Чем отличается фазное напряжение или ток, от линейного

Что такое фаза

Каждая часть многофазной системы, имеющая одинаковую характеристику тока, называется фазой. Поэтому определение фазы имеет двоякое значение в электротехнике. Во-первых, как величина, изменяющаяся синусоидально, а во-вторых, как отдельная часть в системе многофазных электрических цепей. Количество фаз определяет наименование цепей: двухфазные, трехфазные, шестифазные и т.д.

Самыми распространенными цепями в современной энергетике являются трехфазные. Они имеют ряд преимуществ перед другими видами цепей, как однофазными, так и многофазными. Они более экономичны при производстве и передаче электроэнергии. Трехфазное напряжение возникает в результате вращения магнита внутри катушки. С его помощью достаточно просто образуется вращающееся круговое магнитное поле, обеспечивающее работу асинхронных двигателей. Данное явление известно, как ЭДС или по-другому, электродвижущая сила индукции.

Вращающийся магнит называется ротором, а катушки, расположенные вокруг него, образуют статор. Переменное напряжение получается путем преобразования постоянного напряжения, когда прямая линия принимает синусоидальную конфигурацию с изменяющимися положительными и отрицательными значениями.

Изменение магнитного потока происходит за счет вращения ротора, что и приводит к образованию переменного напряжения. В статоре имеется три катушки, в каждой из которых присутствует собственная отдельная электрическая цепь. Каждая катушка сдвинута относительно друг друга на 120 градусов по окружности. Под действием вращающегося магнита во всех катушках возникает одинаковое переменное напряжение между фазами в трехфазной сети.

Трехфазные цепи дают возможность получать два эксплуатационных напряжения на одной установке – фазное и линейное.

Однофазные сети

В таких сетях ток может проходить и по замкнутым цепям. При подключении рекомендуется в первую очередь подвести напряжение к эффективной нагрузке и только после этого вернуть его обратно. Провод, который подводит ток в условиях переменного тока, является фазой. Второй провод является нулевым. Между этими двумя проводами, передающими однофазный ток, величина напряжения составляет 220B.

Двухфазные сети

Этот тип электросетей предусматривает осуществление передачи двух переменных токов, по которым их напряжение сдвигается по фазе на 90°. Для передачи токов используются два фазных и два нулевых провода. Из-за дороговизны такой способ передачи напряжения сейчас не используется.

Трехфазные сети

В таких электросетях одновременно передаются три переменных тока со сдвигом напряжения по фазе на 120°. Источники соединяются по схеме «звезды», что позволяет использовать только три провода – 3-х фазных и одного нулевого. Преимуществом таких сетей признана экономичность и возможность передачи тока на большие расстояния. В любой паре проводов фаз присутствует напряжение в 380B, а в парах одного фазного и нулевого провода – 220B.

Исходя из вышеперечисленного, для электропитания городских квартир и частных домов оборудуются однофазные или трехфазные сети.

Где используется напряжение в 220B, а где в 380B

В большинстве жилых объектов (квартирах, домах, коттеджах и на дачах) установлены и используются однофазные электросети, в которых напряжение составляет стандартные 220B. Это обоснуется тем, что уровень потребления в обычном доме или квартире не превышает, как правило, 10 кВт.

Трехфазная электросеть проводится на объекты, где планируемый уровень потребления мощностей превышает значение в 10 кВт, а также установлены и используются электрические установки, которые требуют именно трехфазную подачу напряжения для обеспечения корректного функционирования. К примеру, если для запуска трехфазного двигателя использовать лишь одну фазу с применением конденсатора, это существенно понизит КПД электроустановки и в то же время увеличит расход электрической энергии.

С другой стороны, если уровень максимально потребляемой мощности в частном домохозяйстве не превышает 9-ти кВт, допускается использование на вводе двужильного медного кабеля с сечением 6мм и установку автомата на 40A.

В случае, когда максимальная нагрузка предположительно равняется 15кВт, для провода одной фазы величина проходящего тока составит 70A. Следовательно, обязательной будет прокладка медного провода с 10-милиметровым сечением и силового автоматического выключателя. Однако стоимость такой сети намного дороже. А потому выходом из ситуации может стать монтаж обычной трехфазной сети и распределение эффективной нагрузки поровну между фазами, то есть – по 5 кВт. На сегодняшний день подобные решения по обеспечению электропитанием используются большинством магазинов, предприятий и офисов.

Виды напряжения

Знание их особенностей и характеристик эксплуатации, крайне необходимо для манипуляций в электрощитах и при работе с устройствами, питаемыми от 380 вольт:

1. Линейное. Его обозначают как межфазный ток, то есть проходящий между парой контактов или идентичными клеймами разных фаз. Оно определяется разностью потенциалов пары фазных контактов.
2. Фазное. Оно появляется при замыкании начального и конечного выводов фазы. Также, его обозначают как ток, возникающий при замыкании одного из контактов фазы с нулевым выводом. Его величина определяется абсолютным значением разности выводов от фазы и Земли.

Что такое фазное напряжение?

Этот вид напряжения возникает при замыкании начального и конечного элементов фазы. Помимо этого, для его обозначения применяют ток, который возникает в случае замыкания одного контакта фазы с нулевым выводом. Этот параметр представляет собой абсолютное значение разницы выводов от фазы и земли.

Что такое линейное напряжение?

Под этим термином понимают межфазный ток. Он проходит между двумя контактами или одинаковыми клеймами различных фаз. Этот параметр представляет собой разницу потенциалов пары фазных контактов.

Отличия

В обычной квартире, или частном доме, как правило, существует только однофазный тип сети 220 вольт, поэтому, к их щиту электропитания, подведены в основном два провода – фаза и ноль, реже к ним добавляется третий – заземление.

К высотным многоквартирным зданиям с офисами, гостиницами или торговыми центрами, подводится сразу 4 или 5 кабелей электропитания, обеспечивающих три фазы сети 380 вольт.

Почему такое жесткое разделение? Дело в том, что трехфазное напряжение, во-первых, само отличается повышенной мощностью, а во-вторых, оно специфически подходит для питания особых сверхмощных электродвигателей трехфазного типа, которые используются на заводах, в электролебедках лифтов, эскалаторных подъемниках и т.д.

Такие двигатели при включении в трехфазную сеть вырабатывают в разы большее усилие, чем их однофазные аналоги тех же габаритов и веса.

Соединяя проводники не нужно монтировать нулевой контакт, ведь вероятность пробоя очень мала, благодаря не занятой нейтрали.

Но такая схема сети имеет и свое слабое место, так как в линейной схеме монтажа крайне сложно найти место повреждения проводника в случае аварии или поломки, что может повысить риск возникновения пожара.

Измерение

Напряжение, возникающее между фазными проводниками, называется линейным. При этом между фазным и нулевым появляется фазное напряжение. Линейную разновидность применяют для определения токов и прочих показателей трехфазной цепи. При этом в такие схемы допустимо включать не только трехфазные контакты. Также разрешается использовать и однофазные – в частности, разные бытовые приборы.

Номинальный показатель линейного напряжения составляет 380 Вольт. Под влиянием ряда факторов, которые возникают в локальной сети, оно может меняться. Потому ключевые отличия между рассматриваемыми видами напряжений кроются в методах соединения обмоток.

Мнение экспертаКарнаух Екатерина ВладимировнаЗакончила Национальный университет кораблестроения, специальность «Экономика предприятия»Более распространенной считается линейная разновидность. Это обусловлено безопасным применением и удобством распределения сетей. Чтобы измерить этот параметр, стоит применять мультиметр. При этом для оценки показателей фазного напряжения потребуются датчики тока, вольтметры и прочие специальные устройства.

Контроль и выравнивание этого показателя производится линейным стабилизатором напряжения. Это устройство поддерживает параметр в норме. К тому же он помогает нормализовать высокое напряжение.

Расчет

Сети с линейным током применяются довольно часто. Это обусловлено минимальными рисками и простотой разведения такой проводки. Все электроприборы в таком случае соединяются лишь с одним фазным проводом, по которому течет ток. При этом источником опасности считается только он.

Для расчета такой схемы будет достаточно обычных формул из курса физики. К тому же для измерения данного показателя сети хватит обыкновенного мультиметра. При этом для получения показаний фазного подключения потребуется целая система оборудования.

Чтобы подсчитать напряжение линейного тока, рекомендуется использовать формулу Кирхгофа и закон Ома. Благодаря применению этих понятий удастся быстро рассчитать характеристики определенного клейма или электрической сети.

Цель применения

В многоквартирных домах главными приемниками выступают бытовые устройства, которые питаются от сети 220 Вольт. При этом возникает потребность в равномерном разделении между проводами с нагрузкой. Потому квартиры требуется подключать в соответствии с шахматной схемой. В частных домах применяется способ рассредоточения нагрузки на каждый кабель. При этом стоит принимать во внимание проводниковые токи, которые передаются при включении наибольшего количества устройств.

Если включить в сеть с одной или тремя фазами одинаковые электродвигатели, удастся получить разницу в мощности их работы. Если подобрать более эффективный метод подключения, можно повысить параметры на выходе в 3 раза. Если учитывать соотношение между фазными и линейными токами, стоит рассчитывать обмотки на более высокие параметры.

Плюсы и минусы

Для каждой из систем питания характерны определенные преимущества и недостатки. Однофазная сеть 220 Вольт отличается следующими плюсами:

• простота;
• доступная стоимость;
• опасное напряжение.

К недостаткам относятся:

• ограниченная мощность;
• невозможность функционирования асинхронных двигателей.

Для трехфазной сети 380 Вольт характерны такие преимущества:

• ограничение мощности лишь сечением проводов;
• экономия;
• возможность питания промышленного оборудования;
• возможность переключения однофазной нагрузки на другую фазу при снижении качества или отсутствии питания.

К недостаткам стоит отнести следующее:

• потребность в дорогостоящем оборудовании;
• высокое напряжение;
• ограничение мощности однофазных нагрузок.

Использование линейного и фазного напряжения

Электрические цепи бывают постоянного и переменного тока. Чаще для соединения источника электричества с потребителем используются трехфазные цепи переменного тока. Такой тип тока имеет ряд преимуществ:

• ниже затраты на передачу энергии;
• возможность создания электродвижущей силы для функционирования асинхронного оборудования (лифтов, подъемников);
• можно одновременно использовать линейное и фазное напряжение.

Для подключения генераторов в магистраль используют принцип треугольника или звезды. В первом варианте обмотки подсоединяются последовательно, начало фазы и конец другой фазы соединены. Схема позволяет повысить напряжение в несколько раз. Во втором случае начальные участки обмоток объединяются в общую точку, повышение мощности не происходит.

Классификация электросети по составу рабочих элементов:

• активная;
• пассивная;
• линейная;
• нелинейная.

Используя 4 кабеля в магистрали, можно, варьируя подключения, использовать одновременно линейные и фазные токи, что расширяет область применения. Трехфазные магистрали считаются универсальными, т. к. подключается большая нагрузка, например, к сети в 10 вольт. Если подсоединить к линии соответствующий приемник, например, трехфазный электрический двигатель, то его механическая мощность достигнет величин, в 3 раза превышающих показатели однофазного агрегата.

В многоквартирном секторе основными приемниками являются бытовые устройства и приборы, питающиеся от сети 220 В. Требуется равномерное разделение между проводами с нагрузкой, поэтому квартиры подключаются по шахматной схеме. В частном домостроении принята концепция рассредоточения нагрузки на каждый кабель от всех домашних приборов и оборудования. Учитываются проводниковые токи, передающиеся во время включения максимального числа устройств.

Включая в сеть с 1 или 3 фазами одинаковые электрические двигатели, можно получить разницу в мощности его работы. Если дополнительно выбрать эффективный способ подключения, то показатели на выходе повысятся втрое. Учитывая соотношение между фазными и линейными токами, следует рассчитывать обмотки на повышенные значения. Относительный показатель разницы зарядов между нагруженными проводами всегда больше аналогичного значения между фазой и нулем. Основное отличие линейных характеристик напряжения и мощности фазы состоит в параметрах получаемого вольтажа.

Классическим примером применения обоих видов напряжения является соединение при установке трехфазного генератора. Используются вторичные обмотки и первичные обвивки, соединяемые по одной из схем. Связь линейного напряжения и значения фазы при соединении по типу треугольника помогает выравнивать ток, и обе мощности становятся почти одинаковыми. Аналогично подсоединяются двигатели, преобразователи и трансформаторы.

Вариант звезды предполагает подсоединение контактов всех обмоток к одной цепи с применением перемычек. В проводниках проходит ток с показателями этой сети, а напряжение передается на активные выводы и контакты.

Схемы подключения

Есть две схемы подключения источников напряжения (генераторов) в сеть:

• «треугольником»;
• «звездой».

Когда выполняется подключение «звездой», начало обмоток генератора соединены в одной точке. Оно не дает возможности увеличения мощности. А подключение по схеме «треугольник» — это когда обмотки соединяются последовательно, а именно, начало обмотки одной фазы соединяется с концом обмотки другой. Это дает способность в три раза увеличить напряжение.

Схемы подключения «звезда», «треугольник»:

Схемы подключения «звезда», «треугольник»

Для лучшего понимания схем подключения специалисты дают определение, что такое фазные и линейные токи:

• линейный ток — это ток, который протекает в подводнике соединения источника электрической энергии и приемника (нагрузки);

Токи линейные и фазные:

Токи линейные и фазные

• фазный ток — это ток, протекающий в каждой обмотке источника электрической энергии или в обмотках нагрузки.

Линейные и фазные токи имеют значение, когда есть несимметричная нагрузка на источник (генератор), это часто встречается в процессе подключения объектов к электроснабжению. Все параметры, относящиеся к линии, — это линейные напряжения и токи, а относящиеся к фазе, — параметры фазных величин.

Из соединения «звезда» видно, что линейные токи имеют такие же параметры, как и фазные. Когда система симметрична, необходимость в нейтральном проводе отпадает, на практике он поддерживает симметрию источника, когда нагрузка несимметрична.

Из-за несимметричности подключаемой нагрузки (а на практике это происходит с включением в цепь осветительных устройств) надо обеспечить независимую работу трем фазам цепи, это можно сделать и в трехпроводной линии, когда фазы приемника соединяются в треугольник.

Специалисты обращают внимание на тот факт, что когда понижается линейное напряжение, изменяются параметры фазного напряжения. Зная значение междуфазное напряжение, можно легко определить величину фазного напряжения.

Комбинированный вариант соединения

В некоторых случаях используется комбинированный вариант «звезда-треугольник». Электродвигатель мягко запускается на соединении «звезда», а после того, как набирает необходимые обороты, реле переключает его на «треугольник». Однако не все двигатели можно подключить подобным образом. К примеру, существуют электромоторы, имеющие всего 3 вывода в контактной группе. Они изначально изготовлены под соединение «звезда» и подключить их «треугольником» невозможно.

ФОТО: meganorm.ruКомбинированное соединение подойдёт не для всех типов двигателей

Если объединить распространённые типы включения в трёхфазную сеть, можно увидеть следующую картину.

ФОТО: birmaga.ruНаиболее распространённые типы включения в трёхфазную сеть

Вычисление соотношения между фазным и линейным напряжением

Для расчёта соотношения следует знать линейные параметры. Все вычисления производятся по формуле: 12UAB=UA cos 30˚, либо UAB=2√3/2×UA=√3×UA. Таким образом, делаем вывод, что окончательная формула выглядит следующим образом – Uл=√3×UФ.

На первый взгляд может показаться, что формулы слишком сложны, однако это не так. С другой стороны, домашнему мастеру практически нет смысла заниматься подобными расчётами. Достаточно обычной проверки напряжения на каждой из фаз обычным мультиметром.

Мультиметр незаменим при электромонтажных работах

Как сделать расчет линейного напряжения?

Специалисты для вычисления параметров линейного напряжения используют формулу Кирхгофа:

Специалисты для вычисления параметров линейного напряжения используют формулу Кирхгофа

и закон Ома:

Закон Ома

Когда выполняется разветвленная система снабжения объекта электроэнергией, иногда есть необходимость вычислить напряжение между двумя проводами «ноль» и «фаза»: IF=IL, что говорит о равности параметров фазных и линейных. Соотношение между фазными проводами и линейными можно найти, используя формулу:

Соотношение между напряжениями

Находящий элемент соотношений напряжений и оценки системы электроснабжения специалистами выполняется по линейным параметрам, когда известно их значение. В системах электроснабжения из четырех проводов выполняется маркировка 380/220 вольт.

Для чего требуется проверка напряжения фаз перед включением

При подключении оборудования, требующего напряжения 380 в (к примеру, асинхронного электродвигателя) следует проверить напряжение на каждой из трёх фаз и сравнить показатели. Особенно это касается частных секторов, где напряжение нестабильно или электромонтёры имеют недостаточную квалификацию. Дело в том, что в деревнях часто не обращают внимания на распределение нагрузки. В результате подобных действий одна из фаз может быть перегружена при минимальной нагрузке на остальные. Вкупе с устаревшими трансформаторами это приводит к перекосу фаз. Получается, что на одной из фаз напряжение значительно снижается. Это приводит к перегреву трёхфазных двигателей или иного оборудования и выходу его из строя.

Такой перекос явно не пойдёт на пользу оборудованию, работающему от трёх фаз

Нюансы

В продолжение разговора о двигателях нельзя оставить без внимания вопрос выбора схемы включения. Дело в том, что обычно двигателя на своем шильдике содержат маркировку:

В первой строке вы видите условные обозначения треугольника и звезды, обратите внимание, треугольник идет первым. Далее 220/380В – это напряжение на треугольнике и звезде, значит, что при соединении треугольником нужно, чтобы линейное напряжение было равно 220В

Если в вашей сети напряжение равно 380 – значит нужно подключать двигатель в звезду. В то время как фазное всегда на 1,73 меньше, не зависимо от величины линейного.

Отличным примером является следующий двигатель:

Здесь номинальные напряжения уже 380/660, это значит, что его для линейного 380 нужно подключать треугольником, а звезда предназначена для питания от трёх фаз 660В.

Подведём итог

Из всего изложенного можно сделать вывод, что фазное напряжение в сети 0.4 кВ всегда равно 220 В, в то время как линейное 380 В. Однако не стоит считать, что если значения фазного напряжения ниже, оно становится менее опасным. Редакция Homius со всей ответственностью заявляет, что поражение электрическим током может привести к летальному исходу независимо от того, линейное напряжение в цепи или фазное. Ведь поражение тканям и органам наносит не само напряжение, а сила тока. К примеру, 220 В трансформированные в 36 В становятся даже опаснее. Ведь человек практически не чувствует столь низкого напряжения, а в это время ток поражает органы. Поэтому при электромонтажных работах не следует забывать о технике безопасности.

Памятка начинающему электрику

Надеемся, что изложенная информация будет полезна начинающим электромонтажникам и домашним мастерам. При возникновении вопросов можете смело излагать их в обсуждениях ниже. Редакция Homius с удовольствием ответит на них как можно более развёрнуто и быстро. Там же Вы можете изложить своё мнение о статье, оставить комментарий или поделиться личным опытом в подключении трёхфазного оборудования. Если понравилась статья, не забываем её оценивать. А мы напоследок предлагаем Вашему вниманию короткий видеоролик, который позволит более полно раскрыть сегодняшнюю тему.

Что такое перекос фаз, как исправить эту проблему

Одним из выдающихся благ цивилизации является электричество. Благодаря тому, что это открытие в наше время так распространено, жизнь общества в целом, и каждого человека в отдельности, значительно упростилась и стала более комфортной.

Вместе с тем, время от времени, в электросети могут возникать трудности, требующие решения. Одной из проблем многих частных владений, общественных заведений и производственных мощностей является перекос фаз.

Что это такое, и как его исправить?

Что такое перекос фаз: Перекос фаз – это состояние электрической сети, при котором одна или две из трех фаз нагружены сильнее, чем остальные. При этом наблюдается значительное снижение мощности трехфазных электрических приборов, преимущественно двигателей и трансформаторов. Но это, что касается промышленных сетей.

В бытовых условиях перекос наблюдается более выражено, при этом может даже возникать риск выхода из строя электроприборов с преобладающей реактивной нагрузкой. К таким относятся компрессоры холодильников, вентиляторы, приборы с простыми силовыми трансформаторными источниками питания. То все то, что не имеет четкой гальванической развязки с сетью и схему защиты от перенапряжений и просадок.

Следует отметить, что существуют разные виды перекоса в электросети. В зависимости от типа проблемы, выбирается наиболее оптимальный способ ее решения. Остановимся на наиболее распространенной и, в то же время, самой простой ситуации – перекос фаз, вызванный неравномерным распределением внутрисетевой нагрузки.

Большинство сетей являются трехфазными. Если в них нагрузка распределена неравномерно, в следствии чего одна или две фазы перегружены, а третья (или же две) недогружена, происходит перекос. На практике это может выглядеть следующим образом: подавляющее большинство однофазных нагрузок питаются от одной фазы, тогда как остальные могут быть вовсе не задействованы либо использоваться по минимуму.

Наиболее часто встречаются ситуации неисправности, в которых при подключении электропитания к трансформаторам не учитывается их потребляемая мощность. Таким образом, бывает, что физически фазы имеют приблизительно одинаковое количество подключений, но вот потребляемая этими подключениями мощность существенно отличается.

Сосредоточие на одной из фаз приборов с высоким потреблением электричества неизбежно вызывает неравномерную нагрузку между фазами. То же самое можно сказать и об общественных и промышленных объектах – во всех случаях очень важно следить за равномерным распределением нагрузки между имеющимися фазами, это позволит предотвратить возникновение сложностей.

Что же собой представляет перекос фаз с точки зрения электротехники?

Трехфазную электрическую сеть в идеале можно представить равносторонним треугольником с нейтральной точкой в его середине.

Он отражает работу силового трансформатора на подстанции, которая установлена в каждом микрорайоне города и предназначена для равномерного распределения электричества по всем потребителям.

Стороны этого треугольника – это векторные линии, соединяющие его вершины. Обозначив вершины точками A, B, C и нейтралью N, можно составить таблицу напряжений и зависимость между ними:

AB=BC=CA=380 В;

AN=BN=CN=220 В.

При этом напряжения AB, BC, CA в 1,73 раза больше напряжений AN, BN, CN.

Идеальный трехфазный генератор, который обычно используется для питания всех бытовых приборов и промышленных сетей, должен обеспечивать эти уровни напряжений в широком диапазоне нагрузок.

Чем опасен перекос фаз

Во время перекоса наблюдается неравномерная нагрузка на фазы – на задействованной напряжение падает ниже нормы, тогда как недогруженная фаза испытывает скачок напряжения, превышающий допустимые показатели.

Результаты такого положения могут быть плачевными для многих электроприборов. Это вызвано тем, что отдельный прибор может либо недополучать требующейся мощности, либо получать ее в избытке.

Особенно такое положение опасно для приборов, потребляющих много энергии: двигателей для ворот, насосов, оборудования, использующегося в бассейнах и при поливе.

Вернемся: как исправит проблему с перекосом фаз?

Предотвратить негативные последствия для оборудования от перекоса между фазами позволяет трехфазный автомат. Если мощность в одной фазе превышаю предусмотренную нагрузку, автоматически отключается электричество во всем доме/линии.

Это не является решением ситуации, потому что лишь подобный подход не позволяет использовать всю доступную мощность.

К примеру, при трехфазном автомате на 16А, при превышении нагрузки на одной фазе 16А – система отключится, но это не позволяет полностью использовать всю возможную мощность 48А (16Х3).

Идеальным вариантом является планирование всех мощностей на начальном этапе проектирования здания, таким образом можно равномерно распределить напряжение между всеми фазами, предотвратив тем самым перекос. Если же здание уже сдано в эксплуатацию – можно замерить напряжение на каждой фазе в отдельности, для этого используется вольтметр, и при необходимости осуществить перераспределение.

Реальные рабочие условия

При стандартном распределении на дом с тремя подъездами обычно одна фаза используется для питания одного подъезда, вторая для второго и третья, соответственно, для третьего. Это позволяет равномерно нагрузить развязывающий понижающий трансформатор на подстанции и обеспечить ему оптимальные режимы работы. Но это справедливо, только если нагрузка примерно одинакова, притом как в активной, так и реактивной составляющей.

Но, к сожалению, потребителю не объяснишь, что необходимо придерживаться норм расхода электричества, а если рассматривать сельскую местность, то многие умельцы в сеть подключают очень большую активную нагрузку, что существенно ухудшает условия работы трансформатора на подстанции. Через одно плечо начинает течь больший ток, чем через остальные, тем самым разогревая магнитопровод, а это приводит к возникновению в нем паразитных вихревых токов, нарушающих режим работы источника еще сильнее.

Пишите комментарии,дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.