Просмотр кода страницы Трёхфазная система электроснабжения

{{Falseredirect|Фазовый провод}}<!-- А в двухфазных?-->
'''Трёхфазная система электроснабжения'''&nbsp;— частный случай многофазных систем электрических цепей [[переменный ток|переменного тока]], в которых действуют созданные общим источником синусоидальные [[Электродвижущая сила|ЭДС]] одинаковой частоты, сдвинутые друг относительно друга во времени на определённый [[Сдвиг фаз|фазовый угол]]. В трёхфазной системе этот угол равен 2π/3 [[радиан]] (120°).

== Описание ==
Каждая из действующих ЭДС находится в своей [[Фаза колебаний|фазе]] периодического процесса, поэтому часто называется просто «фазой». Также «фазами» называют проводники — носители этих ЭДС. В трёхфазных системах угол сдвига равен 120 градусам. Фазные проводники обозначаются в РФ латинскими буквами L с цифровым индексом 1…3 либо A, B и C<ref>Действующий в РФ ГОСТ 2.709-89 ''предписывает'' обозначение цепей фазных проводников трёхфазного переменного тока: L1, L2, L3, и при этом ''допускает'' обозначения A, B, C.</ref>.
[[File:Three Phase Transformer 001.jpg|thumb|Трехфазный трансформатор|266x266пкс]]
Распространённые обозначения фазных проводов:
{| class="wikitable"
|-
! Россия, EC (выше 1000 В)
! Россия, ЕС (ниже 1000 В)
! Германия
! Дания
|-
| А
| L1
| L1
| R
|-
| B
| L2
| L2
| S
|-
| C
| L3
| L3
| T
|}
{| class="wikitable"
| colspan="3" | Иллюстрации
|-
! [[Файл:3-phase_flow.gif|мини|300x300px|центр|Анимированное изображение течения токов по симметричной трёхфазной цепи с соединением типа «звезда»]]
! [[Файл:Vektori phaz normalniy rejim.png|thumb|200px|Векторная диаграмма фазных токов. Симметричный режим|центр]]
! [[Файл:Spannungsverlauf Dreiphasen-Wechselstrom.gif|thumb|363x363px|Графическое представление зависимости фазных токов от времени|центр]]
|-
|}

Кроме фазных проводников, в сетях до 1000 вольт применяется нейтральный провод ('''N''' - "нейтраль" или "ноль"). Он позволяет использовать трехфазную сеть для питания однофазной нагрузки фазным напряжением.

== Преимущества ==
[[Файл:3phase.jpg|200px|thumb|Возможная схема разводки трёхфазной сети в многоквартирных жилых домах]]
* Экономичность.
** Экономичность передачи электроэнергии на значительные расстояния.
** Меньшая материалоёмкость 3-фазных трансформаторов.
** Меньшая материалоёмкость силовых кабелей, так как при одинаковой потребляемой мощности снижаются токи в фазах (по сравнению с однофазными цепями).
* Уравновешенность системы. Это свойство является одним из важнейших, так как в неуравновешенной системе возникает неравномерная механическая нагрузка на [[Электрический генератор|энергогенерирующую установку]], что значительно снижает срок её службы.
* Возможность простого получения кругового вращающегося магнитного поля, необходимого для работы электрического двигателя и ряда других электротехнических устройств. Двигатели 3-фазного тока (асинхронные и синхронные) устроены проще, чем двигатели постоянного тока, одно- или 2-фазные, и имеют высокие показатели экономичности.
* Возможность получения в одной установке двух рабочих напряжений — фазного и линейного, и двух уровней мощности при соединении на «звезду» или «треугольник».
* Возможность резкого уменьшения мерцания и [[Стробоскопический эффект|стробоскопического эффекта]] светильников на [[Люминесцентная лампа|люминесцентных лампах]] путём размещения в одном светильнике трёх ламп (или групп ламп), питающихся от разных фаз.

Благодаря этим преимуществам, трёхфазные системы наиболее распространены в современной электроэнергетике.

== Схемы соединений трёхфазных цепей ==
{{see also|Трансформатор#Схемы и группы соединения обмоток трёхфазных трансформаторов}}

=== Звезда ===
[[Файл:Соединение_обмоток_звезда-звезда.svg|мини|500x500пкс|Иллюстрация соединения типа "звезда"]]
Звездой называется такое соединение, когда концы фаз обмоток генератора (G) соединяют в одну общую точку, называемую нейтральной точкой или ''нейтралью''. Концы фаз обмоток потребителя (M) также соединяют в общую точку.

Провода, соединяющие начала фаз генератора и потребителя, называются ''линейными''. Провод, соединяющий две нейтрали, называется [[нейтральный провод|нейтральным]].

Трёхфазная цепь, имеющая нейтральный провод, называется четырёхпроводной. Если нейтрального провода нет — трёхпроводной.

Если сопротивления Z<small>a</small>, Z<small>b</small>, Z<small>c</small> потребителя равны между собой, то такую нагрузку называют ''симметричной''.

==== Линейные и фазные величины ====
Напряжение между фазным проводом и нейтралью (U<small>a</small>, U<small>b</small>, U<small>c</small>) называется фазным. Напряжение между двумя фазными проводами (U<small>AB</small>, U<small>BC</small>, U<small>CA</small>) называется линейным. Для соединения обмоток звездой, при симметричной нагрузке, справедливо соотношение между линейными и фазными токами и напряжениями:

<math>I_L=I_F; \qquad U_L=\sqrt{3}\times{U_F}</math>

Несложно показать, что линейное напряжение сдвинуто по фазе на <math>\pi/6</math> относительно фазных:  

: <math>u^{ab}_L=u_{F}^a-u_{F}^b=U_F[\cos(\omega t)-
\cos(\omega t-2\pi/3)]=2U_F\sin(-\pi/3)\sin(\omega t-\pi/3)=
\sqrt{3}U_F\cos(\omega t+\pi-\pi/3-\pi/2)</math>
: <math>u_L=\sqrt{3}U_F\cos(\omega t+\pi/6)</math>

==== Мощность трёхфазного тока ====
Для соединения обмоток звездой, при симметричной нагрузке, мощность трёхфазной сети равна:
:<math>P=3 U_F I_F \cos \varphi =3 \frac{U_L}{\sqrt{3}} I_L \cos \varphi =\sqrt{3} U_L I_L \cos \varphi</math>

==== Последствия отгорания (обрыва) нулевого провода в трёхфазных сетях ====
[[Файл:Surge protection.JPG|152x152px|thumb|Существующие виды защиты от линейного напряжения, которые можно найти в продаже в электротехнических магазинах]]
[[Файл:Additional busbars.JPG|152x152px|thumb|Шины для раздачи нулевых проводов (синяя) и проводов заземления (зелёная)]]
При симметричной нагрузке в трёхфазной системе питание потребителя линейным [[Электрическое напряжение|напряжением]] возможно даже при отсутствии [[Нейтральный провод|нейтрального провода]]. Несмотря на это, при питании нагрузки фазным напряжением, когда нагрузка на фазы не является строго симметричной, наличие нейтрального провода обязательно. При его обрыве или значительном увеличении сопротивления  (плохом [[Электрический контакт|контакте]]) происходит так называемый [[Несимметрия токов и напряжений|перекос фаз]], в результате которого подключенная нагрузка, рассчитанная на фазное напряжение, может оказаться под произвольным напряжением в диапазоне от нуля до линейного (конкретное значение зависит от распределения нагрузки по фазам в момент обрыва нулевого провода). Это зачастую является причиной выхода из строя [[Электроприбор|бытовой электроники]] в [[Квартира|квартирных домах]], который может приводить к пожарам. Пониженное напряжение также может послужить причиной выхода из строя техники.

==== Проблема гармоник, кратных третьей ====
Современная техника всё чаще оснащается импульсными сетевыми [[Вторичный источник электропитания|источниками питания]]. Импульсный источник без корректора [[Коэффициент мощности|коэффициента мощности]] потребляет ток узкими импульсами вблизи пиков синусоиды питающего напряжения на интервалах зарядки конденсатора входного [[Выпрямитель|выпрямителя]]. Большое количество таких источников питания в сети создаёт повышенный ток третьей гармоники питающего напряжения. Токи гармоник, кратных третьей, вместо взаимной компенсации, математически суммируются в [[нейтральный провод|нейтральном проводнике]] (даже при симметричном распределении нагрузки) и могут привести к его перегрузке даже без превышения допустимой мощности потребления по фазам.Такая проблема существует, в частности, в офисных зданиях с большим количеством одновременно работающей оргтехники.

Решением проблемы третьей гармоники является применение корректора коэффициента мощности (пассивного или активного) в составе схемы производимых импульсных источников питания.
Требования стандарта IEC 1000-3-2 накладывают ограничения на гармонические составляющие тока нагрузки устройств мощностью от 50 Вт. В России количество гармонических составляющих тока нагрузки нормируется стандартами ГОСТ Р 54149-2010, ГОСТ 32144-2013 (с 1.07.2014), ОСТ 45.188-2001.

{{-}}
----

=== Треугольник ===
[[Файл:Соединение_обмоток_треугольник-треугольник.svg|мини|500x500пкс|Иллюстрация соединения типа "треугольник"]]
'''Треугольник''' — такое соединение, когда конец первой фазы соединяется с началом второй фазы, конец второй фазы с началом третьей, а конец третьей фазы соединяется с началом первой.

==== Соотношение между линейными и фазными токами и напряжениями ====
Для соединения обмоток треугольником, при симметричной нагрузке, справедливо соотношение между линейными и фазными токами и напряжениями:

<math>I_L=\sqrt{3}\times{I_F}; \qquad U_L=U_F</math>

==== Мощность трёхфазного тока при соединении треугольником ====
Для соединения обмоток треугольником, при симметричной нагрузке, мощность трёхфазного тока равна:

<math>P=3 U_F I_F \cos \varphi = 3 U_L \frac{I_L}{\sqrt{3}} \cos \varphi = \sqrt{3} U_L I_L \cos \varphi </math>

=== Распространённые стандарты напряжений ===
{{главная|Стандарты напряжений и частот в разных странах}}

{| class="wikitable"
|-
! Страна !! Частота, Гц !! Напряжение (фазное/линейное), Вольт
|-
| Россия <ref name="автоссылка1">Согласно ГОСТ 29322-2014</ref> || 50 ||230/400 <ref name="автоссылка1" /> (бытовые сети)<br>230/400, 380/660, 400/690, 3000, 6000, 10000 (промышленные сети){{нет АИ|24|08|2018}}
|-
| Страны ЕС  || 50 || 230/400,  <br> 400/690 (промышленные сети)
660

450
|-
| Япония  || 50 (60) || 100/208
|-
| США || 60 || 120/208, <br>277/480  <br> 240 (только треугольник)
|-
|}

== Маркировка ==
{{Main|Провод#Маркировка|Маркировка кабеля#Силовой кабель}}
Проводники, принадлежащие разным фазам, маркируют разными цветами. Разными цветами маркируют также нейтральный и защитный проводники. Это делается для обеспечения надлежащей защиты от поражения электрическим током, а также для удобства обслуживания, монтажа и ремонта электрических установок и электрического оборудования — фазировка (чередование фаз, то есть очерёдность протекания токов по фазам) принципиальна, так как от неё зависит направление вращения [[Трёхфазный двигатель|трёхфазных двигателей]], правильная работа [[Фазовое регулирование|управляемых]] трёхфазных выпрямителей и некоторых других устройств. В разных странах маркировка проводников имеет свои различия, однако многие страны придерживаются общих принципов цветовой маркировки проводников, изложенных в стандарте Международной электротехнической комиссии МЭК 60445:2010.
[[Файл:Electric power transmission.jpg|thumb|Трёхфазная двухцепная линия электропередачи]]

=== Цвета фаз ===
Каждая фаза в трёхфазной системе имеет свой цвет. Он меняется в зависимости от страны. Используются цвета международного стандарта [[IEC 60446]] ([[IEC 60445]]).
{| class="wikitable"
|-
! Страна
! L1
! L2
! L3
! Нейтраль / ноль
! Земля
/ защитное заземление
|-
| Россия, Белоруссия, Украина, Казахстан (до 2009), Китай
| style="background:white"|Белый
| style="background:black; color:white"|Черный
| style="background:red"|Красный
| style="background:#09f; color:white"|Голубой
| style="background:green; color:yellow"|Жёлто/зелёный (в полоску)
|-
| [[Европейский союз]] и все страны которые используют европейский стандарт [[CENELEC]] с апреля 2004 ([[IEC 60446]]), Гонконг с июля 2007, Сингапур с марта 2009, Украина, Казахстан с 2009, Аргентина, Россия с 2009
| style="background:#7f462c; color:white"|Коричневый
| style="background:black; color:white;"|Чёрный
| style="background:gray; color:white"|Серый
| style="background:blue; color:white"|Голубой
| style="background:green; color:yellow"|Жёлто/зелёный (в полоску)<ref>Жёлто-зелёная маркировка была принята как международный стандарт для защиты от поражения эл.током [[дальтоник]]ов. От 7 % до 10 % людей не могут точно распознать красный и зелёные цвета.</ref>
|-
|  [[Европейский союз]] до апреля 2004<ref>В Европе ещё осталось много установок со старой цветовой схемой начала 1970-х. В новых установках используются жёлто/зелёные шины заземления в соответствии с [[IEC 60446]]. (Фаза/ноль+земля; Германия: чёрный/серый + красный; Франция зелёный/красный + белый; Россия: красный/серый + чёрный; Швейцария: красныйd/серый + жёлтый или жёлтый и красный; Дания: белый/чёрный + красный</ref>
| style="background:red"|Красный
| style="background:yellow"|Жёлтый
| style="background:blue; color:white"|Голубой
| style="background:black; color:white"|Чёрный
| style="background:green; color:yellow"|Жёлто/зелёный (в полоску)
(зелёный в установках до 1970)
|-
| Индия, Пакистан, Великобритания до апреля 2006, Гонконг до апреля 2009, ЮАР, Малайзия, Сингапур до февраля 2011
| style="background:red"|Красный
| style="background:yellow"|Жёлтый
| style="background:blue; color:white"|Голубой
| style="background:black; color:white"|Чёрный
| style="background:green; color:yellow"|Жёлто/зелёный (в полоску)
(зелёный в установках до 1970)
|-
| Австралия и Новая Зеландия
| style="background:red" |Красный (или коричневый)<ref>В Австралии и Новой Зеландии фазы могут быть люього цвета, но только не жёлто-зелёного, зелёного, жёлтого, чёрного или голубого цвета.</ref>
| style="background:white" |Белый (или чёрный)
(ранее — жёлтый)
| style="background:darkblue; color:white" |Тёмно синий (или серый)
| style="background:black; color:white" |Чёрный (или голубой)
| style="background:green; color:yellow" |Жёлто/зелёный (в полоску)
(зелёный в очень старых установках)
|-
| Канада (обязательный)<ref>Canadian Electrical Code Part I, 23rd Edition, (2002) ISBN 1-55324-690-X, rule 4-036 (3)</ref>
| style="background:red" |Красный
| style="background:black; color:white" |Чёрный
| style="background:blue; color:white" |Голубой
| style="background:white" |Белый или серый
| style="background:green; color:white" |Зелёный или цвета меди
|-
| Канада (в изолированных трехфазных установках)<ref>''{{не переведено 3|Canadian Electrical Code||en|Canadian Electrical Code}}'' 23-е издание 2002 года, правила 24-208(c)</ref>
| style="background:orange" |Оранжевый
| style="background:#7f462c; color:white" |Коричневый
| style="background:yellow" |Жёлтый
| style="background:white" |Белый
| style="background:green; color:white" |Зелёный
|-
| США (альтернативная практика)<ref>Начиная с 1975 в США {{не переведено 3|National Electric Code||en|National Electric Code}} не имел специальных обозначений фаз. По сложившейся практике для соединения ''звезда'' 120/208 фазы маркировались чёрным, красным и голубым цветом, а при соединении ''звезда'' или ''треугольник'' 277/480 фазы обозначались коричневым, оранжевым и жёлтым. В системе 120/240 ''треугольник'' с наибольшим напряжением 208 вольт (обычно фаза B) всегда обозначалась оранжевым, общая фаза A была чёрного цвета, а фаза C — красной или голубой.</ref>
| style="background:#7f462c; color:white" |Коричневый
| style="background:orange; color:white" |Оранжевый (в системе ''треугольник''), или
фиолетовый (в системе ''звезда'')
| style="background:yellow" |Жёлтый
| style="background:gray; color:white" |Серый или белый
| style="background:green; color:white" |Зелёный
|-
| США (распространённая практика)<ref>See Paul Cook: [http://electrical.theiet.org/wiring-regulations/cable-colours/harmonised.cfm?type=pdf Harmonised colours and alphanumeric marking] {{Wayback|url=http://electrical.theiet.org/wiring-regulations/cable-colours/harmonised.cfm?type=pdf |date=20160304031328 }}. IEE Wiring Matters, Spring 2006.</ref>
| style="background:black; color:white" |Чёрный
| style="background:red" |Красный
| style="background:blue; color:white" |Голубой
| style="background:white; color:gray" |Белый или серый
| style="background:green; color:yellow" |Зелёный, жёлто/зелёный (в полоску),<ref>В США провод жёлто-зелёного цвета (в полоску) может обозначать {{неизвестный термин|изолированную ''землю''}}. Сегодня в большинстве стран, жёлто-зелёные (в полоску) провода используются для защитного заземления и не могут быть отсоеденины и использованы для других целей.</ref> или провод цвета меди
|-
| Норвегия
| style="background:black; color:white"|Чёрный
| style="background:white; color:gray"|Белый/серый
| style="background:#7f462c; color:white"|Коричневый
| style="background:blue; color:white"|Голубой
| style="background:yellow; color:green"|Жёлто/зелёный (в полоску), в более старых установках может встречаться только жёлтый или цвета меди
|}

==== В моделизме ====
В низковольтных высокочастотных [[Электронный регулятор хода|электронных регуляторах хода]], применяемых в устройствах с аккумуляторным питанием, используются другие системы маркировки:

{| class="wikitable"
|-
!U
!V
!W
!Встречается в:
|-
! style="background:red; color:white"|Красный
! style="background:yellow; color:black"|жёлтый
! style="background:black; color:white"|чёрный
!Моделях транспорта
|-
! style="background:orange; color:black"|Оранжевый
! style="background:yellow; color:black"|жёлтый
! style="background:blue; color:white"|синий
!Моделях транспорта
|-
! style="background:red; color:white"|Красный
!Белый
! style="background:blue; color:white"|синий
!Электроинструменте [[Makita]]
|-
! style="background:yellow; color:black"|жёлтый
! style="background:green; color:white|зелёный
! style="background:blue; color:white"|синий
!Средствах индивидуальной мобильности
|}
Нулевой и заземляющий проводники, как правило, отсутствуют по причине согласованности источника с нагрузкой и безопасности напряжения.

== См. также ==
* [[Метод симметричных составляющих]]
* [[Фазоуказатель]]
* [[Индикатор фазы]]
* [[Коэффициент мощности]]
* [[Фазометр]]
* [[Реле контроля фаз]]
* [[Двухфазная электрическая сеть]]
* [[Трёхфазный двигатель]]
* [[Трёхфазный выпрямитель]]

== Примечания ==
{{примечания}}

== Ссылки ==
* [http://electricalschool.info/main/osnovy/583-trekhfaznyjj-peremennyjj-tok.html Школа для электрика. Трёхфазный переменный ток]
* [http://toehelp.ru/theory/toe/lecture16/lecture16.html Трёхфазные электрические цепи]
* [http://subscribe.ru/archive/tech.electrotech/200610/10080543.html Трёхфазная система, асинхронный двигатель и великий русский электротехник-изобретатель]
* [http://www.colan.ru/support/artview.php?idx=237 Проблемы высших гармоник в современных системах электропитания]

{{Никола Тесла}}

[[Категория:Электроэнергетика]]
[[Категория:Трёхфазная система электроснабжения|*]]