Jaké je síťové napětí v třífázové síti?

Definice: Třífázové elektrické obvody jsou souborem tří jednofázových obvodů střídavého proudu, vzájemně fázově posunutých o 1/3 periody.
Zdrojem třífázového střídavého proudu je generátor, na jehož statoru jsou tři stejná vinutí A_x, B_yC_z, umístěné pod úhlem 120°.

Když se rotor, který je dvoupólovým magnetem, otáčí, v každém fázovém vinutí statoru se indukuje EMF:

Graficky lze EMF znázornit třemi sinusoidami posunutými o 1/3 periody nebo třemi vektory umístěnými vzájemně pod úhlem 120°.

Schéma třífázové soustavy je na Obr. 2.1.2.

Vlevo jsou vinutí generátoru, ve kterých jsou indukovány tři fázově posunuté EMF: vpravo jsou ke generátoru připojeny energetické přijímače: Třífázový šestivodičový systém je neekonomický kvůli značnému počtu vodičů. Nejčastěji se proto používají čtyř nebo třívodičové systémy (obr. 2.1.3).
Vodič 00′ se nazývá nulový nebo neutrální, zbytek je lineární.
Představme si následující pojmy:
I_л – lineární proud je proud protékající lineárním vodičem;
U_л – síťové napětí je napětí mezi dráty vedení;
I_ф – fázový proud je proud tekoucí od začátku do konce fázového vinutí nebo energetického přijímače (nebo naopak: od konce k začátku).
U_ф – fázové napětí je napětí mezi začátkem a koncem fázového vinutí nebo energetického přijímače.
Jinými slovy, můžeme říci: fázové napětí je napětí mezi lineárním a nulovým vodičem.

Při symetrickém zatížení není nulový vodič prakticky potřeba, protože proud Io v něm je nulový. Proto se v těchto případech používají třívodičové systémy. Při asymetrickém třífázovém zatížení zajišťuje nulový vodič konstantní napětí mezi fázemi.

2.2. PŘIPOJENÍ ZDROJŮ ENERGIE A PŘIJÍMAČŮ HVĚZDOU

Spojení vinutí generátoru a energetických přijímačů s hvězdou je obvod, kde jsou konce fází spojeny do společné jednotky; a jejich začátky jsou připojeny k lineárním vodičům (viz obr. 2.1.3).
Z obrázku se může zdát, že síťové napětí je dvojnásobkem fázového napětí. Ale to není pravda. Lineární napětí se nerovná algebraickému součtu, ale geometrickému rozdílu.
Abychom získali lineární vektor napětí, například Ul (AB), je nutné upravit vektor UphB s opačným znaménkem než je konec vektoru UfA. Vektor spojující počátek souřadnic s koncem vektoru UphV bude lineární vektor napětí
Ul (AB). Lineární vektory napětí Ul (VS) a Ul (AS) jsou konstruovány obdobným způsobem (obr. 2.2.1).

V důsledku konstrukce vznikla třípaprsková hvězda lineárních napětí, pootočená vůči hvězdě fázových napětí pod úhlem 30° proti směru hodinových ručiček.
Z takto získaných trojúhelníků s tupým úhlem 120° vyplývá:

U symetrického systému, když

Pokud je síťové napětí například 380 V, pak fázové napětí bude:

Pokud je fázové napětí U_ф = 127V, pak lineární bude:

V průmyslu se používá napětí 127, 220 a 380 V.
Ve vedení vysokého napětí se používají napětí 6 kV, 10 kV, 35 kV, 110 kV, 220 kV, 400 kV, 500 kV a více.
V nízkonapěťových instalacích se zpravidla používají čtyřvodičová elektrická vedení a ve vysokonapěťových instalacích se používají třívodičová.
Čtyřvodičová vedení jsou vhodná pro společné napájení spotřebičů energie a osvětlení.
Elektromotory jsou například připojeny ke třem lineárním vodičům a osvětlovací zařízení jsou připojena k jednomu lineárnímu a neutrálnímu vodiči.
Při dodávce elektřiny do obytných budov je do nich vložen čtyřvodičový kabel. Byty jsou dodávány s jedním neutrálním vodičem a jedním lineárním vodičem. V tomto případě se lineární dráty střídají z bytu do bytu. To je nezbytné pro co nejrovnoměrnější zatížení sítě napříč fázemi.
Na Obr. 2.2.2. ukazuje schéma elektrického napájení bytového domu.

2.3. PROPOJENÍ ZDROJŮ ENERGIE A PŘIJÍMAČŮ S TROJÚHELNÍKEM

Když jsou vinutí generátoru a energetických přijímačů spojena trojúhelníkem, je konec předchozí fáze spojen se začátkem další a tvoří uzavřený systém. V tomto případě jsou k lineárním vodičům připojeny uzlové body (obr. 2.3.1).

Vektor fázového proudu je umístěn vedle odpovídajícího vektoru fázového napětí pod úhlem j. To druhé je určeno povahou zatížení. Pokud je např. zátěž aktivní, tak s indukční zátěží atp.
Pro konstrukci vektorů lineárních proudů je sousední geometricky odečten od každého fázového proudu.
V tomto případě není těžké to dokázat

2.4. NAPÁJENÍ TŘÍFÁZOVÉHO SYSTÉMU

Činný výkon třífázové soustavy je vždy roven součtu výkonů všech fází:

Se symetrickým zatížením:

kde já_ф a U_ф – fázový proud a napětí, j – fázový posun mezi proudem a napětím.
Výkon můžete také vyjádřit pomocí proudů a napětí ve vedení pomocí hvězdicového zapojení:

při spojení trojúhelníkem

Bez ohledu na schéma připojení bude produkt roven

; pak bude výkon třífázové soustavy, vyjádřený lineárními proudy a napětími, roven

zde jsou indexy „l“ vynechány.
Analogicky můžeme napsat výrazy pro celkový jalový výkon:

Fázové napětí je napětí konkrétní fáze měřené mezi fází a neutrálem generátoru. Síťové napětí je napětí mezi dvěma různými fázemi generátoru (síť).

V tomto krátkém článku, aniž bychom zacházeli do historie střídavých sítí, pochopíme vztahy mezi fázovým a lineárním napětím. Odpovíme na otázky, co je fázové napětí a jaké je síťové napětí, jak spolu souvisí a proč jsou tyto vztahy takové, jaké jsou.

Není žádným tajemstvím, že dnes je elektřina z výrobních elektráren dodávána spotřebitelům prostřednictvím vysokonapěťových elektrických vedení s frekvencí 50 Hz. V trafostanicích je vysoké sinusové napětí sníženo a distribuováno ke spotřebitelům na úrovni 220 nebo 380 voltů. Někde je síť jednofázová, někde třífázová, ale pojďme na to přijít.

Efektivní hodnota a hodnota amplitudy napětí

Nejprve si všimneme, že když říkají 220 nebo 380 voltů, znamenají efektivní hodnoty napětí, vyjádřené v matematickém jazyce – střední kvadratické hodnoty napětí. Co to znamená?

To znamená, že ve skutečnosti je amplituda Um (maximum) sinusového napětí, fáze Umф nebo lineární Uml, vždy větší než tato efektivní hodnota. Pro sinusové napětí je jeho amplituda větší než efektivní hodnota o odmocninu 2krát, tj. 1,414krát.

Takže pro fázové napětí 220 voltů se amplituda rovná 310 voltům a pro lineární napětí 380 voltů bude amplituda rovna 537 voltům. A pokud vezmeme v úvahu, že napětí v síti není nikdy stabilní, pak tyto hodnoty mohou být nižší nebo vyšší. Tuto okolnost je třeba vždy zohlednit např. při výběru kondenzátorů pro třífázový asynchronní elektromotor.

Fázové síťové napětí

Vinutí generátoru jsou zapojena do hvězdy a konce X, Y a Z jsou spojeny v jednom bodě (ve středu hvězdy), který se nazývá neutrální nebo nulový bod generátoru. Jedná se o čtyřvodičový třífázový obvod. Lineární vodiče L1, L2 a L3 jsou připojeny ke svorkám vinutí A, B a C a nulový vodič N je připojen k nulovému bodu.

Napětí mezi svorkou A a nulovým bodem, B a nulovým bodem, C a nulovým bodem se nazývají fázová napětí, označují se Ua, Ub a Uc, ale protože je síť symetrická, můžete jednoduše napsat Uph – fázové napětí .

V třífázových střídavých sítích ve většině zemí je standardní fázové napětí přibližně 220 voltů – napětí mezi fázovým vodičem a neutrálním bodem, který je obvykle uzemněn, a jeho potenciál je považován za nulový, proto je také nazývaný neutrální bod.

Třífázové síťové napětí

Napětí mezi svorkou A a svorkou B, mezi svorkou B a svorkou C, mezi svorkou C a svorkou A se nazývají lineární napětí, to znamená, že se jedná o napětí mezi lineárními vodiči třífázové sítě. Označují se Uab, Ubc, Uca, nebo můžete jednoduše napsat Ul.

Standardní síťové napětí ve většině zemí je přibližně 380 voltů. V tomto případě je snadné si všimnout, že 380 je 220 krát větší než 1,727, a když zanedbáme ztráty, je jasné, že se jedná o druhou odmocninu ze 3, tedy 1,732. Napětí v síti samozřejmě neustále kolísá jedním nebo druhým směrem v závislosti na proudovém zatížení sítě, ale vztah mezi lineárním a fázovým napětím je přesně takový.

Odkud pochází kořen 3?

V elektrotechnice se často používá vektorová metoda reprezentace sinusově se měnících napětí a proudů v čase.

Graf závislosti velikosti projekce na čase je sinusoida. A pokud je amplituda napětí délkou vektoru U, pak projekce, která se mění v čase, je aktuální hodnota napětí a sinusoida odráží dynamiku napětí.

Pokud tedy nyní znázorníme vektorový diagram třífázových napětí, ukáže se, že mezi vektory tří fází jsou shodné úhly 120°, a pokud jsou délky vektorů efektivními hodnotami fázová napětí Uph, pak pro nalezení lineárních napětí Ul je nutné vypočítat ROZDÍL libovolných párů vektorů dvou fázových napětí. Například Ua – Ub.

Po provedení konstrukce pomocí metody rovnoběžníku vidíme, že vektor Ul = Ua + (-Ub) a ve výsledku Ul = 1,732Uph. Ukazuje se tedy, že pokud jsou standardní fázová napětí rovna 220 voltům, pak odpovídající lineární budou rovna 380 voltům.

Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře

Pokud se vám tento článek líbil, sdílejte odkaz na něj na sociálních sítích. Velmi to pomůže rozvoji našeho webu!