Třífázový napájecí systém

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 23. února 2019; kontroly vyžadují 38 úprav .

Třífázový napájecí systém je speciální případ vícefázových systémů střídavých elektrických obvodů , ve kterých působí sinusové EMF stejné frekvence vytvořené společným zdrojem, posunuté vůči sobě v čase o určitý fázový úhel . V třífázovém systému je tento úhel 2π/3 (120°).

Popis

Každý z provozních EMF je ve své vlastní fázi periodického procesu, proto se často nazývá jednoduše „fáze“. Také "fáze" se nazývají vodiče - nosiče těchto EMF. U třífázových systémů je úhel střihu 120 stupňů. Fázové vodiče jsou v Ruské federaci označeny latinskými písmeny L s digitálním indexem 1 ... 3, nebo A, B a C [1] .

Běžná označení fázových vodičů:

Rusko, EU (nad 1000 V)	Rusko, EU (pod 1000 V)	Německo	Dánsko
ALE	L1	L1	R
B	L2	L2	S
C	L3	L3	T

Kromě fázových vodičů v sítích do 1000 voltů se používá nulový vodič (N - "neutrální" nebo "nula"). Umožňuje použít třífázovou síť pro napájení jednofázové zátěže fázovým napětím.

Výhody

Ziskovost.
- Cenově výhodný přenos elektřiny na velké vzdálenosti.
- Menší spotřeba materiálu u 3fázových transformátorů.
- Menší spotřeba materiálu silových kabelů, protože při stejné spotřebě energie se snižují proudy ve fázích (ve srovnání s jednofázovými obvody).
Rovnováha systému. Tato vlastnost je jednou z nejdůležitějších, protože v nesymetrickém systému dochází k nerovnoměrnému mechanickému zatížení elektrárny , což výrazně snižuje její životnost.
Schopnost snadno získat kruhové točivé magnetické pole, nezbytné pro provoz elektromotoru a řady dalších elektrických zařízení. 3fázové motory (asynchronní a synchronní) jsou jednodušší než stejnosměrné motory, jednofázové nebo dvoufázové, a mají vysokou účinnost.
Možnost získání dvou provozních napětí v jedné instalaci - fázového a lineárního a dvou úrovní výkonu při připojení do "hvězdy" nebo "trojúhelníku".
Možnost drastického omezení blikání a stroboskopického efektu svítidel na zářivkách umístěním tří zářivek (nebo skupin zářivek) napájených různými fázemi do jednoho svítidla.

Díky těmto výhodám jsou v dnešní energetice nejrozšířenější třífázové systémy.

Schémata zapojení třífázových obvodů

Hvězda

Hvězda je takové spojení, kdy jsou konce fází vinutí generátoru (G) připojeny k jednomu společnému bodu, nazývanému neutrální bod nebo neutrál . Konce fází vinutí spotřebiče (M) jsou také připojeny ke společnému bodu.

Vodiče spojující začátek fáze generátoru a spotřebiče se nazývají lineární . Vodič spojující dva neutrály se nazývá neutrál .

Třífázový obvod s nulovým vodičem se nazývá čtyřvodičový obvod. Pokud není neutrální vodič - třívodičový.

Pokud jsou odpory Z a , Zb , Zc spotřebiče stejné, pak se takové zatížení nazývá symetrické .

Lineární a fázové veličiny

Napětí mezi fázovým vodičem a nulovým vodičem (U a , U b , U c ) se nazývá fáze. Napětí mezi dvěma fázovými vodiči (U AB , U BC , U CA ) se nazývá lineární. Pro spojení vinutí s hvězdou se symetrickým zatížením platí vztah mezi lineárními a fázovými proudy a napětími:

$I_{L}=I_{F};\qquad U_{L}={\sqrt {3}}\times {U_{F}}$

Je snadné ukázat, že síťové napětí je fázově posunuto vzhledem k fázi: $\pi /6$

$u_{L}^{ab}=u_{F}^{a}-u_{F}^{b}=U_{F}[\cos(\omega t)-\cos(\omega t-2\pi /3)]=2U_{F}\sin(-\pi /3)\sin(\omega t-\pi /3)={\sqrt {3}}U_{F}\cos(\omega t+\pi -\pi /3-\pi /2)$

$u_{L}={\sqrt {3}}U_{F}\cos(\omega t+\pi /6)$

Výkon třífázového proudu

Pro připojení vinutí s hvězdou, se symetrickým zatížením, je výkon třífázové sítě $P=3U_{F}I_{F}cos\varphi =3{\frac {U_{L}}{\sqrt {3}}}I_{L}cos\varphi ={\sqrt {3}}U_{L }I_{L}cos\varphi$

Důsledky vyhoření (přerušení) nulového vodiče v třífázových sítích

Při symetrickém zatížení v třífázovém systému je napájení spotřebiče lineárním napětím možné i bez nulového vodiče . Navzdory tomu je při napájení zátěže fázovým napětím, kdy zatížení fází není přísně symetrické, přítomnost nulového vodiče povinná. Při jeho rozbití nebo výrazném zvýšení odporu (špatný kontakt ) dochází k tzv. fázové nesymetrii , v jejímž důsledku může být připojená zátěž dimenzovaná na fázové napětí pod libovolným napětím v rozsahu od nuly po lineární (specifická hodnota závisí na rozložení zátěže na fáze v okamžiku přerušení nulového vodiče). To je často příčinou selhání spotřební elektroniky v bytových domech , což může vést k požárům. Nízké napětí může také způsobit poruchu zařízení.

Problém harmonických, které jsou násobky třetiny

Moderní technologie jsou stále častěji vybaveny spínanými síťovými napájecími zdroji . Spínaný zdroj bez korekce účiníku odebírá proud v úzkých pulsech v blízkosti špiček sinusoidy napájecího napětí během nabíjecích intervalů vstupního usměrňovacího kondenzátoru . Velké množství takových zdrojů v síti vytváří zvýšený proud třetí harmonické napájecího napětí. Harmonické proudy, které jsou násobky třetiny, se místo vzájemné kompenzace matematicky sečtou v nulovém vodiči (i při symetrickém rozložení zátěže) a mohou vést k jeho přetížení i bez překročení přípustného příkonu po fázích. Takový problém existuje zejména v kancelářských budovách s velkým počtem současně pracujících kancelářských zařízení. Řešením problému třetí harmonické je použití korektoru účiníku (pasivního nebo aktivního) jako součásti obvodu vyráběných spínaných zdrojů. Požadavky IEC 1000-3-2 omezují harmonické složky zatěžovacího proudu pro zařízení s výkonem 50 W nebo více. V Rusku je počet harmonických složek zatěžovacího proudu standardizován normami GOST R 54149-2010, GOST 32144-2013 (od 1.07.2014), OST 45.188-2001.

Trojúhelník

Trojúhelník je takové spojení, kdy konec první fáze je spojen se začátkem druhé fáze, konec druhé fáze se začátkem třetí a konec třetí fáze je spojen se začátkem fáze. První.

Vztah mezi lineárními a fázovými proudy a napětími

Pro připojení vinutí do trojúhelníku se symetrickou zátěží platí vztah mezi lineárními a fázovými proudy a napětími:

$I_{L}={\sqrt {3}}\times {I_{F}};\qquad U_{L}=U_{F}$

Třífázový proud při zapojení do trojúhelníku

Pro připojení vinutí do trojúhelníku se symetrickým zatížením je výkon třífázového proudu:

$P=3U_{F}I_{F}cos\varphi =3U_{L}{\frac {I_{L}}{\sqrt {3}}}cos\varphi ={\sqrt {3}}U_{L} I_{L}cos\varphi$

Společné normy napětí

Země	frekvence Hz	Napětí (fázové/lineární), Volt
Rusko [2]	padesáti	230/400 [2] (domácí) 230/400, 380/660, 400/690, 3000, 6000, 10000 (komerční)
země EU	padesáti	230/400, 400/690 (průmyslové sítě) 660 450
Japonsko	50 (60)	100/208
USA	60	120/208, 277/480 240 (pouze trojúhelník)

Označení

Vodiče patřící do různých fází jsou označeny různými barvami. Nulový a ochranný vodič jsou také označeny různými barvami. To se provádí pro zajištění řádné ochrany před úrazem elektrickým proudem a také pro snadnou údržbu, instalaci a opravy elektrických instalací a elektrických zařízení - fázování (posloupnost fází, to znamená posloupnost toku proudu ve fázích) je zásadní, protože na něm závisí směr otáčení třífázových motorů , správná činnost řízených třífázových usměrňovačů a některých dalších zařízení. Značení vodičů se v jednotlivých zemích liší, nicméně mnoho zemí dodržuje obecné zásady pro barevné značení vodičů stanovené v normě IEC 60445:2010 Mezinárodní elektrotechnické komise.

Fázové barvy

Každá fáze v třífázovém systému má svou vlastní barvu. Liší se v závislosti na zemi. Používají se barvy mezinárodní normy IEC 60446 ( IEC 60445 ).

Země	L1	L2	L3	Neutrální / nula	Země / ochranná zem
Rusko, Bělorusko, Ukrajina, Kazachstán (do roku 2009), Čína	Bílý	Černá	Červené	Modrý	Žlutá/zelená (pruhovaná)
Evropská unie a všechny země, které používají evropskou normu CENELEC od dubna 2004 ( IEC 60446 ), Hong Kong od července 2007, Singapur od března 2009, Ukrajina, Kazachstán od roku 2009, Argentina, Rusko od roku 2009	Hnědý	Černá	Šedá	Modrý	Žlutá/zelená (pruhovaná) [3]
Evropská unie do dubna 2004 [4]	Červené	Žlutá	Modrý	Černá	Žlutá/zelená (pruhovaná) (zelená v instalacích před rokem 1970)
Indie, Pákistán, Velká Británie do dubna 2006, Hongkong do dubna 2009, Jižní Afrika, Malajsie, Singapur do února 2011	Červené	Žlutá	Modrý	Černá	Žlutá/zelená (pruhovaná) (zelená v instalacích před rokem 1970)
Austrálie a Nový Zéland	Červená (nebo hnědá) [5]	bílá nebo černá) (dříve žlutá)	Tmavě modrá (nebo šedá)	Černá (nebo modrá)	Žlutá/zelená (pruhovaná) (zelená u velmi starých instalací)
Kanada (povinné) [6]	Červené	Černá	Modrý	Bílá nebo šedá	Zelená nebo měděná
Kanada (v izolovaných třífázových instalacích) [7]	oranžový	Hnědý	Žlutá	Bílý	Zelená
USA (alternativní praxe) [8]	Hnědý	Oranžová (v trojúhelníkové soustavě ), popř fialová (ve hvězdném systému )	Žlutá	šedá nebo bílá	Zelená
USA (běžná praxe) [9]	Černá	Červené	Modrý	Bílá nebo šedá	Zelená, žlutá/zelená (pruhovaná), [10] nebo měděný drát
Norsko	Černá	Bílá šedá	Hnědý	Modrý	Žlutá/zelená (pruhovaná), starší instalace mohou mít pouze žluté nebo měděné barvy

V modelování

Nízkonapěťové, vysokofrekvenční elektronické ovladače pojezdu používané při modelování vozidel používají další systémy značení:

U	PROTI	W
Červené	žlutá	Černá
oranžový	žlutá	modrý

Nulové a zemní vodiče obvykle chybí kvůli symetrii zátěže a napěťové bezpečnosti.

Viz také

Poznámky

↑ GOST 2.709-89 platná v Ruské federaci předepisuje označení obvodů fázových vodičů třífázového střídavého proudu: L1, L2, L3 a zároveň umožňuje označení A, B, C.
↑ 1 2 Podle GOST 29322-2014
↑ Žlutozelené značení bylo přijato jako mezinárodní standard pro ochranu barvoslepých osob před úrazem elektrickým proudem . 7 až 10 % lidí nedokáže přesně rozpoznat červenou a zelenou barvu.
↑ V Evropě stále existuje mnoho instalací se starým barevným schématem z počátku 70. let. Nové instalace používají žlutozelené zemnicí tyče v souladu s IEC 60446 . (Živý/neutrální+pozemní; Německo: černá/šedá + červená; Francie zelená/červená + bílá; Rusko: červená/šedá + černá; Švýcarsko: červená/šedá + žlutá nebo žlutá a červená; Dánsko: bílá/černá + červená
↑ V Austrálii a na Novém Zélandu mohou mít fáze jakoukoli barvu, ale ne žlutozelenou, zelenou, žlutou, černou nebo modrou.
↑ Canadian Electrical Code Part I, 23. vydání, (2002) ISBN 1-55324-690-X , pravidlo 4-036(3)
↑ Kanadský elektrický kód23. vydání 2002 Pravidla 24-208(c)
↑ Od roku 1975 v americkém National Electric Codeneměl zvláštní označení fází. Podle zavedené praxe se u hvězdicového zapojení 120/208 označovaly fáze černě, červeně a modře, při zapojení hvězdy nebo trojúhelníku 277/480 se fáze označovaly hnědou, oranžovou a žlutou barvou. V systému 120/240 byl trojúhelník s nejvyšším napětím 208 voltů (obvykle fáze B) vždy označen oranžově, společná fáze A byla černá a fáze C byla červená nebo modrá.
↑ Viz Paul Cook: Harmonizované barvy a alfanumerické značení Archivováno 4. března 2016 na Wayback Machine . IEE Wiring Matters, jaro 2006.
↑ V USA může zelený/žlutý (pruhovaný) vodič představovat izolovanou zem [ neznámý termín ] . Dnes se ve většině zemí žlutozelené (pruhované) vodiče používají k ochrannému uzemnění a nelze je odpojit a použít pro jiné účely.

Odkazy

Nikola Tesla
Kariéra a vynálezy	Patenty Bezelektrodová kapacitní lampa plazmová lampa Polyfázový systém Střídavý bezkomutátorový indukční motor Tesla experimentální stanice teleforce Telegeodynamika Tesla transformátor příběh Bezdrátová elektřina rezonanční transformátor rádiové ovládání Turbína Tesla Tesla Oscilátor Tesla ventil Třífázový napájecí systém Věž Wardenclyffe Tesla Electric Light & Manufacturing
jiný	Válka proudů Westinghouse Electric Světový bezdrátový systém V populární kultuře
Související články	Muzeum Nikoly Tesly Pamětní centrum Nikoly Tesly Tesla Science Center ve Wardenclyffe Cena Nikoly Tesly Cena Nikoly Tesly Mezinárodní letiště Nikoly Tesly Newyorčan Tajemství Nikoly Tesly (film, 1980) Prestige (film, 2006) Aktuální válka (film, 2019) Noc hrůzy Nikoly Tesly (2020 televizní epizoda) Tesla (film, 2020) odvozená jednotka SI lunární kráter Asteroid