Для нас кажутся бредом слова "линейное напряжение в 2 раза больше фазного". Ведь мы привыкли к тому, что линейное напряжение отличается от фазного в 1,73 раза. Кажется совсем непонятным, почему в США фазное напряжение в розетках составляет 120 В, а линейное — 240 В?
Как это получается? Разберёмся вместе.
Отличие в схемах электроснабжения России и США
Сначала рассмотрим как организовано электроснабжение у нас. Например, к посёлку подходит высоковольтная линия, обычно это напряжение 6 или 10 кВ. В посёлке имеется КТП (комплектная трансформаторная подстанция), где это напряжение понижается до 0,4 кВ (линейное трехфазное). Далее, по воздушным или кабельным линиям, электроэнергия поступает в жилые дома.
Устройство высоковольтного трансформатора видно на этой модели:
Подробно на устройстве останавливаться не будем, это тема другой статьи. Также не будем рассматривать трехфазную сеть 0,4 кВ, на эту тему будут ссылки на другие статьи в конце.
Как устроены электросети в Америке?
В «одноэтажной Америке», схема электроснабжения иная. Как видно из нижнего рисунка, почти на каждой опоре перед домом есть понижающий трансформатор. Напряжение питающей высоковольтной линии может составлять от 2,3 кВ до 12,47 кВ.
Такой трансформатор выдает однофазное напряжение, и может питать несколько домовладений.
Устройство трансформатора простейшее, корпус герметичный.
Подходим к сути статьи.
Способы подключения
Подключить такие трансформаторы можно разными способами. Рассмотрим их подробнее.
Во-первых, это трёхпроводная система с расщеплённой фазой.
На первый взгляд можно подумать, что если из трансформатора выходят три провода, это привычные нам три фазы. Однако, здесь мы имеем вторичную обмотку со средним выводом, который заземлён и выступает в роли нейтрали.
Напряжение между средним нейтральным проводом и одним из фазных проводов (их ещё называют «горячими») составляет 120 В. Такое напряжение применяется для электроснабжения маломощных потребителей и освещения. Напряжение между двумя фазными проводами напряжение равно 240 В и применяется для «тяжёлых» нагрузок, например, кондиционеры, сушилки или зарядки для электромобилей.
Во-вторых, подключение вторичных обмоток трёх отдельных трансформаторов может быть выполнено по схеме «звезда». При этом фазное напряжение будет равно 120 В, а линейное напряжение составит 208 В.
Тут система как у нас - линейное напряжение в 1,73 раза больше фазного.
В-третьих, получить весь спектр напряжений можно, подключив обмотки по схеме «треугольник с высокой ногой».
Другое название - Delta High Leg или Дельта высокой ноги. В данном случае "высокая нога" - это фаза L3, фазное напряжение которой выше, чем на первых двух фазах.
В такой схеме также имеется обмотка с разделённым выводом. Обмотка С секционирована на две обмотки С1 и С2, между которыми подключён нейтральный провод. В свою очередь, этот провод заземлён. Уровни напряжений показаны на рисунке.
Подключая по разным схемам отдельные трансформаторы, можно получать различные напряжения. Получается своеобразный конструктор.
Преимущества и недостатки американской системы питания
Данный способ электроснабжения имеет свои достоинства и недостатки.
Высоковольтная линия не обязательно должна содержать три провода, фазный провод может быть даже один. Второй конец первичной обмотки заземляется.
Это используется, только если нет трехфазной нагрузки, которая требует сдвига 120 гр. между фазами. Для нас, которые привыкли, что все ТП у нас - трехфазные, такая система - дикость и бред.
Раз нет трёхфазных вводов, значит, и фазы нельзя перепутать между собой. Всё максимально просто. Нужно 120 В? Подключаем фазу и нейтраль. А если требуется 208 или 240 В, то подключаем «горячие», то есть фазные провода.
Уменьшение протяжённости линий низкого напряжения снижает и потери электроэнергии. Также при таком способе организации сетей вероятность кражи электроэнергии путём наброса на провода заметно снижается.
Однако, большое количество открытых болтовых соединений неизбежно приведёт к ухудшению контакта, так как они подвергаются атмосферным воздействиям.
У нас большинство трансформаторов как раз трехфазные. При серьёзном повреждении трёхфазного "российского" трансформатора требуется его замена. При этом электроснабжение всех подключённых к нему потребителей будет прекращено. В этом случае трансформатор снимают с КТП и везут на базу для ремонта. Там специальный персонал сливает масло (если он не сухой), разбирает и перебирает трансформатор. В поле такое не сделаешь. Самое большое, что можно сделать подтянуть контакты и заменить предохранители.
Такого не случится при повреждении одного отдельного трансформатора, а заменить его легче.
Заключение
В статье сравнивались наши трёхфазные трансформаторы и однофазные американские трансформаторы. То есть какие у них преимущества и недостатки.
Конечно же, после прочтения статьи, возникают обоснованные вопросы. Например, почему в США фазное и линейное напряжение различается от принятых у нас значений. Где всем понятный коэффициент 1,73? Как обстоят дела у трехфазных потребителей, которые используют, например асинхронные двигатели?
Вот это, и будет темой для последующей статьи. Если, конечно, данная тема интересна. Пишите в комментариях. Также планирую рассказать об истории создания таких систем.
Вторая часть статьи:
Статьи про напряжение и системы питания:
Видео в тему от Михаила Чистякова:
------------------------------------
Статья заинтересовала? Подписывайтесь на Дзен СамЭлектрик.ру и делитесь опытом в комментариях!
Также жду вас на блоге www.SamElectric.ru и в группе СамЭлектрик.ру в ВК!
Внимание! Автор не гарантирует, что всё написанное на этой странице - истина. За ваши действия и за вашу безопасность ответственны только вы!