2.2. Основные схемы соединения фаз трехфазных источников энергии. Значение понятия “фаза”

Трехфазной цепью обычно называют совокупность источника трехфазной системы ЭДС, трехфазной нагрузки и соединительных проводов.

В качестве источников трехфазной ЭДС обычно рассматривают трехфазные синхронные генераторы и, что чаще, трехфазные трансформаторы. Трехфазными нагрузками являются различные потребители электроэнергии, например, асинхронные и синхронные двигатели.

Ранее “фаза” рассматривалась как аргумент синусоидально изменяющейся величины, измеряемый в радианах или градусах. В трехфазных цепях под “фазой” понимают какой-либо участок цепи, по которому протекает один и тот же ток. К примеру, в п. 2.1 обмотки трехфазного генератора названы фазами А, В и С. Аналогично фазами называют соответствующие обмотки трансформаторов и двигателей.

Возможны разные способы соединения трехфазного генератора (источника) с нагрузкой. Соединение каждой фазы генератора с нагрузкой двумя проводами неэкономично, так как требуется шесть соединительных проводов. Обычно трехфазную обмотку генератора соединяют в звезду (рис. 2.4, а) и ли в треугольник (рис. 2.4, б).

При соединении в звезду концы фазных обмоток X, Y, Z соединяют в одну точку, которую называют нулевой или нейтральной точкой генератора и обозначают как 0 или N. При соединении в треугольник конец одной фазы подключают к началу другой фазы. Соединение обмоток в звезду часто обозначают символом Ү, а в треугольник – Δ.

В ряде случаев нулевая точка трехфазного генератора соединяется с нагрузкой. При этом схема соединения обмотки генератора называется “звезда с нулевым проводом” и обозначается символом Ұ.

На электростанциях трехфазную обмотку синхронного генератора подключают к повышающему трансформатору, с выхода которого снимается трехфазное высоковольтное напряжение. Высокое напряжение передается по линиям электропередач и возле потребителей снижается до требуемого уровня с помощью трехфазных трансформаторов, имеющих трехфазную вторичную обмотку. Электродвижущие силы фаз вторичной обмотки трансформатора образуют трехфазную симметричную систему.

Таким образом, для потребителей источником трехфазной системы ЭДС обычно является вторичная обмотка трансформатора.

Начала и концы фаз трехфазной обмотки трансформатора также маркируют буквами А, В, С и X, Y, Z. Схема соединений обмотки трансформатора “звезда” обычно изображается так, как показано на рис. 2.5, а, а “треугольник” – так, как показано на рис. 2.5, б.

В есьма часто вторичная обмотка трехфазного трансформатора соединяется в звезду с нулевым проводом (рис. 2.6). Нулевая (нейтральная) точка 0 на трансформаторной подстанции обычно заземляется. Соответственно, говорят о трехфазной четырехпроводной сети с глухозаземленной нейтралью.

Провода, идущие от выводов А, В, С трехфазного источника (трансформатора) к нагрузке, называют линейными (см. рис. 2.5, 2.6). По линейным проводам протекают линейные токи , , .

Провод, идущий к нагрузке от нулевой точки 0, называют нулевым проводом. По нему протекает ток нулевого провода .

Напряжения фаз трансформатора или генератора, (напряжения между началами и концами фазных обмоток) , , называют фазными напряжениями. Напряжения , , между линейными проводами (точками А, В, С) называют линейными.

При соединении в звезду или в звезду с нулевым проводом линейные напряжения равны разности фазных напряжений:

. (2.3)

При соединении в треугольник (рис. 2.5, б) линейные напряжения равны по величине соответствующим фазным напряжениям.

Очевидно, что при соединении в звезду с нулевым проводом любое из фазных напряжений , , – это напряжение между соответствующим линейным проводом и нулевым проводом.

При расчетах в ряде случаев фазы трансформатора (генератора) представляют в виде источников ЭДС , , с внутренними сопротивлениями фаз

, (2.4)

где и – активное и индуктивное сопротивления короткого замыкания трансформатора, приведенные ко вторичной обмотке.

При одинаковых линейных токах фазных напряжений на внутренних сопротивлениях фаз одинаковы по величине и фазные напряжения , , образуют трехфазную симметричную систему напряжений. Уравнения для мгновенных значений этих напряжений:

. (2.5)

Соответствующие векторы фазных напряжений

(2.6)

где – действующее значение фазного напряжения.

Векторы фазных напряжений сдвинуты на комплексной плоскости друг относительно друга на 120º.

В екторные диаграммы фазных и линейных напряжений трехфазной обмотки, соединенной в звезду или в звезду с нулевым проводом, приведены на рис. 2.7.

Векторы линейных напряжений , , изменяются в соответствии с (2.3). Величина линейного напряжения больше фазного в раз:

(2.7)

П ри соединении фаз трансформатора в треугольник векторные диаграммы выглядят так, как показано на рис. 2.8. Линейные напряжения трансформатора равны фазным.

Наиболее часто для электроснабжения промышленных и бытовых потребителей используют трехфазную четырехпроводную сеть с глухозаземленной нейтралью (рис. 2.6). Стандартные линейные напряжения таких сетей – 380 вольт, а фазные – 220 вольт.

В России бытовые потребители обычно пользуются однофазным напряжением 220 В. То есть к каждому жилому помещению подводится нулевой провод и один из линейных проводов. В последнее время к розеткам в жилом помещении подводится и провод заземления. Для обеспечения безопасности этот провод соединяется с металлическими частями корпусов бытовых электроприборов.

В обиходе линейный провод четырехпроводной сети называют “фаза”, а нулевой провод – “ноль”.

Прикосновение к оголенному линейному проводу четырехпроводной сети опасно, так как через тело человека протекает ток на “землю”.

Напряжения 220 В и 380 В являются стандартными. Реально эти напряжения могут существенно отличаться от стандартных в зависимости от нагрузки электрических сетей. Допустимые отклонения напряжений от стандартных от +10 % до минус 15 %.

В низковольтных электрических сетях возможны и другие уровни линейных напряжений четырехпроводной сети. Например, 220 В и 660 В. Соответственно фазные напряжения при этом равны 127 В и 380 В.