Меню

Что такое четырехфазный ток

Исследование четырехфазных линий электропередач

Выработка, передача и распределение электроэнергии базируются на трехфазной системе переменного тока. Известно, что трёхфазность удовлетворяет требованиям симметрич­ности и уравновешенности. В симметричной системе сумма фазных напряжений и токов в любой момент времени равна нулю, а суммарная мощность всех фаз является величиной неизменной.

Выполнение этого условия обязательно, поскольку в противном случае постоянный механический момент на валу генератора переменного тока не будет уравновешиваться электромагнитным моментом в каждый произвольный момент времени.

Ближайшая уравновешенная и симметричная система — это четырёхфазная с фазным сдвигом, равным 90 °. Это позволяет улучшить технико-экономические, экологические и надежностные показатели электропередач.

Основные отличительные особенности четырехфазных электропередач:

  • наличие фазопреобразующих трансформаторов для преобразования трехфазной системы в четырехфазную и обратно;
  • фазы четырехфазной линии располагаются на опорах так, что образуют две независимые симметричные двухфазные системы, в каждой из которых токи и напряжения находятся в проти- вофазе, что позволяет повысить натуральную мощность и снизить экологическое влияние;
  • при возникновении однофазных КЗ на линии возможен переход на трехфазный режим работы с передачей не менее 75 % номинальной мощности.

Преобразование трехфазного переменного тока в четырехфазный и обратно является принципиально решенной проблемой, если иметь в виду схемы преобразования трехфазного переменного в двухфазный и обратно.

Возможны и другие варианты схем для преобразования трехфазного переменного тока в двухфазный со сдвигом векторов на 90 °.

Система четырехфазного переменного тока получается с помощью двух фазоповоротных трансформаторов. Первый преобразует трехфазную систему (а, в, с) в двухфазную (a, b) c фазовым сдвигом 90 °, а второй — в двухфазную систему (а, Р) с противоположным направлением составляющих, относительно первой двухфазной системы и образуется четырехфазная симметричная уравновешенная система переменного тока (a, b, a, Р).

При равенстве натуральных мощностей четырех и трехфазных линий волновое сопротивление четырехфазной линии в 4/3 раза больше и геометрический коэффициент для четырехфазной линии составляет 0,6-0,85 от трехфазной линии.

Таким образом, суммарное снижение максимальной напряженности электрического поля под четырехфазной линией по сравнению с трехфазной составляет 35-50 %.

При равных натуральной мощности и экологическом влиянии, стоимость четырехфазной линии меньше стоимости двухцепной линии или одноцепной трехфазной повышенной натуральной мощности. Но с другой стороны стоимость подстанций четырехфазных электропередач выше, чем для обычных линий, за счет фазопреобразующих трансформаторов. Поэтому экономическая эффективность четырехфазных линий начинает проявляться при критической длине линии, когда суммарные затраты сравниваемых вариантов оказываются одинаковыми.

Для исследования четырехфазных линий электропередач разрабатывается математическая модель и программное обеспечение для расчета нормальных и аварийных режимов четы- рехфазных линий.

Источник

Чем трехфазное напряжение отличается от однофазного

Три фазы = линейное напряжение 380 Вольт, Одна фаза = фазное напряжение 220 Вольт

Статья адресована начинающим электрикам. Я тоже когда-то был начинающим, и всегда рад поделиться знаниями и поднять профессиональный уровень моих читателей.

Итак, почему в некоторые электрощитки приходит напряжение 380 В, а в некоторые – 220? Почему у одних потребителей напряжение трёхфазное, а у других – однофазное? Было время, я задавался этими вопросами и искал на них ответы. Сейчас расскажу популярно, без формул и диаграмм, которыми изобилуют учебники.

Очень коротко, для тех, кто не будет читать дальше: напряжение 380 В называется линейным и действует в трехфазной сети между любыми из трёх фаз. Напряжение 220 В называется фазным и действует между любой из трёх фаз и нейтралью (нулём).

Другими словами. Если к потребителю подходит одна фаза, то потребитель называется однофазным, и напряжение его питания будет 220 В (фазное). Если говорят о трехфазном напряжении, то всегда идёт речь о напряжении 380 В (линейное). Какая разница? Далее – подробнее.

Чем три фазы отличаются от одной?

В обоих видах питания присутствует рабочий нулевой проводник (НОЛЬ). Про защитное заземление я подробно рассказал здесь, это обширная тема. По отношению к нулю на всех трёх фазах – напряжение 220 Вольт. А вот по отношению этих трёх фаз друг к другу – на них 380 Вольт.

Напряжения в трёхфазной системе

Так получается, потому что напряжения (при активной нагрузке , и ток) на трёх фазных проводах отличаются на треть цикла, т.е. на 120°.

Подробнее можно ознакомиться в учебнике электротехники – про напряжение и ток в трехфазной сети, а также увидеть векторные диаграммы.

Получается, что если у нас есть трехфазное напряжение, то у нас есть три фазных напряжения по 220 В. И однофазных потребителей (а таких – почти 100% в наших жилищах) можно подключать к любой фазе и нулю. Только делать это надо так, чтобы потребление по каждой фазе было примерно одинаковым, иначе возможен перекос фаз.

Подробнее о перекосе фаз, и от чего он бывает – здесь.

А защититься от перекоса фаз лучше всего с помощью реле напряжения, например Барьер или ФиФ ЕвроАвтоматика.

Кроме того, чрезмерно нагруженной фазе будет тяжело и обидно, что другие “отдыхают”)

Преимущества и недостатки

Обе системы питания имеют свои плюсы и минусы, которые меняются местами или становятся несущественными при переходе мощности через порог 10 кВт. Попробую перечислить.

Однофазная сеть 220 В, плюсы

  • Простота
  • Дешевизна
  • Ниже опасное напряжение

Однофазная сеть 220 В, минусы

  • Ограниченная мощность потребителя

Трехфазная сеть 380 В, плюсы

  • Мощность ограничена только сечением проводов
  • Экономия при трехфазном потреблении
  • Питание промышленного оборудования
  • Возможность переключения однофазной нагрузки на “хорошую” фазу при ухудшении качества или пропадании питания

Трехфазная сеть 380 В, минусы

  • Дороже оборудование
  • Более опасное напряжение
  • Ограничивается максимальная мощность однофазных нагрузок

СамЭлектрик.ру в социальных сетях

Подписывайтесь! Там тоже интересно!

Когда 380, а когда 220?

Так почему же в квартирах у нас напряжение 220 В, а не 380? Дело в том, что к потребителям мощностью менее 10 кВт, как правило, подключают одну фазу. А это значит, что в дом вводится одна фаза и нейтральный (нулевой) проводник. В 99% квартир и домов именно так и происходит.

Электрощиток в доме

Однофазный электрощиток в доме. Правый автомат – вводной, далее – по комнатам. Кто найдёт ошибки на фото? Хотя, этот щиток – одна сплошная ошибка…

Однако, если планируется потреблять мощность более 10 кВт, то лучше – трехфазный ввод. А если имеется оборудование с трехфазным питанием (содержащее трехфазные двигатели), то я категорически рекомендую заводить в дом трехфазный ввод с линейным напряжением 380 В. Это позволит сэкономить на сечении проводов, на безопасности, и на электроэнергии.

Трехфазный ввод

Трехфазный ввод. Вводной автомат на 100 А, далее – на счетчик трехфазный прямого включения Меркурий 230.

Не смотря на то, что есть способы включения трехфазной нагрузки в однофазную сеть, такие переделки резко снижают КПД двигателей, и иногда при прочих равных условиях можно за 220 В заплатить в 2 раза больше, чем за 380.

Однофазное напряжение применяется в частном секторе, где потребляемая мощность, как правило, не превышает 10 кВт. При этом на вводе применяют кабель с проводами сечением 4-6 мм². Потребляемый ток ограничивается вводным автоматическим выключателем, номинальный ток защиты которого – не более 40 А.

Про выбор защитного автомата я уже писал здесь. А про выбор сечения провода – здесь. Там же – жаркие обсуждения вопросов.

Но если мощность потребителя – 15 кВт и выше, то тут обязательно нужно использовать трехфазное питание. Даже, если в данном здании нет трехфазных потребителей, например, электродвигателей. В таком случае мощность разделяется по фазам, и на электрооборудование (вводной кабель, коммутация) ложится не такая нагрузка, как если бы ту же мощность брали от одной фазы.

Пример трехфазного электрощитка. Потребители и трехфазные, и однофазные.

Пример трехфазного электрощитка. Потребители и трехфазные, и однофазные.

Например, если дом питается от одной фазы, и потребляет мощность 15 кВт – это ток около 70А, нужен медный провод сечением не менее 10 мм². Стоить кабель с такими жилами будет существенно. А автоматов на одну фазу (однополюсных) на ток больше 63 А на ДИН-рейку я не встречал.

Читайте также:  В катушку соединенную с гальванометром вносят магнит направление индукционного тока зависит ответ

Поэтому в офисах, магазинах, и тем более на предприятиях применяют только трёхфазное питание. И, соответственно, трёхфазные счетчики, которые бывают прямого включения и трансформаторного включения (с трансформаторами тока).

И на вводе (перед счетчиком) стоят примерно такие “ящички”:

Трехфазный ввод

Трехфазный ввод. Вводной автомат перед счетчиком.

Существенный минус трехфазного ввода (отмечал его выше) – ограничение по мощности однофазных нагрузок. Например, выделенная мощность трехфазного напряжения – 15 кВт. Это значит, что по каждой фазе – максимум 5 кВт. А это значит, что максимальный ток по каждой фазе – не более 22 А (практически – 25). И надо крутиться, распределяя нагрузку.

Надеюсь, теперь понятно, что такое трехфазное напряжение 380 В и однофазное напряжение 220 В?

Схемы Звезда и Треугольник в трехфазной сети

Существуют различные вариации включения нагрузки с рабочим напряжением 220 и 380 Вольт в трехфазную сеть. Эти схемы называются “Звезда” и “Треугольник”.

Когда нагрузка рассчитана на напряжение 220В, то она включается в трехфазную сеть по схеме “Звезда”, то есть к фазному напряжению. При этом все группы нагрузки распределяются так, чтобы мощности по фазам были примерно одинаковы. Нули всех групп соединены вместе и подключены к нейтральному проводу трехфазного ввода.

В “Звезду” подключены все наши квартиры и дома с однофазным вводом, другой пример – подключение ТЭНов в мощных калориферах и конвектоматах.

Когда нагрузка на напряжение 380В, то она включается по схеме “Треугольник”, то есть к линейному напряжению. Такое распределение по фазам наиболее типично для электродвигателей и другой нагрузки, где все три части нагрузки принадлежат к единому устройству.

Система распределения электроэнергии

Исходно напряжение всегда является трехфазным. Под “исходно” я подразумеваю генератор на электростанции (тепловой, газовой, атомной), с которого напряжение в много тысяч вольт поступает на понижающие трансформаторы, которые образуют несколько ступеней напряжения. Последний трансформатор понижает напряжение до уровня 0,4 кВ и подаёт его конечным потребителям – нам с вами, в квартирные дома и в частный жилой сектор.

На крупных предприятиях с потреблением мощности более 100 кВт обычно существуют собственные подстанции 10/0,4 кВ.

Трехфазное питание – ступени от генератора до потребителя

На рисунке упрощенно показано, как с генератора G напряжение (везде речь идёт про трехфазное) 110 кВ (может быть 220 кВ, 330 кВ или другое) поступает на первую трансформаторную подстанцию ТП1, которая понижает напряжение в первый раз до 10 кВ. Одна такая ТП устанавливается для питания города или района и может иметь мощность порядка от единиц до сотен мегаватт (МВт).

Далее напряжение поступает на трансформатор ТП2 второй ступени, на выходе которого действует напряжение конечного потребителя 0,4 кВ (380В). Мощность трансформаторов ТП2 – от сотен до тысяч кВт. С ТП2 напряжение поступает к нам – на несколько многоквартирных домов, на частный сектор, и т.п.

Такие ступени преобразования уровня напряжения необходимы для того, чтобы уменьшить потери при транспортировке электроэнергии. Подробнее о потерях в кабельных линиях – в другой моей статье.

Схема упрощённая, ступеней может быть несколько, напряжения и мощности могут быть другие, но суть от этого не меняется. Только конечное напряжение потребителей одно – 380 В.

Напоследок – ещё несколько фото с комментариями.

Электрощит с трехфазным вводом, но все потребители - однофазные.

Электрощит с трехфазным вводом, но все потребители – однофазные.

Трехфазный ввод. Переход на меньшее сечение проводов, чтобы подключить их к счетчику.

Трехфазный ввод. Переход на меньшее сечение проводов, чтобы подключить их к счетчику.

Источник

Что такое фазное и линейное напряжение?

Уровень напряжения является потенциальной характеристикой качества снабжения электрической энергией потребителей. Приборы длительно эксплуатируются при условии работы в допустимом диапазоне мощности сети. Для определения параметров функционирования и подключения различают фазное и линейное напряжение в трехфазных цепях. На выходе от производителя напряжение изменяется для транспортировки, а после обратных преобразовательных этапов приобретает значение, применяемые потребителями.

Что такое фаза?

Фаза является значением тригонометрической функции, например определяющей вид или описывающей волновое или колебательное движение. Величина тождественна углу или аргументу периодической функции. Зависимость целой фазы от координат и времени не всегда бывает линейной и гармонической. Конец проводника, по которому ток поступает в цепь, или зажим представляет собой начало фазы. Изменение вольтажа цепи через временной промежуток является проекцией лучевого вектора на координатную ось.

Что такое фазное и линейное напряжение?

Цепь представляет собой стандартные элементы — энергетический генератор, цепь передачи, приемник. Для понятия, что такое фазное, линейное напряжение, их взаимодействие требуется определение фазы. Положение фазы действует только для магистралей переменного тока. Понятие определятся в виде уравнения сектора векторного вращения с фиксацией одного конца в исходе координат.

Электрические линии отличаются числом фаз: одно-, двух-, трех- и многофазная.

В России популярна трехфазная сеть для питания потребителей, которые представлены бытовыми строениями или промышленными объектами. Подключение отличается преимуществами по сравнению с электроснабжающей однофазной цепью:

  • экономичность из-за выгодного применения материалов;
  • возможность транспортировки большого объема электричества;
  • включение в рабочую цепь электрогенераторов и двигателей высокой мощности;
  • создание разных показателей напряжения в зависимости от варианта включения потребляющей нагрузки в электрическую линию.

Работа в трехфазной цепи зависит от взаимного соотношения ее компонентов. Показатели напряжения зависят от фазы (угла наклона векторного луча к координатной плоскости оси). Вольтаж определяется по земельному потенциалу, который равен нулю. Из-за этого кабель с присутствующим вольтажом именуют фазным, а заземляющий провод — нулевым. Угол фазы единичного вектора не имеет особой значимости, т. к. в линии он делает полный оборот на 360° за 1/50 часть секунды. Во внимание берется междуфазный угол относительности 2 векторов.

В сети с применением реактивных деталей угол берется между векторными показателями электротока и вольтажа, он носит название сдвига фазы. Если значения подключенных нагрузок со временем не изменяются, то величина сдвига будет всегда постоянной. Неизменность показателя используется в расчете электрической линии и анализа работы.

Что такое фазное и линейное напряжение?

При намотке на катушке множества оборотов провода номинальное напряжение увеличивается пропорционально числу витков. Явление привело к разработке генераторов, обеспечивающих потребителей электричеством. Для эффекта от применения магнитного поля иногда устанавливают несколько бобин. Статорное магнитное поле за поворот ротора пересекают одновременно 3 катушки, что ведет к увеличению мощности генератора. Это позволяет запитать сразу 3 пользователей.

Что такое фазное напряжение?

В трехфазных магистралях большинства государств размер напряжения равен 220 вольт. Фазный вольтаж измеряется в промежутке между фазами в начале и конце провода. Практически это величина посередине нулевого проводника и напряженного кабеля. При подсоединении по типу звезды значения линейных токов и фазного электричества не отличаются.

Фазное напряжение — это напряжение между нулевым проводом и одним из фазных (220 В).

Симметричная система исключает присутствие нейтральной жилы, при несимметричном способе нулевой кабель поддерживает соразмерность с источником. Во втором варианте часто в цепь включаются приборы освещения, и требуется независимое функционирование 3 рабочих кабелей, тогда выводы приемника объединяются по типу треугольника.

Межфазное напряжение используется в многоквартирном секторе с магазинами или офисами на первых этажах. Так можно запитать торговые площадки силовыми кабелями в целях обеспечения 380 вольт. В высотках подключение обеспечивает лифты, эскалаторы, промышленные холодильники. Разводка выполняется относительно просто, учитывая, что в жилье идет ноль и жила под нагрузкой, а на общественные помещения ответвляются 3 рабочих кабеля и нейтральная жила.

Отличие трехфазного тока от однофазного состоит в том, что показатель сети — это линейная мощность, а параметры, имеющие отношение к нагрузке, представляют собой фазный вольтаж. От станции к потребителю проводится линия, включающая рабочие жилы и нулевой провод. Для снижения утечек при прохождении по цепи в начале и конце сети ставятся преобразователи, но картина от этого не изменяется. Нейтральный провод фиксирует и транспортирует пользователю заявленный потенциал, полученный на выходе. Мощность в проводе под нагрузкой создается, исходя из значения в нейтрали.

Читайте также:  Управление коллекторным двигателем переменного тока 220в своими

Величина напряжения фазы выявляется и возникает относительно центра подключения обмоток — нейтрального провода. В симметричной относительно нагрузок схеме трехфазной цепи через ноль передается ток с минимальными показателями. На выводе такой линии провода под нагрузкой окрашиваются в общепринятые стандартные цвета:

  • жила L1 — коричневый;
  • провод L2 — черный;
  • кабель L3 — серый;
  • нулевая оплетка N — синий;
  • желтый или зеленый — предусмотрен для заземления.

Такие мощные линии проводятся к крупным потребителям — целым микрорайонам, заводам. Для небольших приемников монтируется однофазная линия, включающая нагруженный провод и дополнительный ноль. При равномерном распределении мощности в однофазных ответвлениях появляется равновесие в трехфазной конструкции. Для прокладки составляющих ветвей принимается напряжение фазы одной жилы относительно нейтрали.

Что такое линейное напряжение?

В трехфазной магистрали можно выделить дополнительное напряжение, при подсоединении перемычку между 2 нагруженными кабелями. Значение его выше, т. к. является проекцией на плоскость координат 2 векторов, составляющих угол 120° между собой. Довесок к значению фазового напряжения составляет 73% или рассчитывается как √3-1. Общепринятое линейное напряжение в электролинии всегда составляет 380 вольт.

Линейное напряжение — это напряжение между двумя фазными проводами (380 В).

Напряжение вычисляется в промежутке фаз или между их выводами. При монтаже схемы появляются трудности, заключающиеся в неточности при расчете проводника, что иногда вызывает аварию. Схемы подключения различаются вариантами объединения нагруженных жил и источника электричества. Преимущества однофазной сети:

  • безопасность эксплуатации оборудования, т. к. опасность в плане поражения исходит от 1 кабеля;
  • схема применяется для осуществления эффективной разводки, выбора принципа эксплуатации, расчета параметров и выполнения измерений.

Расчеты в системе простые, выполняются с учетом стандартных физических формул. Для замеров показателей цепи используется мультиметр. Характеристики подключения к фазе определяются с помощью специальных вольтметров, токовых датчиков.

Линейное напряжение возникает при прохождении электрического тока в подводнике при объединении источника энергии и приемника. При понижении мощности на участке между выходом генератора и потребителем параметры фазного вольтажа также изменяются. Зная линейные показатели, нетрудно высчитать значение фазного напряжения.

Источник



Анализ четырехфазных линий электропередач

Рубрика: 5. Энергетика

Опубликовано в

Статья просмотрена: 1555 раз

Библиографическое описание:

Малеева, Е. И. Анализ четырехфазных линий электропередач / Е. И. Малеева. — Текст : непосредственный // Технические науки: традиции и инновации : материалы I Междунар. науч. конф. (г. Челябинск, январь 2012 г.). — Челябинск : Два комсомольца, 2012. — С. 92-97. — URL: https://moluch.ru/conf/tech/archive/6/1293/ (дата обращения: 27.04.2021).

Якутия является резервом ресурсов страны для будущих поколений, располагая запасами различных природных ресурсов, труднодоступных в настоящее время для широкомасштабного освоения. Основными факторами, сдерживающими дальнейшее развитие экономики республики, являются ограниченная транспортная доступность территории.

С вводом в эксплуатацию железной дороги в республике появятся новые источники экономического роста. В зону круглогодичного транспортного сообщения будут интегрированы центральные, восточные и западные районы республики с охватом около 80 % населения. Мощный толчок к развитию получат действующие предприятия.

В связи с этим возникает необходимость электроснабжения как самой дороги, которая начнет развиваться, так и промышленно-хозяйственной инфраструктуры вдоль нее. Линия электропередачи 220 кВ станет главным системообразующим звеном между Южно-Якутской и Центрально-Якутской энергосистемами, а линии 35 кВ будут выполнять функции распределительных.

В качестве линии 35 кВ предлагается четырехфазная линия [3], которая будет обеспечивать электротягу и электроснабжение промышленно-хозяйственных комплексов вдоль железной дороги.

П
ростейшая схема четырехфазной электропередачи приведена на рисунке 1.

По существу, она является сдвоенной линией «два провода – земля» (ДПЗ), впервые предложенной в 30-х годах. Напряжения и токи в одной линии ДПЗ соответственно равны по величине и противоположны по направлению напряжениям и токам в другой.

Существенным отличием четырехфазной линии от линии ДПЗ является отсутствие тока в земле. [ 1 ]

По предложенной четырехфазной линии можно передавать мощность примерно в 1,1 – 1,2 раз большую, чем по двум трехфазным. Четырехфазная линия обладает надежностью двухцепной линии, потери мощности в ней меньше примерно в 1,5 – 1,7 раз, чем в двухцепной трехфазной.

С одной стороны, она дешевле двухцепной примерно в 1,6 -1,8 раз, что позволяет рассматривать ее экономические показатели в сравнении с аналогичными показателями одноцепной линии, с другой стороны, обладая надежностью двухцепной электропередачи, имеет потери мощности примерно в два раза меньшие, чем двухцепные. При этом для ее осуществления не требуется разработка нового оборудования.

Конструкция четырехфазной линии электропередачи зависит от класса напряжения (область применения – сети с изолированной нейтралью, 6-35 кВ). Линия 35 кВ может быть выполнена либо на П-образных опорах, либо на двух отдельных стойках по два провода на каждой. Последние должны быть разделены расстоянием, чтобы при падении одной стойки вторая не пострадала. Это, во-первых, исключает короткое замыкание всех четырех фаз, а значит, при повреждении двух фаз линия может быть переведена в режим ДПЗ и сохранится передача части мощности. Во-вторых, можно предусмотреть ремонт линии по частям (по две фазы) с сохранением электроснабжения потребителей оставшимися двумя фазами по системе ДПЗ. В этом случае по надежности четырехфазная электропередача сопоставима с двумя цепями трехфазной.

Технические характеристики четырехфазной линии электропередачи были рассмотрены на участке линии длиной 100 километров, выполненной проводом – АС-95 в сравнении с двухцепной и одноцепной трехфазными линиями напряжением 35 кВ. Нагрузка включена на напряжение 10 кВ через трансформаторы мощностью 10 МВА. Ограничивающим фактором является допустимое напряжение, равное 1,15 U Н .

Максимальная передаваемая мощность по двухцепной трехфазной линии, ограничиваемая уровнем напряжения 40,5 кВ, равна 11,4 МВт с cos 0,8 и компенсацией реактивной мощности 2 МВАр. Потери мощности в линии составляют при этом 3,44 МВт, или 30,17% от мощности нагрузки.

При передаче такой же мощности по четырехфазной линии на шины мощности потери в электропередаче, с симметрированием реакторами включенными между землей и заземляемыми обмотками трансформаторов, составляют 2,04 МВт или 17%. Отношение потерь мощности в двухцепной трехфазной линии к потерям мощности в четырехфазной составляет 1,68. Далее на рисунке 2 приведено наглядное изображение зависимости потерь от передаваемой мощности.

Рисунок 2. Зависимость потерь от передаваемой мощности

Четырехфазные линии электропередачи предполагают питание каждой нагрузки через два трансформатора. При питании через один трансформатор появляются токи в земле. Нежелательность этих токов обусловлена двумя последствиями:


создается контур «провод – земля», протекание токов, по которому наводит напряжения на линии связи, железнодорожной автоматики;

высушивается земля вокруг заземлителей, в результате чего возникают большие шаговые напряжения.

В местностях с вечной мерзлотой в зимний период питание потребителей через один трансформатор от четырехфазной линии вообще исключается, так как токи в земле не протекают.

На данный момент ведутся исследования по возможности устранения токов в земле, предлагается ввести глубинное заземление.

Как было сказано выше, у четырехфазной линии загружены только две фазы, а сопротивление третьей равно нулю, следовательно, на нагрузке создаются неодинаковые фазные падения напряжения. Таким образом, чем больше передаваемая мощность, тем больше несимметрия напряжений. [2]

Несимметрию можно устранить несколькими способами:


включением емкостных батарей между фазами с наименьшим линейным напряжением;

пофазным регулированием коэффициентов трансформации трансформаторов;

включением последовательно с заземляемой обмоткой трансформатора индуктивности;

включением несимметричной активной нагрузки.

Четырехфазная электропередача как и любая линия подвержена коротким замыканиям. Если при пробое изоляции одной фазы трехфазной линии в сети с изолированной нейтралью линия может продолжать работать, то однофазный пробой изоляции в четырехфазной линии превращается в короткое замыкание, требующее отключения. Отключение линии полностью прекращает электроснабжение, и это делает сомнительным предпочтение четырехфазной электропередачи двухцепным и одноцепным трехфазным ЛЭП. Четырехфазная электропередача может составить конкуренцию трехфазной только в том случае, если при повреждении одной фазы будет обеспечиваться хотя бы частичное электроснабжение.

Читайте также:  Условие существования электрического тока в проводнике необходимо наличие

Для решения этой задачи, во-первых, необходимо исключить короткие замыкания одновременно всех четырех фаз линии. Это возможно, если линию выполнить на двух одностоечных опорах, разнесенных на расстояние, примерно равное высоте опоры. Тогда возможны только двухфазные короткие замыкания на линии, и даже при падении опор одной цепи в сторону второй исключается повреждение последней, а электропередачу можно перевести в режим ДПЗ, отключив поврежденную цепь. Во-вторых, при однофазном коротком замыкании можно отключить поврежденную фазу. Тогда трехфазная связь передающей и приемной систем полностью не нарушится, но усилится неравенство сопротивлений в фазах трехфазной сети.

С помощью разработанной математической модели были изучены три неполнофазных режима при заземленной обмотке фазы А трансформатора: однофазное отключение фаз В и С линии (рис. 3а и 3б) и одновременное отключение одной цепи, состоящей из двух фаз, подключенных к трансформаторам с одной группой соединения обмоток (рис. 3в).

О тключение фазы В четырехфазной линии .

Режимы отключения фаз рассмотрены при передаче мощности до максимального возможного значения, а векторные диаграммы токов – при передаче мощности в нормальном режиме, равной 8 МВт (максимальной передаваемой мощности при отключении двух фаз с симметрированием емкостями). Векторная диаграмма токов в линии до отключения фазы приведена на рисунке 4а, а после отключения – на рис.4б. (красным и синим цветом изображены соответственно векторы токов фаз В и С линии, включенных к трансформаторам с группой соединения Y / &#; -11, розовым и зеленым – те же фазы, включенные к трансформаторам с группой соединения Y / &#; -5.).

Рисунок 4. Векторная диаграмма токов в линии до отключения фазы (а) и после отключения (б)

После отключения фазы В2 ток работающей фазы В1 увеличивается почти в два раза, практически не меняя направления. Остальные токи изменяются незначительно, но между ними угол становится около 150 0 . Изменение сопротивления земли в сторону увеличения, что наблюдается зимой в условиях вечной мерзлоты симметрирует звезду токов за счет исключения токов в земле, но характер токов в генераторах и нагрузке не меняется.

Максимальная передаваемая мощность тремя фазами линии, ограничиваемая максимальным допустимым напряжением на линии, составляет 13 МВт, но несимметрия напряжений при этом возрастает до 4,9%. Максимальные напряжения на фазах В и С линии составляют 40,5 кВ и 40,2 кВ соответственно.

Отключение фазы С четырехфазной линии.

Все принципиальные выводы, полученные для режима отключения фазы В, остаются справедливыми и для отключения фазы С. Разница лишь в законе симметрирования напряжения на нагрузке. В схеме без включения индуктивных сопротивлений между заземляемыми обмотками трансформаторов и землей величин несимметрии ниже 4% при коэффициенте мощности нагрузки в пределах 0,7–0,9 можно достичь, если мощность емкостной батареи, включенной на напряжение U СА нагрузки, будет равна Q СА = 0,3 S Н , на остальных линейных напряжениях емкости не включаются.

Максимальная передаваемая мощность тремя фазами линии, ограничиваемая максимальным допустимым напряжением на линии, составляет 14 МВт. При передаче 10 МВт необходимая мощность конденсаторных батарей составляет 3,75 МВАр.

Отключение двух фаз линии

Отключение двух фаз линии от трансформаторов с одной группой соединения обмоток переводит четырехфазную линию в режим «два провода — земля». По существу это трехфазный режим, осуществляемый по двум проводам линии. В качестве третьего провода используется земля. Отключение двух фаз не обязательно только при двухфазных КЗ. Перевод линии в режим ДПЗ желательно выполнять при ремонтах линии. Отключив два провода на отдельной стойке, можно безопасно осуществлять ремонт. Поэтому режим ДПЗ четырехфазной линии следует предусматривать как один из нормальных.

Максимальная передаваемая мощность, ограничиваемая напряжениями на линии, составляет 6,7 МВт. При этой мощности и cos &#; , равном 0,8, мощность конденсаторной батареи составляет 2,4 МВАр. Напряжения на фазах линии практически равны между собой, а симметрия токов со стороны генератора лучше, чем при отключении одной фазы линии.

Таким образом можно сделать вывод, что четырехфазные линии электропередачи по сравнению с двухцепными трехфазными имеют в 1,5 раз меньшие потери мощности. Это обстоятельство, а также более низкая стоимость по сравнению с двухцепными трехфазными линиями позволяет рекомендовать их применение в промышленных районах с преобладанием потребителей I и II категорий.

При неполнофазных режимах четырехфазная линия может эксплуатироваться, сохраняя работоспособность большинства объектов, что доказывает конкурентоспособность трехфазным линиям электропередач.

В случае возникновения несимметрии, она устраняется одним из предложенных способов: включением емкостных батарей между фазами с наименьшим линейным напряжением, пофазным регулированием коэффициентов трансформации трансформаторов, включением последовательно с заземляемой обмоткой трансформатора индуктивности, включением несимметричной активной нагрузки.

Совокупность четырехфазных линий электропередачи, трансформаторных подстанций образуют принципиально новую электрическую систему – четырехфазные электрические сети. Связь четырехфазных электрических сетей с традиционными трехфазными как со стороны питания, так и со стороны потребителей осуществляется обычными трехфазными трансформаторами, т.е. разработка нового оборудования не требуется.

Андреев В.В. Четырехфазная схема электропередачи с трехфазными трансформаторами // Электричество. – 1952 – № 1 – С. 15-17.

Бурянина Н.С., Королюк Ю.Ф., Лесных Е.В., Шеметов А.И. Четырехфазные линии электропередачи для сетей с изолированными нейтралями // Вестник ЯГУ.– том 2 – № 4 – 2005 – С. 90-94.

Патент 2256273 Российская Федерация, МПК7 Н 02 J 3/00, 3/04. Электрическая система / Бурянина Н.С., Королюк Ю.Ф., Бурянина Е.В., Олесова В.Л., Олесов Л.А.; заявители и патентообладатели Бурянина Н.С., Королюк Ю.Ф. – № 2003132023/09; заявл. 31.10.2003; опубл. 10.07.2005, Бюл. № 19.

Похожие статьи

Ключевые слова: электроснабжение, линия электропередачи.

Неравномерная нагрузка фаз увеличивает потери электроэнергии в фазах, так как.

Его устанавливают в разрез линии электропередачи трехфазной сети потребителей переменного тока напряжением 0,4

Анализ четырехфазных линий электропередач | Статья в сборнике.

Исследования воздействия несимметрии напряжения на.

Анализ четырехфазных линий электропередач | Статья в сборнике. Отношение потерь мощности в двухцепной трехфазной линии к потерям мощности в четырехфазной составляет 1,68.

Имитационная модель однофазного замыкания на землю в сетях.

Анализ четырехфазных линий электропередач.

Анализ четырехфазных линий электропередач. Если при пробое изоляции одной фазы трехфазной линии в сети с изолированной нейтралью линия может продолжать работать, то однофазный пробой.

Потери электроэнергии и способы борьбы с ними | Молодой ученый

Алгоритм для расчета потерь мощности в электрических сетях. В третьем и четвертом столбце указываются удельное активное и реактивное сопротивление проводов данной линии. Потери мощности в электрической сети.

Напряжения на фазах линии практически равны между собой.

Анализ четырехфазных линий электропередач. Напряжения на фазах линии практически

Анализ четырехфазных линий электропередач.

Потери электроэнергии и способы борьбы с ними | Молодой ученый. Только в этом случае необходимо проверять оба провода ноль и фазу.

Режимы работы и замыкания в электроустановках

Анализ четырехфазных линий электропередач | Статья в сборнике. Это, во-первых, исключает короткое замыкание всех четырех фаз, а значит, при повреждении двух фаз линия может быть переведена в режим ДПЗ и сохранится передача части мощности.

Увеличение пропускной способности как средство повышения.

Передаваемая по линии мощность без потерь находится [2, с.2]: , (1). где — напряжение в начале линии, кВ

Без компенсации наибольшая передаваемая мощность по линии составит 1063,2 МВт [5, с.63].

Расчет несимметричных трехфазных цепей | Статья в журнале.

Трехфазные системы передачи электрической энергии состоят из источников энергии, линий передачи, трансформаторов и электродвигателей. В результате какой-либо аварии (например, короткого замыкания или обрыва провода).

Приложение комплексных чисел в электротехнике

Анализ четырехфазных линий электропередач | Статья в сборнике. Напряжения и токи в одной линии ДПЗ соответственно равны по величине и противоположны по направлению напряжениям и токам в другой.

Источник