Jaké je napětí mezi fázemi v třífázové síti?

Třífázové napájecí systémy používají čtyři vodiče – tři fáze a nulový vodič a hodnota napětí závisí na tom, mezi kterými vodiči bylo měřeno.

Méně obeznámeným s teorií elektrotechniky není vždy jasné, že když je mezi dvěma fázemi 380 V, tak proč je mezi fází a nulou 220 V a ne 190 V.

Obsah

1. Obvody do hvězdy a trojúhelníku v třífázové síti
2. Co jsou fázová a síťová napětí
3. Pokud je mezi fází a nulou 220, proč mezi fázemi není 440 V?
4. Znázornění napětí ve vektorovém diagramu
5. Odkud pochází √3 (druhá odmocnina ze 3)
6. Výkon

Obvody do hvězdy a trojúhelníku v třífázové síti

Moderní elektrické stroje mají tři skupiny vinutí, které lze zapojit dvěma způsoby. Své jméno dostali podle obrázků na schématu zapojení:

• Hvězda. V tomto obvodu jsou konce cívek vzájemně spojeny a na začátek vinutí je přiváděna energie. Střední bod hvězdy má teoreticky nulový potenciál, ale pokud je zatížení nerovnoměrné, je k němu připojen neutrál, který umožňuje tok vyrovnávacího proudu a zabraňuje napěťové nerovnováze.
• Trojúhelník. Tímto spojením je začátek jednoho vinutí spojen s koncem dalšího.

Tímto způsobem lze připojit nejen cívky elektromotorů, ale také topná tělesa v elektrických pecích nebo elektrických topných kotlích. V tomto případě se změní napětí na každém z ohřívačů.

Pokud je vybráno schéma zapojení trojúhelníku, pak každá cívka nebo topný článek přijme napětí mezi fázemi, které je 380V. Při zapojení do „hvězdy“ je do vinutí a ohřívačů mezi fází a nulou přiváděno napětí 220 V.

Byty v bytových domech nebo jednotlivých chatách jsou také napojeny na třífázovou síť podle schématu „hvězda“. Jsou připojeny k různým fázovým vodičům a ke společnému nulovému vodiči.

Spotřebiče jsou přitom rozmístěny mezi fázemi co nejrovnoměrněji, což snižuje vyrovnávací proud v nulovém vodiči a potřebný průřez přívodních kabelů.

Rozdíl napětí při různém zapojení vinutí se využívá ke spouštění třífázových elektromotorů s napětím 660 V v síti 380 V. Na začátku spouštěcího procesu jsou vinutí elektrických strojů zapojena do „ hvězda“ a po zrychlení přejdou do „delty“. Motor tedy startuje při sníženém napětí, což snižuje startovací proud a zrychlení je plynulejší.

Co jsou fázová a síťová napětí

Důvodem, proč je mezi fází a nulou 220 V, když je napětí ve vodičích 380 V, je to, že k výrobě elektřiny se používají třífázové generátory. Vinutí v těchto zařízeních jsou umístěna s posunem o 120° a jsou zapojena do „hvězdy“, ke které je připojen čtyřžilový kabel.

Střední bod je připojen k neutrálu, označenému N, a svorky jsou připojeny k vodičům vedení, označeným A, B a C.

V třífázové síti tedy existují dvě napětí:

• Lineární. Mezi dvěma lineárními nebo fázovými vodiči a je ve schématech a vzorcích označen jako Uab, Ubc a Uca. Může být také označen Ul nebo Ul a v domácích sítích je to 380 V a podle nového GOST 400 V.
• fáze. Měří se mezi kterýmkoli z fázových vodičů a nulou, ve schématech a vzorcích je označena Ua, Ub a Uc, lze použít označení Uf nebo Uph. Používá se v bytové elektroinstalaci a je 220 V nebo 230 V.

Pokud je mezi fází a nulou 220, proč mezi fázemi není 440 V?

Různé fáze v třífázové síti nejsou mimo fázi, ale posunuté o 120°, jak je vidět na vektorovém diagramu. Napětí se tedy aritmeticky nesčítají a výsledkem je 380 V, nikoli 440 V.

Znázornění napětí ve vektorovém diagramu

Elektřina dodávaná dráty do obytných budov a podniků se vyrábí v elektrárnách pomocí synchronních generátorů se třemi skupinami vinutí.

Napětí generované těmito zařízeními má sinusový tvar a je vůči sobě posunuto o stejných 120° a je znázorněno na vektorovém diagramu třemi paprsky vycházejícími ze společného středu. Na něm je neutrál umístěn uprostřed a fázové svorky jsou umístěny na koncích odchozích vektorů.

Tento diagram ukazuje, že fázové a síťové napětí se měří odlišně – fázové od středu ke konci vektoru a lineární mezi jejich konci. V souladu s tím se ukazuje, že 440 V může být pouze ve dvoufázové síti, ve které je napětí v různých fázích posunuto o 180 ° a vektory jsou směrovány v opačných směrech.

V tomto případě jsou hodnoty lineárního a fázového napětí vzájemně vztaženy vzorcem Ul=2Uph, ale v třífázové síti je poměr napětí určen vzorcem Ul=√3Uph.

Důležité! Tento vzorec lze použít pouze v případě, že existuje neutrál a neexistuje žádná fázová nerovnováha. Když se nulový vodič přeruší, typ diagramu a velikost fázového napětí jsou určeny silou proudu v každé fázi.

Odkud pochází √3 (druhá odmocnina ze 3)

Vzorec, který dává do vztahu velikost lineárního a fázového napětí, používá konstantu √3. Protože vektorový diagram je kresba, je určen podle zákonů geometrie.

V diagramu jsou dvě opačné fáze znázorněny vektory Ua a Ub, které mají stejný modul (délku) a tvoří dvě strany trojúhelníku s úhlem 120°.

Třetí strana trojúhelníku (základna) je lineární vektor napětí Uab. Při znalosti úhlu mezi stejnými stranami a jejich délce je základna trojúhelníku určena jednoduchým vzorcem Uab=Ua√(2-2cos120°)=Ua√(2-(2*-0,5))=Ua√3.

To se shoduje s výsledky měření Uab/Ua=380/220=1,73.

Informace! Ve skutečnosti je vypočtená hodnota 381 V, ale tento rozdíl lze zanedbat. Je menší než ztráty ve vodičích a kolísání výstupního napětí snižovacích transformátorů.

Výkon

Hlavním důvodem, proč je mezi fází a nulou 220 V, je použití tří fází s posunem mezi nimi o 120° pro napájení.

Kvůli tomu se napětí v nich nesčítají aritmeticky, ale podle zákonů geometrie, jak je vidět na vektorovém diagramu.

Výsledkem je, že v síti 0,4 kV jsou současně dvě napětí – lineární 380 V mezi libovolnými dvěma fázemi a fáze 220 V mezi kteroukoli z fází a neutrálem.

V současné době se typy připojení liší počtem fází: jedna, dvě nebo tři. Odtud názvy typů připojení:

jednofázový;
dvoufázový;
třífázový.

Jednofázové připojení poskytuje nejjednodušší způsob připojení ohřívače ke zdroji energie: jeden ze dvou vodičů vycházejících z jádra ohřívače je napájen fází, druhý vodič je dodáván s nulou nebo, jak se říká, „nula“. ” (Obr. 1).

Obrázek 1. Jednofázové zapojení.

Jednofázový typ připojení je široce používán v typické elektrické síti, kde je napětí 220 – 240 voltů, a v jiných sítích, které mají následující hodnoty napětí: 12, 24, 36, 48, 60 a 110 voltů.

Obrázek 2 ukazuje schéma připojení k jednofázovému napájecímu zdroji.

Obrázek 2. Schéma jednofázového zapojení.

Vzhledem k tomu, že ohřívač nemá vlastní polaritu, může být fáze přivedena na kterýkoli z vodičů. Tato skutečnost poukazuje na výhody použití tohoto typu připojení: jednoduchost a univerzálnost.

Používá se také dvoufázové připojení pomocí dvou vodičů vycházejících z ohřívače. Avšak tam, kde je „nula“ napájena v jednofázovém zapojení, je druhá fáze napájena ve dvoufázovém zapojení (obr. 3). Tento typ připojení tedy nevyžaduje nulový vodič.

Obrázek 3. Dvoufázové zapojení.

Dvoufázové připojení se používá v energetických sítích, jejichž napětí se pohybuje mezi 380 – 400 volty.

Obrázek 4 ukazuje schéma připojení k dvoufázovému napájecímu zdroji. Jak již bylo řečeno dříve, tento typ zapojení nemá oproti jednofázovému žádné vizuální a designové změny.

Obrázek 4. Schéma dvoufázového zapojení.

Výhodou tohoto typu zapojení je možnost získat větší výkon z topného tělesa. Zvyšování výkonu má negativní dopad na spolehlivost a životnost ohřívače – to je jediná nevýhoda použití dvoufázového zapojení

Třífázové zapojení lze realizovat dvěma způsoby. Obrázek 5 ukazuje dvě schémata třífázového zapojení: hvězda a trojúhelník.

Obrázek 5. Schémata třífázového zapojení.

Rozdíl mezi těmito obvody spočívá pouze v charakteristickém napájecím napětí, které bude přiváděno do ohřívače: buď fázové 220 voltů nebo lineární 380 voltů do zdroje energie. Fáze budou mít stejný proud, bez ohledu na to, jaký obvod je zvolen.

Třífázové zapojení do hvězdy je znázorněno na obrázku 6.

Obrázek 6. Třífázové zapojení do hvězdy.

Zapojení do hvězdy vyžaduje přítomnost nulového vodiče, který je pro vizuální rozdíl modrý. Je možné nepoužívat nulový vodič, pokud jeho přítomnost v obvodu nezajistil klient. Důrazně však nedoporučujeme používat zapojení do hvězdy bez použití neutrálního kontaktu.

Obrázek 7 ukazuje princip zapojení do hvězdy.

Obrázek 7. Princip hvězdicového zapojení.

Pokud má ohřívač kontakty místo vodičů pro připojení, pak výrobce označí nulové kontakty modře, jak je znázorněno na obrázku 8, 9.

Obrázek 8. Hvězdicové zapojení bez vodičů v ohřívači.

Obrázek 9. Připojení suchého topného tělesa podle hvězdicového okruhu.

Výhodou třífázového zapojení do hvězdy je, že zvyšuje spolehlivost a životnost použitého ohřívače. Tato skutečnost se vysvětluje použitím fázového napětí, které je 220 -240 voltů, a také použitím rezistoru v obvodu s vyšším průřezem. Nevýhodou tohoto schématu je druhá strana výhody – při použití fázového napětí nejsou indikátory napájení tak vysoké jako při použití jiného schématu připojení – trojúhelníkového.

Třífázové trojúhelníkové zapojení je znázorněno na obrázku 10.

Obrázek 10. Třífázové zapojení do trojúhelníku.

Zapojení do trojúhelníku se používá při práci se síťovým napětím asi 380 voltů. Proto každá sekce topného okruhu přijímá dvě fáze, což se liší od zapojení do hvězdy, kde je pouze jedna fáze pro každou sekci okruhu.

Trojúhelníkové zapojení, které je považováno za klasické, má 3 vodiče, ke kterým jsou napájeny tři fáze. Toto schéma zapojení nezajišťuje přítomnost nulového vodiče. Obrázky 11 a 12 znázorňují principy připojení topného tělesa a suchého topného tělesa podle trojúhelníkového diagramu.

Obrázek 11. Princip trojúhelníkového spojení.

Obrázek 12. Připojení suchého topného tělesa podle trojúhelníkového schématu.

Výhodou tohoto schématu zapojení jsou vyšší hodnoty výkonu ve srovnání s hvězdicovým schématem a také pohodlnější zapojení bez použití zbytečných vodičů. Jedinou nevýhodou tohoto schématu je nevýhoda použití vysokého napětí, které sníží životnost ohřívače.

Uzemnění je určeno k prevenci průmyslových havárií a uzemnění je určeno k vyrovnání potenciálů v obvodu – tyto pojmy by neměly být považovány za synonyma.

Zařízení musí být zpočátku uzemněno, což vyžadují bezpečnostní předpisy, tím menší je riziko nehody (obr. 13). Výjimkou jsou ohřívače bez kovového pláště, které nevyžadují uzemnění.

Obrázek 13. Vliv uzemnění na lidskou bezpečnost.

Obrázky 14 – 16 ukazují různá schémata zapojení pomocí zemnícího vodiče.