Одно- и трехфазные сети переменного тока
Для корректного подключения приборов к электрической сети имеет смысл представлять некоторые принципы работы электросети. Также это может пригодиться при борьбе с помехами.
В бытовой практике потребитель имеет дело с однофазными сетями переменного тока. Так, в обычных розетках присутствует переменное напряжение, описываемое простой синусоидой. Такая розетка имеет два контакта – ноль и фаза, к которым иногда добавляется третий – заземление. Но обычно однофазная сеть является элементом трехфазной сети (рис. 33).
Трехфазная сеть имеет ряд преимуществ с точки зрения генерации энергии, работы асинхронных двигателей, экономной передачи энергии, распределения нагрузки и возможности получения разных уровней напряжения.
Одно из особенностей трехфазной сети в том, что сумма трех синусоид равной частоты, различающихся по фазе на 120 градусов, дают в сумме ноль, это дает возможность использовать три силовых провода. На практике добавляется один, нейтральный провод, или просто «нейтраль». По нейтральному проводу течет ток, компенсирующий разность токов в отдельных фазах. Для минимизации разности однофазную нагрузку стараются равномерно распределить по всем фазам (например, подключая разных потребителей к разным фазам в пределах одного здания), благодаря чему ток в нейтральном проводе не превышает 20% от тока в линейном проводе (поэтому его могут делать меньшей толщины). Дисбаланс нагрузки, а тем более обрыв нейтрального провода, ведет к т.н. «перекосу фаз» и повреждению однофазного оборудования.
Рис. 33 Четырехпроводная трехфазная сеть. Состоит из 3 линейных L ("фазы") и одного нейтрального N проводов [28].
В РФ трехфазной бытовой сетью является сеть 230/400В с частотой 50 Гц. 230В – это действующее (или среднеквадратичное) значение фазового напряжения (между любой из фаз и нейтралью). 400В – линейное напряжении (напряжение между двумя любыми фазными проводами). В розетке может добавляться и пятый провод заземления (в однофазной сети – третий). В других странах эти значения могут отличаться, также значения другие для высоковольтных сетей и бортовых сетей.
При работе с трехфазной сетью, а также однофазной, следует иметь в виду несколько моментов [29]:
Нейтраль не обязательно имеет нулевой потенциал.
Защитные автоматы (тепловые и КЗ) защищают цепь от перегрузки, а не пользователя от удара током.
Заземление вовсе не обязательно имеет низкое сопротивление (т.е. спасает от удара током).
Точки с нулевым потенциалом могут иметь бесконечно большое сопротивление.
УЗО не сработает при возникновении утечек тока из гальванически развязанной цепи.
Нельзя включать большую нагрузку в сеть без консультаций с электриком здания.
В однофазной сети возможно увеличение напряжения до 400В
Нелинейные искажения в цепи
Линейная нагрузка, в которой напряжение и ток связаны линейной зависимостью, не меняет синусоидальную форму напряжения питания. Это нагрузки, состоящие из сопротивления, емкости, индуктивности.
Нелинейные нагрузки характеризуются кривой потребления переменного тока, отличной от синусоидальной. Чаще всего это относится к импульсным блокам питания (а также почти ко всей радиоэлектронной аппаратуре).
Искажение возникает из-за частотного преобразования питающего напряжения с последующей фильтрацией частот. При этом суммируются гармоники – синусоиды, имеющие кратные частоты.
Механизм компенсации дисбаланса токов, на котором построена четырехпроводная трехфазная электрическая сеть, не работает с несинусоидальными токами. Сила тока несинусоидального сигнала в нейтральном проводе оказывается равной амплитуде тока в линейном проводе, так помеха из одной фазы проникает в другую через нейтраль. Необходимо учитывать наличие помех в сети и стараться не «пускать» их оттуда (и «туда»!) [30].