Говоря о напряжении в сети, обычно имеется в виду однофазная бытовая линия, однако в настоящее время электроснабжение осуществляется при помощи трехфазных сетей, в которых имеется фазное и линейное напряжение, отличающиеся друг от друга по своей величине.
Действующее значение и амплитудное значение напряжения
Согласно нормативным документам в розетке должно быть 220В, а по новым стандартам 230В, однако это не совсем так. 220В - это "действующее" значение переменного напряжения, которое определяется по выделению тепла в нагревателе и соответствует величине постоянного напряжения с той же нагревающей способностью.
При этом переменный ток отличается от постоянного тем, что его величина и полярность всё время меняются - начиная с ноля возрастает до максимума, затем уменьшается до нулевого значения, после чего снова растёт, но уже с противоположным знаком.
Максимальное значение напряжения носит название "амплитудное", что указывает на то, что оно измеряется в момент его максимальной величины.
Соотношение между действующим напряжение Ud и амплитудным Um зависит от формы этого напряжения, которое можно увидеть на экране осциллографа.
В бытовой сети присутствует синусоидальное напряжения, в котором эти параметры связаны формулой Um=√2Ud и для сети 220В Um=√2*220=310В. Именно на эту величину следует ориентироваться при подборе конденсаторов и электрической прочности изоляции.
Как устроена трёхфазная система электроснабжения
Для понимания, что такое линейное напряжение и чем оно отличается от фазного, следует разобраться, как устроена современная система электроснабжения.
Переменное напряжение в сети вырабатывается трёхфазными генераторами и передаётся потребителю при помощи трансформаторов. Обмотки этих электроприборов соединены по схеме "звезда". Это значит, что концы катушек соединены между собой, а начала подключаются к линии электропередач.
При равномерном распределении нагрузки по фазам этого достаточно, но так получается только в случае питания трёхфазного электродвигателя. На практике добиться одинаковой мощности электроприборов невозможно, в результате чего появляется перекос фаз и напряжение начинает колебаться в диапазоне 0-380В.
Для предотвращения таких ситуаций к трём фазным проводам добавлен четвёртый - нейтраль, по которому протекает уравнительный ток. Этот проводник соединяется со средней точкой звезды, которая, в свою очередь подключается к контуру заземления на трансформаторной подстанции.
Такая система электроснабжения называется TN (terra-neutre) или с глухозаземлённой нейтралью.
Важно! Значительные колебания напряжения сети возникают при обрыве нулевого провода в трёхфазной линии и опасны для большинства электроприборов. Для их защиты необходимо устанавливать реле напряжения РКН.
Фазное и линейное напряжение трёхфазной сети
В трёхфазной электропроводке имеются два типа проводов - линейные, по которым в квартиру подаётся напряжение, и нейтраль, которая соединена с нейтралью питающего трансформатора и служит для замыкания цепи.
Соответственно, в сети имеется два вида напряжения - фазное и линейное.
Что такое фазное напряжение
Напряжение между нулевым и фазным проводами называется "фазное" и может обозначаться Uf, Uф или Ua, Ub и Uc, в зависимости от того, на какой фазе оно было измерено.
Именно такое питание необходимо для бытовых устройств, поэтому на вопрос, что такое фазное напряжение можно ответить, что это напряжение в розетке.
Первоначально оно составляло 110В, причём постоянного тока, но в результате развития систем электроснабжения оно превратилось в переменное 220В, а после введения в действие ГОСТ 29322-2014 было поднято до 230В±10%.
Что такое линейное напряжение
В трёхфазной сети имеется ещё одно напряжение, являющееся производным от фазного. Это линейное и оно измеряется между линейными проводами или началами обмоток трёхфазного генератора или трансформатора.
До введения в действие нового ГОСТа оно составляло 380В, сейчас линейное напряжение должно быть 400В±10%. На электросхемах и при расчётах такое напряжение обозначается Ul, Uл или Uab, Ubc, Uac.
Такое питание используется для подключения трёхфазных электродвигателей, для которых необходимы только три линейных проводника.
Для повышения электробезопасности к таким электромашинам может подходить четырёхжильный кабель, четвёртая жила которого необходима для заземления корпуса устройства.
Чем отличается линейное напряжение от фазного
Главное отличие заключается в том, что линейное напряжение измеряется между двумя линейными проводами, а фазное между одним из них и нейтралью. Поэтому в сети с линейным напряжением опасно прикосновение к любому из проводников, а в бытовой сети нельзя дотрагиваться только к фазному проводу.
Поэтому, согласно ПУЭ п.6.6.28, в однофазной сети допускается отключать только этот проводник и в линии устанавливать однополюсный автомат. По этой же причине выключатель освещения необходимо устанавливать в цепи фазного провода.
Кроме этого, однофазная проводка с фазным напряжением и трёхфазная с линейным отличаются количеством проводов:
- Фазное. Минимальное количество проводников два - ноль и фаза, в современной проводке к ним должен быть добавлен третий - защитное заземление.
- Линейное. Электроприборы, предназначенные для работы только от двух фаз, практически отсутствуют, поэтому число проводов зависит от назначения устройства. К трёхфазной электромашине с внешним заземлением подходит три линейных проводника, с подключением к заземлению по кабелю четыре, а к группе однофазных аппаратов пять. Это три линейных провода, рабочая нейтраль и защитное заземление.
Из-за повышенного расхода проводов и более сложного монтажа трёхфазные линии используются только для питания электродвигателей или нескольких нагрузок большой мощности, например, разных квартир в многоквартирном доме или электроплит с несколькими нагревателями.
В этом случае распределение нагрузки по разным фазам позволяет уменьшить потребляемый ток, сечение кабелей и номинальный ток автоматов и другой защитной аппаратуры.
Важно! Нейтраль отключается только в однофазных сетях двухполюсным автоматом, а заземляющий провод согласно ПУЭ п.1.7.145 разрывать каким-либо выключателем запрещено, кроме заземляющей клеммы в розетке.
Соотношение при соединении звездой и треугольником
Фазное и линейное напряжение в трёхфазной сети связаны между собой формулой Uл=√3Uф. Практические измерения показывают истинность этого выражения, но для того, чтобы понять, откуда появился этот коэффициент, необходимо начертить векторную диаграмму потенциалов.
Трёхфазное электропитание вырабатывается синхронными генераторами, обмотки которых сдвинуты на 120°, поэтому на чертеже изображаются три вектора одинаковой величины, исходящие из центральной точки 0. Это фазные напряжения UA0, UB0 и UC0. Векторы AB, BC и CA между точками A, B и
С соответственно являются линейным напряжением. При этом данные векторы образуют равносторонние треугольники АВ0, ВС0 и СА0 с одним углом 120° и двумя 30°.
После применения простейших геометрических преобразований видно, что короткие стороны фигуры (фазное напряжение) в 1,73 или √3 меньше, чем длинная (линейное напряжение).
Важно! Данное соотношение соблюдается только при отсутствии перекоса фаз, причиной которого могут быть недостаточное сечение проводов, плохой контакт в нейтральном проводе, его обрыв или короткое замыкание с одним из линейных проводников.
Вывод
Несмотря на то, что в розетках имеются только фазная и нулевая клеммы, в трёхфазной сети имеются фазное и линейное напряжение. Большинство бытовых потребителей сталкивается с линейным напряжением только в аварийной ситуации, но в промышленности оно необходимо для работы электромашин переменного тока.
Кроме того, такие сети используются для уменьшения потребляемого тока, поэтому к многоквартирным домам и некоторым частным в кабеле подходит сразу три фазы, нейтраль и заземление, после чего они делятся на три однофазных линии.
ПОХОЖИЕ СТАТЬИ НА КАНАЛЕ:
