Трёхфазные сети и их основные характеристики

Рис. 1. Система напряжений трёхфазной электрической сети

Трёхфазные электрические сети представляют собой совокупность трёх источников напряжения переменного тока (с частотой 50 Гц для промышленного или бытового применения), соединённых по схеме электрической звезды (рис. 1,а), и линий электропередач, необходимых для подключения потребителей электроэнергии.

Общую точку, соединяющую выводы генераторов напряжения трёхфазной электрической сети (общую точку электрической звезды), называют нейтралью (N) электрической сети, а их другие выводы, к которым подключаются проводники линий электропередач, называют фазами (A, B, C). Напряжения переменного тока, генерируемые каждым источником трёхфазной электрической сети, называются фазными напряжениями (Ú_A, Ú_B, Ú_C).

Напряжения переменного тока фазных источников сдвинуты по фазе друг относительно друга на 120 градусов (векторная диаграмма трёхфазного напряжения на рис. 1,б). Напряжения, действующие между любыми парами фаз электрической сети, называют линейными (Ú_AB, Ú_BC, Ú_CA). При равенстве модулей фазных напряжений (| Ú_A | = | Ú_B | = | Ú_C | = U) равными будут и модули линейных напряжений: | Ú_AB | = | Ú_BC | = | Ú_CA | = U_л = U.

Источниками питания трехфазных сетей служат трансформаторы или генераторы.

Линии электропередач в электрических сетях, подключаемые к источнику трёхфазного напряжения, могут быть воздушного или кабельного типа. В том и другом случае проводники электрической сети линий электропередач обладают некоторым активным и ёмкостным сопротивлением изоляции относительно земли: R_A, R_B, R_C и C_A, C_B, C_C.

В дальнейшем с целью упрощения расчётов будем полагать, что R_A = R_B =R_C = R и C_A=C_B=C_C=C.

Комплексное сопротивление изоляции каждой фазы электрической сети относительно земли определяется как результат параллельного соединения активной R и ёмкостной Z_C = 1/jwC составляющих: Z = R || Z_C = R(1 + jw R C)^–1.

Модуль комплексного сопротивления изоляции фазных проводников электрической сети относительно земли определяется по формуле

где w = 2p f; f = 50 Гц – частота электрической сети.

Ёмкость фаз относительно земли определяется типом линии (воздушная, проводная, кабельная), её длиной, высотой подвеса проводов, толщиной фазной изоляции жил кабеля, диаметром его оболочки, т.е. геометрическими параметрами линии, и не может быть уменьшена. Особенно большой ёмкость фаз может быть в кабельных линиях большой протяженности, при этом соответственно уменьшается величина модуля комплексного сопротивления изоляции фаз и ослабляется ее защитное действие.

В зависимости от вида нейтрали различают два типа трехфазных электрических сетей:

1. трёхпроводная сеть с изолированной нейтралью (СИН);

2. четырёхпроводная сеть с заземленной нейтралью (СЗН).

3. нейтраль в СИН хорошо изолирована от земли.

4. нейтраль в СЗН подключена к заземляющему устройству с малым сопротивлением.

Согласно требованиям Правил устройства электроустановок (ПУЭ) сопротивление заземления нейтрали R₀ в любое время года не должно превышать 4 Ом для фазного напряжения 220 В.

В СЗН четвёртый (нулевой) проводник подключен к нейтрали N и наряду с фазными проводниками A, B и C является рабочим проводником электрической сети.

При анализе опасности поражения человека током в трехфазной сети различают однофазное и двухфазное прикосновение человека. При двухфазном прикосновении человек одновременно прикасается к двум фазам сети и попадает под полное линейное напряжение. При однофазном прикосновении человек, стоящий на основании, электрически связанном с землей, прикасается к одной из фаз сети. В этом случае ток через тело человека зависит от вида нейтрали и режима работы сети.

Общая схема трёхфазной электрической сети при однофазном прикосновении человека показана на рис. 2, где для случая СИН следует условно полагать R₀ ¥.

Рис. 2. Общая схема трёхфазной электрической сети

В схеме на рис. 2 с помощью трёхпозиционного переключателя S моделируются режим нормальной работа сети (НР) и аварийные режимы (АР1 и АР2), соответствующие замыканию одной из фаз электрической сети на землю через сопротивление R_ЗМ. Возможное прикосновение человека к фазному проводнику на рис. 2 моделируется с помощью сопротивлений тела человека R_h и дополнительного R_доп (включает сопротивления обуви, пола и др.), в сумме составляющих сопротивление R_hп..

Вопрос 2. Соединение обмоток генератора и фаз приёмника «звездой».

Соединение обмоток генератора звездой или треугольником позволяет уменьшить число проводов, соединяющих генератор с приемником, с шести при несвязанной системе до четырех или до трех.

Рис.3 Соединение обмоток генератора звездой

При соединении звездой (рис. 3) к началам обмоток генератора А, В, С присоединяют три линейных провода (желтый, зеленый, красный), идущих к приемнику. Концы обмоток X, У, Z объединяют в узел, называемый нейтралью генератора или его нейтральной точкой N. В четырехпроводной системе к нейтрали генератора присоединяется нейтральный провод (синий). В трехпроводной системе он отсутствует.

Токи протекающие по линейным проводам называются линейными токами I_л. Так как в схеме соединения звездой линейный провод включен последовательно с фазой то линейный ток будет равен фазному.

Напряжения между линейными и нейтральным проводами называются фазными напряжениями: u_A, u_B и u_C. Фазное напряжение отличается от фазной ЭДС на падение напряжения в обмотке генератора.

Вопрос 3. Соединение обмоток генератора и фаз приёмника «треугольником».

Если конец первой обмотки X трехфазного генератора (рисунок 4) соединен с началом второй обмотки B, конец второй обмотки Y — с началом третьей C и конец третьей Z с началом первой A, то говорят, что обмотки соединены треугольником.

Рисунок 4 — Схема соединения обмоток генератора треугольником

Линейные провода, идущие к приемнику, присоединяются к началам обмоток генератора A, B, C, то есть и к концам соответствующих соседних обмоток Z, X, Y (рисунок 1). Вследствие этого фазные напряжения на обмотках генератора одновременно являются и линейными напряжениями.

Интернет-источники

1. https://zen.yandex.ru/media/elektrik/tri-fazy-dlia-chainikov-znaniia-kotorye-prigodiatsia-kajdomu-5b92ce58b4dba900ac7c27b5

2. https://electricalschool.info/main/osnovy/583-trekhfaznyjj-peremennyjj-tok.html