Виды напряжения и их особенности

Для того чтобы избежать проблем с электроэнергией в доме или квартире, правильно подключать приборы и быстро исправлять разнообразные поломки, нужно знать, что такое фазное и линейное напряжение. Важно учитывать, что в большинстве случаев электричество подается на 3 фазы. Жилое помещение может быть подключено к любой из них.

Прибор для измерения напряжения нужно использовать в работе, чтобы не допустить ошибок

Что такое фаза в электричестве — основные понятия

Еще из школьной программы по физике известно, что действующие электрические сети можно разделить на 2 типа.

Выделяют:

• Сети переменного тока.
• Сеть постоянного тока.

Сам же электрический ток представляет собой упорядоченное движение электронов.

Если рассматривать постоянный ток, то движение частиц происходит всегда в одном направлении — имеется постоянная поляризация.

Когда речь идет о переменном варианте, то направление движения электронов постоянно меняется. Поляризация также будет непостоянной, то есть переменной.

Электричество поступает к приборам от генератора, который располагается на подстанции.

Особенность в том, что из генератора выходят 3 фазы и ноль. После этого движение электричества в сформировавшейся цепочке будет проходить по кругу (оно закольцовано). По проводу с любой из фаз поступает к прибору, а в обратную сторону идет уже через ноль и уходит обратно в трансформатор.

Приборы подключаются к созданной цепи с помощью розеток. Нулевой провод не опасен, так как он имеет нулевой потенциал — это нужно учитывать в момент подключения приборов.

Все достаточно просто

Чтобы понять, что представляет собой фаза, можно представить две емкости: одна стоит на полу, а другая зафиксирована на определенной высоте и в ней содержится вода.

В случае повреждения дна верхней емкости, вся вода начнет быстро вытекать и попадет в нижнюю емкость. Возникнет ощутимый напор (в случае с электричеством — потенциал).

Если же будет повреждено дно у нижней емкости, то вода будет вытекать из нее медленно и останется на земле — напора не возникнет. Объяснить возникшие различия не сложно — все зависит от потенциалов.

Если рассматривать именно электричество, то отличие между потенциалами ноля и фазы равно 220 Вольт для России и европейских стран или 110-120 Вольт для США.

Ноль заземлен, поэтому его потенциал уходит в землю. Когда нет различий в потенциалах, то движение электрического тока прекращается. Именно поэтому люди не получают поражения электричеством в обычной жизни.

Фаза предназначена для того, чтобы осуществлять по ней движений электрического тока. Когда электроприбор подключается к общей цепи с помощью розетки, происходит закрытие цепи (она замыкается).

Человек может получить удар током в том случае, когда дотрагивается до оголенного ноля. В этом случае сбрасывание потенциала произойдет через тело, так как оно будет находиться ближе, чем, например, опора электропередач, а ток пойдет по пути наименьшего сопротивления.

Причины поражения током

После изучения основных понятий становится ясно, что фазное напряжение возникает между началом и концом определенной фазы (фазным проводом и нолем). Линейное напряжение определяют, как то, которое возникает между двумя проводами или одинаковыми выводами, находящимися на разных фазах.

Если присутствуют нормальные условия эксплуатации, то показатели линейных одинаковы и превышают фазные в 1,73 раза.

В случае использования сети с 3 фазами в большинстве случаев оценке подлежит показание от линейного напряжения. Оно устанавливается на уровне 380 Вольт (что соответствует фазному и его значению в 220 Вольт).

Получается что:

• Токи, которые протекают в каждой из фаз, будут называться фазными.
• Токи в ветвях нагрузки — линейные.
• Показатели величины зависят от ряда факторов (фазного напряжения, типа нагрузки).

Если нагрузка активная, то токи идентичны с регистрируемым во время измерения напряжением на фазе. Когда нагрузка емкостная или индуктивная, токи будут опережать или отставать от напряжения, имеющегося на фазе.

Даже цвета проводов могут иметь решающее значение во время подключения техники

Виды напряжения, особенности и отличия, плюсы и минусы

Знать, какие виды напряжения существуют очень важно, так как от этого зависит безопасность проведения работ в электрощитах.

Даже при осуществлении подключения бытовой техники это пригодится, чтобы избежать повреждения приборов при включении или поражения током во время прикосновения к работающей технике.

Подобный вариант выбирается, когда планируется организовать подключение большого количества приборов, которые являются мощными по своим характеристикам.

В процессе подключения в большинстве случаев используется 5-жильный кабель. Сеть является в этом случае 3-фазной, в свою очередь, фазы разветвляются на потребителей, 1 жила будет нулевой, 1 — заземление и 1 — по которой идет электричество к прибору.

Нужно помнить, что стандартный кабель для подачи электричества для однофазной сети имеет 2 или 3 жилы. Каждая имеет особенность:

• Фаза (плюс) — провод, по которому напряжение приходит к электроприбору. В результате получения энергии появляется освещение в помещении, начинают работать устройства и бытовая техника.
• Фаза Ноль (минус) — провод, по которому ток, поступивший к прибору, возвращается обратно к источнику энергии. Также ноль отвечает за то, чтобы выровнять показатели фазного напряжения, и избежать превышения значений.

Перед началом выполнения любых видов работ, связанных с электричеством, нужно знать, что представляет собой такое понятие, как заземление.

Оно требуется для защиты человека (прежде всего) и техники от поражения электротоком. Случается подобное, например, если техника неисправная или изолирующий материал поврежден.

Почему возникает короткое замыкание

В результате будет разорвана цепь, подача электричества прервется. В системе же сработает защитный элемент — будут выбиты пробки или «удар» примет на себя автоматическая система отключения.

Необходимо помнить, что автоматический выключатель не сработает, если сам по себе прибор или бытовая техника имеют повреждения или неисправности. Результатом будет то, что ток пройдет через тело человека в момент прикосновения.

Для того, чтобы избежать подобного используется заземление. Если же оно не предусмотрено в помещении, то для дополнительной защиты ставят специальные приборы, которые называются УЗО.

Они выполняют функцию заземления и защищают человека от поражения электрическим током в случае возникновения неисправности или повреждения в защите прибора.

Пример того как может выглядеть схема

Плюсы и минусы для каждой из систем питания также нужно рассмотреть.

Однофазная: простая в эксплуатации, доступная по стоимости, достаточно надежная — это плюс. Минусами являются ограничения по мощности, нельзя подключить асинхронные двигатели.

Для трехфазной сети с показателями мощности в 380 Вольт характерны следующие плюсы:

• ограничение мощности присутствует только сечением проводов;
• выраженная экономия;
• возможность обеспечения питания электроэнергией промышленного оборудования.

Также к положительному нужно отнести возможность переключения однофазной нагрузки на другую фазу. Это нужно, когда наблюдается снижение качества работы одной из фаз.

Минусами в этом случае будут: потребность установки специального оборудования, высокое напряжение и одновременно ограничение мощности однофазных нагрузок.

Фазное напряжение, понятие термина, характеристики

Фазное напряжение появляется, если произойдет замыкание начального и конечного выводов фазы.

Фазным обозначают ток, который появляется во время замыкания одного из контактов фазы с нулевым выводом. Показатель величины в этом случае определяется абсолютным значением разности выводов от фазы и заземления.

Электроэнергия, как было рассмотрено, поступает по проводам. Они протягиваются непосредственно от подстанции, получающей энергию, в свою очередь, от источника выработки — электростанции.

В жилые дома поступает ток с показателями мощности 220 Вольт. Для предприятий — 380 Вольт. Стандартная сеть имеет 1 фазу. В ней используется 2 или 3 проводника.

Соответственно, фазное напряжение — это особый вид, возникающий в момент замыкания начального и конечного элементов фазы. Чтобы его обозначить, применяют ток, который возникает в случае замыкания одного контакта фазы с нулевым выводом. Параметр представляет собой абсолютное значение разницы выводов от фазы и земли.

Линейное напряжение, характеристики

Под термином линейное напряжение принято понимать межфазный ток. Он образуется и проходит между двумя контактами или одинаковыми клеймами различных фаз.

Параметр следует рассматривать, как разницу потенциалов пары фазных контактов. Они в 1,73 раза больше фазного напряжения по своим значениям.

В чём измеряются, основные формулы

Нормы и требования прописаны ГОСТ 13109. По нему норма напряжения в электрической сети варьируется.

Она может быть предоставлена в диапазоне от 198 Вольт до 242 Вольт. Это означает, что от стандартного показателя в 220 Вольт в норме допускаются отклонения в 10 % в большую или меньшую стороны.

Правильное использование схемы повышает безопасность

Для этой цели применяется мультиметр или вольтметр. Максимальные значения можно получить в ночное время, так как большая часть нагрузки снимается.

Если измерения проводятся с помощью мультметра, и имеется трехфазная сеть, то будут следующие значения (формулы для расчетов):

• Между рабочим нулем и каждой из фаз значения рассчитываются так — А-N, В-N, С-N.
• Линейные напряжения определяется следующим методом — А-В, А-С, В-С.
• Общее количество измерений должно быть равно 6.

В редких случаях или для дополнительного контроля проводится и еще одно измерение — между заземляющим и нулевым рабочим проводником — N-PE.

Методы расчета линейного и фазного напряжения

Если используется трехфазный генератор, он имеет на стартере 3 однофазные самостоятельные обмотки.

У каждой начала и конца будут сдвинуты на 2/3 расстояния между серединами разноименных полюсов. В них возникает однофазный переменный ток.

В рассматриваемой схеме трехфазный ток представляет собой три однофазных тока, сдвинутых на 2/3 периода, что равно 120°. В любой момент времени сумма всех трех отдельных фаз равна нулю.

Как вычислить соотношение между такими цепями

Если используется соединение в звезду, концы фаз, которые можно обозначить как X, Y, Z соединяют и образовавшийся узел носит название нулевой точки.

Узел может иметь вывод — нулевой провод. На схемах его указывают пунктирной линией. Если произвести по этому принципу соединение с нулем, можно получить 2 напряжения — линейное и фазное.

Соотношение между линейным и фазным напряжениями выражается с помощью формулы:

Uл=Uф∙√3

Соединение в треугольник получается в случае соединения концов и начал фаз AY, BZ, CX.

При таком соединении отсутствует ноль и напряжение на фазе равно линейному напряжению между двумя проводами Uл=Uф.

Формула для расчетов применяется следующая:

Iл=Iф∙√3

В случае использования трехфазной системы нужно учитывать, что если ток в одной обмотке идет от конца к началу, то в двух других оставшихся он направлен от начала к концу.

Так выглядит одна из возможных схем

Схемы трехфазных цепей

Под трехфазной симметричной системой понимают совокупность трех синусоидальных ЭДС. В них одинаковыми будут частоты и амплитуды, сдвинутые по фазе на 120°.

Способы включения обмоток

Для построения рабочей трехфазной цепи к каждой фазе трехфазного источника присоединяется отдельный приемник электроэнергии. Также может быть использована одна фаза трехфазного приемника. Соединения можно провести звездой или треугольником.

Формулы для определения мощности

Активная мощность, отдаваемая в процессе работы трехфазного генератора и потребляемая трехфазным потребителем, определяется суммой активных мощностей каждой фазы потребителя.

Формула мощности 3-х фазного тока имеет следующий вид:

Pобщ=Uа∙Iа∙cosϕа + Ub∙Ib∙cosϕb + Uc∙Ic∙cosϕc,

где в каждой фазе, соответственно:

• U — напряжение;
• I — сила тока;
• cosϕ — коэффициент мощности.

Такое определение будет справедливо и для реактивной мощности трехфазного тока.

Простым примером может считаться расчет потребления энергии симметричной нагрузкой. Когда, например, используется трехфазный асинхронный двигатель, подключенный в сеть с линейным напряжением 380 В.

Коэффициент мощности обозначается тогда так — cosϕ=0,76.

Потребляемая мощность рассчитывается по формуле и равна:

P=√3Uл∙Iл∙cosϕ=√3∙380∙10∙0,76=5000 ВА

А если речь идет о бытовой сети? Можно взять для примера ситуацию, когда к активной нагрузке на первую фазу подключена электрическая духовка, потребляющая 10 А, на второй фазе питается электрочайник (5 А). Третья линия обслуживает люминесцентные светильники (2 А) с cosϕ=0,5.

В данном случае расчеты будут выглядеть так:

Pобщ=Uа∙Iа∙cosϕа + Ub∙Ib∙cosϕb + Uc∙Ic∙cosϕc = 220∙10+220∙5+220∙2∙0,5 = 3520 ВА.

Использование линейного и фазного напряжения

Так как трехфазные системы обладают рядом преимуществ, их активно используют в жилых домах и на производствах.

В результате удается достигнуть снижения затрат на содержание и передачу энергии, присутствует вместе с тем возможность создания электродвижущей силы для функционирования специализированных видов асинхронного оборудования — лифтов или подъемников.

Можно использовать для подключения наиболее удобный вариант подключения

Использование трёхфазных линий в многоквартирных домах

Принято считать, что в многоквартирных жилых домах представлено напряжение 220 Вольт. Однако это не совсем так. К ним подведено, в том числе и напряжение в 380 Вольт.

В подъездных щитах присутствует трехфазная цепь. Она распределяется отдельно в каждую квартиру, которая находится в этом подъезде. В результате на каждую из них приходится одна фаза и ноль.

Именно с их помощью обеспечивается необходимое и считающееся обычным фазное напряжение в 220 Вольт.

Еще один из вариантов

В случае необходимости подключения в квартире оборудования, требующего напряжения 380 Вольт, владелец может обратиться с заявлением, например, в обслуживающую этот многоквартирный дом управляющую компанию.

Специалист-электрик определит возможность подобного подключения. Только после чего можно будет провести в квартиру новую трехфазную линию. Дополнительно потребуется произвести замену прибора учета потребления электрической энергии (счетчик), на подходящий для системы.

Что такое несимметрия в высоковольтных сетях, чем опасно

Наиболее часто возникает проблема под названием перекос фаз в трехфазной сети или несимметрия. Доходит она до 1,0 кВ. Рассматривают ее в связке с глухозаземленной нейтралью.

Причины перекоса фаз в трехфазной сети

Проблема в том, что в ряде случаев проблема способна стать причиной выхода из строя разнообразных приборов, которые используют для работы электрическую энергию.

Чтобы иметь возможность предпринять действия для устранения последствий, нужно знать, что же представляет собой несимметрия в высоковольтных сетях.

Это негативное состояние, вызванное подключением оборудования с большим показателем по мощности потребления (например, дугоплавильная печь). Ей в процессе работы требуется получать мощность в 330,0 кВ.

Для того, чтобы не было проблем, нужно учитывать все возможные проблемы

Так как это очень большие показатели, в сетях возможен перекос фаз, то есть несимметрия. Также проблема может быть вызвана конструктивными особенностями, которые имеются у ЛЭП — разным сопротивлением в фазах.

Нужно учитывать, что несмотря на то, что эти сооружения стоят очень дорого, они не отличаются особой степенью прочности и показателями надежности. Именно в этом и состоит причина того, что подобные опоры специалисты сразу стремятся устанавливать.

Здесь работает принцип: лучше пожертвовать качеством поступающей в сети электроэнергии, чем надежностью всей конструкции ЛЭП. Рекомендуется учитывать этот факт, прежде чем подключать к ним мощные элементы оборудования или конструкции, которые сразу начнут потреблять много электричества.

Как минимизировать негативные последствия, эффективные способы

Чтобы исправить возникшую негативную ситуацию выполняется специальная операция — транспозиция фазных линий, представляющая собой установку специальных опор.

Именно поэтому очень важно знать все особенности, касающиеся того, что представляются собой понятия «электрические сети», «фазы», «мощность», «потребление электрической энергии».