнет вращаться по часовой или против часовой стрелки.

На самом приборе имеется стрелка, показывающая прямое чередование. Если при нажатии кнопки диск вращается в том же направлении, что и показано стрелкой, то эта трехфазная нагрузка имеет прямое чередование. Если диск начнет крутиться в противоположную от стрелки сторону, то чередование фаз обратное. Следует отметить, что этот прибор не способен определить, какая фаза на каком проводе находится, он может определить лишь порядок их чередования.

С помощью мегаомметра

Как один из способов прозвонки жил широко используется прибор для измерения сопротивления – мегаомметр.

Посмотрите на рисунок 4, для реализации такой схемы, вам понадобится отключить кабель от сети и от потребителя. При этом, с одного конца кабеля фазы поочередно соединяются с землей З, как и металлическая оболочка у бронированных кабелей. С другой стороны присоединяется мегаомметр М, один из зажимов которого заземляется, а второй поочередно подводится к каждой из фаз. На той, где мегаомметр покажет нулевое сопротивление, и будет одним проводом.

На концах одноименного провода устанавливается соответствующая маркировка. Недостатком такого способа прозвонки является большой объем трудозатрат. Так как каждая жила заземляется поочередно, после чего выполняется проверка. При этом на обоих концах кабеля должны устанавливаться ответственные сотрудники. Между ними должна обеспечиваться связь, для согласования действий и предупреждения подачи напряжения на работников.

По расцветке изоляции жил

Если в каком-либо устройстве имеется подключение разноцветными жилами, то фазировку оборудования можно выполнять по цветам. Для определения нахождения одноименных напряжений тех или иных фаз необходимо добраться до каждой жилы кабеля. Если на каждом проводе присутствует изоляция разных цветов, то сравнив их с местом присоединения к трансформатору или распедустройству, можно определить, где какая фаза находится.

Недостатком такого метода следует отметить ложную цветовую маркировку, так как производитель кабеля не всегда обеспечивает один и тот же цвет для каждой жилы на всей протяженности провода. Поэтому предварительно его все равно рекомендуется прозванивать и маркировать.

При помощи мультиметра

Для этого метода используется обычный мультиметр. Он наиболее актуален в тех ситуациях, когда необходимо включить в параллельную работу два смежных устройства и их шины расположены поблизости.

Необходимо выполнить сравнение фазных напряжений в соседних линиях, на рисунке 5 приведен пример для фаз А и А1. Коммутационная аппаратура при этом должна быть разомкнута. Перед тем как пользоваться мультиметром, на нем выставляется класс напряжения, для линии, на которой будет производиться замер. Щупы подводятся к выводам фаз, при этом их изоляция должна обеспечивать защиту от напряжения, а на руки надеваются диэлектрические перчатки.

Если при подключении щупов к выводам A – A1 стрелка останется на нулевой отметке, то это значит, что фазы одинаковые. Если стрелка отклонится на величину линейного напряжения, вы меряете разноименные фазы.

Защита от нарушения порядка чередования

Для защиты электрического оборудования от неправильного чередования на практике применяется . Это реле настроено на работу двигателя или другого устройства в его прямом включении. Если из-за каких-то неполадок или неправильного подключения чередование нарушается, то трехфазное реле сразу отключит устройство. Его работа основана на анализе трехфазных токов и напряжений и последующем контроле этих параметров.

Подключение может выполняться через трансформаторы тока или напрямую, в зависимости от модели и класса напряжения в сети. Такая защита нашла широкое применение при подключении счетчиков индукционного типа, электрических машин и другого высокоточного оборудования.

Тематическое видео

Большинство генераторов переменного тока, а также линий, передающих электроэнергию, используют трехфазные системы. Передача тока осуществляется по трем линиям (или четырем) вместо двух. Трехфазный ток представляет собой систему переменного электротока, где значения токов и напряжений меняются по синусоидальному закону. Частота синусоидальных колебаний тока в России и Европе – 50 Гц.

Почему используют трехфазный ток

Транспортировка электроэнергии от электростанций до отдаленных точек предполагает использование очень длинных проводов и кабелей, имеющих большое сопротивление. Это означает, что часть энергии будет потеряна, рассеиваясь в виде тепла. Уменьшив токи, передаваемые по ЛЭП, можно значительно снизить потери.

Наиболее распространенной формой производства электроэнергии является трехфазная генерация. В промышленности трехфазный переменный ток часто применяется для работы электродвигателей.

Преимущества трехфазной системы:

1. Возможность наличия фазного и линейного напряжений в трехфазных цепях двух разных значений: высокое – для мощных потребителей, низкое – для остальных;
2. Сниженные потери при транспортировке энергии, следовательно, использование более дешевых проводов и кабелей;
3. Трехфазные машины имеют более стабильный крутящий момент, чем однофазные (выше производительность);
4. Лучшая производительность в трехфазных генераторах;
5. В некоторых случаях постоянный ток должен получаться из переменного. При этом использование 3 фазного тока является существенным преимуществом, так как пульсация выпрямляемого напряжения значительно ниже.

Что такое трехфазный ток

Трехфазная система переменного тока – это три синусоидальных токовых сигнала, различия между которыми составляют треть цикла или 120 электрических градусов (полный цикл – 360°). Они проходят свои максимумы в регулярном порядке, называемом фазовой последовательностью. Синусоидальное напряжение пропорционально косинусу или синусу фазы.

Три фазы поставляются обычно по трем (или четырем) проводам, а фазные и линейные напряжения в трехфазных цепях представляют собой разности потенциалов между парами проводников. Фазные токи являются токовыми величинами в каждом проводнике.

Схемы трехфазных цепей

В схемной конфигурации «звезда» имеется три фазных провода. Если нулевые точки системы питания и приемника соединены, то получается четырехпроводная «звезда».

В схеме различаются межфазное напряжение, находящееся между проводниками фазы (его еще именуют линейным), и фазное – между отдельными проводниками фазы и N-проводником.

Что такое фазное напряжение, наиболее наглядно определяется с помощью построения векторов – это три симметричных вектора U(А), U(В) и U(С). Здесь же видно, что такое линейное напряжение:

• U(АВ) = U(А) – U(В);
• U(ВС) = U(В) – U(С);
• U(СА) = U(С) – U(А).

Важно! Векторные построения дают представления о сдвиге между согласующимися фазным и межфазным напряжением – 30°.

Следовательно, линейное напряжение для звездной схемы с равномерными нагрузками можно рассчитать так:

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

Аналогично находятся другие показатели фазного напряжения.

Линейное и фазное напряжение, если суммировать векторные величины всех фаз, равны нулю:

• U(А) + U(В) + U(С) = 0;
• U(АВ) + U(ВС) + U(СА) = 0.

Если к «звезде» подсоединяется электроприемник с сопротивлением, идентичным в каждой фазе:

то можно произвести расчет линейного и фазного токов:

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

Применительно для общих случаев «звездной» системы линейные токовые величины идентичны фазовым.

Обычно предполагается, что источник, питающий электроприемники, симметричен, и только импеданс определяет работу схемы.

Поскольку суммирующий токовый показатель соответствует нулю (закон Кирхгофа), то в случае четырехпроводной системы в нейтральном проводнике ток не течет. Система будет вести себя одинаково, независимо, существует нейтральный проводник или нет.

Для активной мощности трехфазного приемника справедлива формула:

P = √3 x Uф I x cos φ.

Реактивная мощность:

Q = √3 x Uф I x sin φ.

«Y» при асимметричной нагрузке

Это такая схемная конфигурация, где токовая величина одной фазы отличается от другой, либо различны фазовые сдвиги токов по сравнению с напряжениями. Межфазовые напряжения будут оставаться симметричными. По векторным построениям определяется появление сдвига нулевой точки от центра треугольника. Результатом является асимметрия фазных величин напряжений и появление Uo:

Uo = 1/3 (U(А) + U(В) + U(С)).

Несмотря на асимметричную нагрузку, суммирующий токовый показатель нулевой.

Важно! Работа схемы с асимметричной нагрузкой зависит от того, есть или нет N-проводник.

Иначе ведет себя схема, когда подключен N-проводник с незначительным полным сопротивлением Zo = 0. Нулевые точки ИП и электроприемника оказываются гальванически связанными и имеют одинаковый потенциал. Фазное напряжение разных фаз приобретает идентичное значение, а токовая величина в N -проводнике:

Io = I(А) + I(В) + I(С).

При передаче мощности принято использовать трехпроводные системы на уровнях высокого и среднего напряжения. На низком уровне напряжения, где трудно избежать несбалансированных нагрузок, применяются четырехпроводные системы.

Схема «Δ»

Подключая конец каждой фазы электроприемника к началу следующей, можно получить трехфазный ток с последовательно подсоединенными фазами. Полученная схемная конфигурация называется «треугольником». В таком виде она может работать только как трехпроводная.

С помощью векторных построений, понятных даже для чайников, иллюстрируются фазные и линейные напряжения и токи. Каждая фаза электроприемника оказывается подключенной на линейное напряжение между двумя проводниками. Линейное и фазное напряжение идентичны на приемнике электроэнергии.

Межфазовые токи для «треугольника» – I(А), I(В), I(С). Фазные – I(АВ), IВС), I(СА).

Линейные токи находятся из векторных построений:

• I(А) = I(АВ) – I(СА);
• I(В) = I(ВС) – I(АВ);
• I(С) = I(СА) – I(ВС).

Суммирующая токовая величина в симметричной системе соответствует нулю. Среднеквадратичные величины фазных токов:

I(АВ) = I(ВС) = I(СА) = U/Z.

Поскольку фазовый сдвиг между U и I равен 30°, линейный ток в данной конфигурации будет равен:

I(А) = I(АВ) – I(СА) = 2 x I(АВ) x cos 30° = 2 x Iф x √3/2 = √3 x Iф.

Важно! Эффективная величина линейного тока превышает в √3 раз эффективную величину тока фазы.

Трехфазный и однофазный ток

Схемная конфигурация «Y» дает возможность использовать два разных напряжения при питании потребителей бытовой и промышленной сети: 220 В и 380 В. 220 В получается с использованием двух проводников. Один из них –фазный, другой – N-проводник. Напряжение между ними соответствует фазному. Если взять 2 проводника, оба представляющие собой фазы, то напряжение между фазами носит название линейного и равно 380 В. Для подключения используются все 3 фазы.

Основные различия однофазной и трехфазной систем:

1. Однофазный ток предполагает питание через один проводник, трехфазный – через три;
2. Для завершения цепи однофазного питания требуется 2 проводника: еще один нейтральный, для трехфазного – 4 (плюс нейтральный);
3. Наибольшая мощность передается по трем фазам, в отличие от однофазной системы;
4. Однофазная сеть более простая;
5. При неисправности фазного провода в однофазной сети питание полностью пропадает, в трехфазной – подается по двум оставшимся фазам.

Интересно. Никола Тесла, первооткрыватель многофазных токов и изобретатель асинхронного двигателя, использовал двухфазный ток с разностью фаз 90°.Такая система пригодна для создания вращающегося магнитного поля больше, чем однофазная, но меньше, чем трехфазная. Двухфазная система поначалу получила распространение в США, но затем полностью исчезла из употребления.

Сегодня почти все электроснабжение основано на низкочастотном трехфазном токе при параллельном использовании индивидуальных фаз. Практически все электростанции имеют генераторы, производящие трехфазный ток. Трансформаторы могут работать с трехфазным или однофазным током. Наличие реактивной мощности в подобных сетях требует установки компенсирующего оборудования.

Видео

Нередко при обслуживании электрооборудований необходимо проводить проверку чередования фаз и производить фазировку. Таким чаще всего пользуются при согласовании работы трансформаторов. В нашей статье мы опишем чередование фаз в 3-х фазной сети, необходимые инструменты и способы правильной фазировки.

Вводная история

Представим себе монтаж двух масляных трансформаторов. Электрики провели успешные пусконаладочные работы трансформаторов, вводных выключателей, шин и секционных разделителей. Но, когда попытались запустить трансформаторы параллельно, произошло короткое замыкание. Электромонтеры говорили, что произвели проверку чередования фаз, и все было в порядке. Но фазировку видимо никто не учел, что привело к такой ошибке. Давайте детально рассмотрим суть проблемы данного случая.

Что такое чередование фаз

Трехфазная сеть имеет три фазы, обозначаемые А, В и С. Если вспомнить физику, то это означает, что синусоиды фаз на 120˚ смещены друг от друга. Всего существует шесть типов порядков чередования, которые в свою очередь можно разделить на две группы – прямые и обратные. Прямые чередования выглядят как АВС, ВСА и САВ, а обратные – СВА, ВАС и АСВ. Для проверки чередования фаз используют прибор – фазоуказатель.

Что необходимо для проверки фаз

Фазоуказатель (см. рисунок ниже) состоит из трех обмоток и диска, который при проверке будет вращаться. Чтобы удобно было распознавать результат, на диске нанесены черно-белые метки. ФУ работает так же, как и асинхронный двигатель.

Если мы подключим три провода на выводы, то увидим, что диск начнет вращаться. Если он крутится по часовой стрелке, это означает прямое чередование фаз (АВС, ВСА или САВ).Если диск крутится против часовой стрелки, то это означает обратное чередование(СВА, ВАС или АСВ).

Вернемся к нашей истории с электромонтажниками, они проверили чередование фаз, которое в одном и другом случае совпало. Фазировку было выполнить необходимо, а тут не обойтись без фазоуказателя (ФУ). Электромонтажники соединили разноименные фазы при запуске, а для того, чтобы узнать где именно А, В и С надо было использовать мультиметр или осциллограф.

Прибор мультиметр измеряет напряжение между фазами разных источников питания, достижение отметки ноль означает, что фазы одноименные. В противоположном случае, линейное напряжение будет означать, что фазы разноименные. Такой способ самый быстрый и простой, но можно также использовать осциллограф, который будет показывать какая фаза отстает от другой на 120˚.

В каких случаях учитывают порядок

Проверка чередования фаз необходима при использовании трехфазных электродвигателей переменного тока. От порядка фаз зависит направление вращения двигателя, это очень важное условие, особенно когда несколько механизмов используют двигатели.

Еще один случай, когда необходимо обратить внимание на чередование фаз, это при работе с электросчетчиком индукционного типа СА4. При обратном порядке иногда случается самопроизвольное вращение диска на счетчике. Современные счетчики не настолько чувствительны к чередованию фаз, но у них на индикаторе тоже появится соответствующие данные.

Иногда контроль фазировки можно выполнить и без специальных приборов. Это если подключение трехфазной сети питания выполняется с помощью который можно в компании Югтелекабель. Если жилы внутри кабеля отличаются по цветам, то прозвонка осуществляется гораздо быстрее. Иногда просто нужно снять наружную изоляцию кабеля, чтобы понять, где какая фаза находится (А, В или С). Если на обоих концах жилы одинакового цвета, то они одинаковые.

Не всегда стоит полагаться на цветовую маркировку, не все производители придерживаются таких тенденций, иногда на разных концах кабеля можно встретить разные цвета. Поэтому лучше воспользоваться прозвонкой жил.

Для расчета токов должна быть задана схема цепи, значение и тип сопротивлений, напряжение источника энергии. Расчеты обычно проводят для комплексных значений.

Симметричная нагрузка в схеме соединением «звезда – звезда» с нулевым проводом представлена на рис. 4.8.

Если нулевой провод в схеме симметричного приемника (
) обладает весьма малым сопротивлением (Z 0 = 0), то потенциал точки О / практически равен потенциалу точки О, и точки сливаются в одну. В схеме образуются три обособленных контура, комплексные значения токов в каждом из которых определяются как в однофазной цепи
;
;

где Ė А, Ė В, Ė С – фазные напряжения на зажимах генератора.

По первому закону Кирхгофа ток в нулевом проводе 4-х проводной системы равен геометрической сумме фазных токов
.

В общем случае комплексное напряжение между нулевыми точками 0 – 0` при наличии нейтрального провода

.

При равномерной симметричной нагрузке ток I 0 =0, и нулевой провод может быть изъят из схемы без изменения ее режима работы. Для 3-х проводной системы, т.е. не содержащей нейтральный провод (Z N = ∞) слагаемое 1/ Z N в знаменателе будет отсутствовать.

При определении напряжения фаз приемника если не учитывать сопротивления источника, то
можно заменить на

Переходя к действующим значениям величин в случае, когда нагрузки во всех фазах равны и имеют активный характер ,

где
− значение линейного напряжения, токи соответственно принимают значения
,
,
.

Общая мощность трехфазной цепи с активной нагрузкой равна

.

4.4. Несимметричная нагрузка при соединении звездой

При несимметричной нагрузке и отсутствии нулевого провода между нулевыми точками генератора О и приемника О / появляется напряжение , в результате чего фазные напряжения приемника оказываются различными. Расчетные соотношение
между фазными и линейными напряжениями при этом нарушается. Для определения напряжения между нулевыми точками, а также фазных напряжений приемника предположим, что в электрической цепи имеется нейтральный (нулевой) провод, сопротивление которого
. Тогда напряжение между нулевыми точками источника и приемника

,

где g A , g B , g C , g N – проводимости фазных и нулевого проводов,

т

Рис. 3. 9. 3.10.

На рис. 4.9. приведена векторная диаграмма без нейтрального провода, на которой ,
,− векторы фазных напряжений источника, а
,
,
− векторы линейных напряжений источника, а также линейных напряжений приемника. Для построения вектора напряжения и векторов фазных напряжений приемника
,
,используем их значения, полученные выше.

Связь между фазными и линейными векторами
,
,и
,
,
, определяем выражениями
,
,
.

Векторная диаграмма построена для активной несимметричной нагрузки фаз (
).

При изменении величины фазных активных сопротивлений напряжение
может изменяться в широких пределах. В соответствии с этим точкаN на диаграмме может занимать различные положения, а фазовые напряжения приемника могут отличаться друг от друга весьма существенно.

Рассмотрим, частный случай несимметричной нагрузки, когда
. Поскольку
, то и
, получим
,
и
. ТочкаN на диаграмме переместится в точку С, напряжение возрастет до фазного напряжения источника, а напряжения
,
− до линейных напряжений.

При изменении фазных напряжений происходит изменение фазных токов и мощностей − «перекос фаз».

Если при несимметричной нагрузке нулевые точки источника и приемника соединить нулевым проводом, то поскольку сопротивление нулевого провода мало, (
и
), то фазные напряжения приемника получаются одинаковыми и сдвинутыми по фазе относительно друг друга на угол. Включение нулевого провода приводит к соответствующим изменениям векторной диаграммы электрической цепи. Так, если электрической цепи без нулевого провода соответствует векторная диаграмма, изображенная на рис.3.9. сплошной линией, то той же цепи при включении нулевого провода соответствует диаграмма, изображенная на том же рисунке пунктиром.

Вектор построен в соответствии с выражением.
.

При наличии нулевого провода в схемах с несимметричной нагрузкой, так же как и в случае с симметричной нагрузкой остается в силе соотношение

.

На основании изложенного можно сделать вывод, что нулевой провод необходим для того, чтобы при несимметричной нагрузке выравнивать фазные напряжения приемника, т.е. получать во всех фазах приемника одинаковые напряжения, равные .

Фазные токи, углы сдвига фаз между фазовыми напряжениями и токами, а также фазные мощности при несимметричной нагрузке в цепи с нулевым проводом будут в общем случае различными. Они могут быть определены по следующим формулам:
,
,
.

Углы сдвига фаз между фазными токами и напряжениями зависят от величины и характера сопротивлений фаз приемника и равны

,
,
.

Мощности для фазы «А» равны

Активная и реактивная мощности трехфазного приемника при соединении звездой
,
.

Если кроме фазных токов требуется найти ток в нулевом проводе, то задачу следует решать в комплексной форме. При этом необходимо прежде всего выразить в комплексной форме то
,
,

Ток в нулевом проводе можно определить также по векторной диаграмме, не прибегая к решению задачи в комплексной форме.