В настоящее время во всём мире получила широчайшее распространение так называемая трехфазная система переменного тока, изобретённая и разработанная в 1888 г. русским электротехником Доливо-Добровольским. Он первым сконструировал и построил трехфазный генератор, трехфазный асинхронный электродвигатель и трехфазную линию электропередачи. Эта система обеспечивает наиболее выгодные условия передачи электрической энергии по проводам и позволяет построить простые по устройству и удобные в работе электродвигатели.
Напряжение 380 В обычно используется для питания электродвигателей с малой потребляемой мощностью. При напряжении 6 кВ приводятся в действие двигатели с выходной мощностью, равной или превышающей 160 кВт. Напряжение 10 кВ очень редко используется для двигателей специального назначения. В силовом кольце для соединения между отдельными электростанциями обычно используется напряжение 110 кВ. Напряжение порядка 220-750 кВ обычно применяется для трансграничной передачи электроэнергии.
Первичные и вторичные цепи Электрическая часть каждой электростанции и подстанции характеризуется принципиальной схемой электрических соединений, к которым применяются все устройства и агрегаты и соединения между ними. Первичными являются схемы, через которые мощность передается от генератора потребителям, т.е. во время которого проходят основные грузовые потоки. Эти схемы включают в себя коммутационные устройства, устройства ограничения тока короткого замыкания, измерительные преобразователи тока и напряжения, устройства защиты от перенапряжений и многое другое.
Трехфазной системой электрических цепей называют систему, состоящую из трёх цепей, в которых действуют переменные ЭДС одной и той же частоты, сдвинутые по фазе друг относительно друга на 1/3 периода (j=120°). Каждую цепь такой системы называют фазой, а систему трех сдвинутых по фазе переменных токов в таких цепях называют трёхфазным током.
Вторичными являются схемы, предназначенные для управления, защиты и управления базовым оборудованием в первичных цепях. Вторичное оборудование включает в себя измерительные приборы, средства релейной защиты и автоматизации, сигнализации, управления и блокировки и т.д. Единая энергетическая система Хорошо известно, что все силовые, трансмиссионные и распределительные сети для высокого и среднего напряжения, подстанций, сетей низкого напряжения и потребителей - это энергетическая система одной страны.
Обычно она составляет от 10% до 12% от мощности генераторов в системе. Но эта мощность не должна быть меньше мощности самого большого генератора, включенного в структуру системы. Трансформаторы, используемые в системе Электричество, производимое отдельными генераторами в силовой установке, отличается от выходного напряжения. С этой целью напряженность должна измениться до значения, принятого в данной стране. Для этой цели используются различные высоковольтные силовые трансформаторы. Они изготавливаются как поднимающие или опускающие, двух - или трехслойные, однофазные или трехфазные.
Поддержание постоянного сдвига по фазе между колебаниями напряжений на выходе трёх независимых генераторов является довольно сложной технической задачей. На практике для получения трёх токов, сдвинутых по фазе, используются трехфазные генераторы. Индуктором в генераторе служит электромагнит, обмотка которого питается постоянным током. Индуктор является ротором, а якорь генератора-статором. Каждая обмотка генератора является самостоятельным генератором тока. Присоединив провода к концам каждой из них, как это показано на рисунке, мы получили бы три независимые цепи, каждая из которых могла бы питать энергией те или иные приемники, например электрические лампы. В этом случае для передачи всей энергии, которую поглощают приемники, требовалось бы шесть
проводов. Можно, однако, так соединить между собой обмотки генератора трехфазного тока, чтобы обойтись четырьмя и даже тремя проводами, то есть значительно сэкономить проводку.
|
|
В случае равномерной нагрузки всех трёх фаз ток в нулевом проводе равен нулю и его можно не использовать. При несимметричной нагрузке ток в нулевом проводе не равен нулю, но значительно слабее, чем ток в линейных проводах. Поэтому нулевой провод может быть тоньше, чем фазовые.
Наибольшее применение получили трехфазные трансформаторы. Причина в том, что у них есть ряд преимуществ по сравнению с однофазными. В повышающих двунаправленных трансформаторах мощность от первичной обмотки, например, от электромагнитного излучения среднего напряжения, превращается в высокое напряжение. Аналогичные трансформаторы размещаются на выходе генераторов в сеть передачи. Например, на выходе генератора напряжение составляет 12, 6 кВ, а трансформатор - до 110 кВ. Напротив, на подстанциях - высокое напряжение от сети передачи преобразуется в среднее или низкое напряжение, используя низковольтные двухфазные трансформаторы.
Обмотки трёхфазного генератора можно соединять треугольником. При этом конец каждой обмотки соединен с началом следующей, так что они образуют замкнутый треугольник, а линейные провода присоединены к вершинам
Получение трехфазного тока.
Многофазной системой называют систему переменного тока, состоящую из нескольких цепей, в которых э.д.с. источников энергии имеют одинаковую частоту, но сдвинуты между собой по фазе. Однофазную цепь в такой системе называют фазой. Каждая э.д.с. может действовать в своей самостоятельной цепи и не быть связана с другими э.д.с. В этом случае электрическую систему называют несвязанной. Широкое применение на практике получили связанные многофазные системы, у которых отдельные фазы электрически соединены между собой.
Тонкопленочные трансформаторы используются для подключения трех напряжений, например, низких, средних и высоких. Независимо от того, увеличивается или уменьшается напряжение, электричество, генерируемое генератором, должно подаваться в сеть передачи и распределения и выводиться с подстанции конечному пользователю.
Статья продолжается в следующем номере журнала. Область применения и преимущества шин. Электрическое соединение между отдельными устройствами в первичных цепях осуществляется через неизолированные провода - сборную шину и изолированные провода - кабели. В распределительных устройствах самое большое приложение находит шины из-за простоты установки, простоты эксплуатации, высокой экономии и надежности. Полосы изготовлены из алюминия, меди, стали или их сплавов. Трубы с напряжением 6-35 кВ используются в приложениях с высокой удельной плотностью нагрузки, сосредоточенной в местах расположения больших мощностей.
По сравнению с однофазным многофазный ток имеет ряд преимуществ. Для передачи одной и той же мощности требуется меньшее сечение проводов. В работе двигателей и приборов переменного тока используется вращающееся магнитное поле, создаваемое неподвижными катушками или обмотками.
Рис. 1
Из всех систем многофазного тока широкое распространение на практике получил трехфазный ток. Цолучание трехфазного тока можно пояснить следующим образом. Если в однородном магнитном поле (рис. 1) поместить три витка, расположенных под углом 120° один к другому, и вращать их с постоянной угловой скоростью, в витках будут индуктироваться э.д.с., которые также будут сдвинуты по фазе на 120° . В промышленности для получения трехфазного тока на статоре генератора переменного тока делают три обмотки, сдвинутые одна относительно другой на 120° . Такие обмотки называют фазами генератора.
Они также используются в распределении пользователей, что способствует внедрению сетевого питания. Трубы имеют ряд преимуществ по сравнению с кабельными линиями. Таким образом сохраняются свинец, алюминий и сталь, а также большое количество изоляционных материалов. Конструкция трубопроводов промышленно развита, потому что готовые секции используются для установки. Трубопроводы имеют значительно более высокую степень перегрузки, чем кабельные линии из-за отсутствия огнеопасной изоляции. Наблюдение за шинами разных типов показывает, что они более надежны, чем кабельные линии.
Рис. 2
Соединения звездой. Соединив фазные обмотки генератора или потребителя таким образом, чтобы концы обмоток были замкнуты в одну общую точку, а начала обмоток подключив к линейным проводам, получим соединение, называемое звездой (рис. 2). Таким образом, мы видим, что при образовании из трех однофазных систем переменного тока трехфазной системы, соединенной в звезду, вместо шести проводов требуются только четыре. Условно соединение звездой обозначается знаком Y . Точки, в которых соединены концы фазных обмоток, называют нулевыми, а провод, соединяющий их, - нулевым или нейтральным. Три провода, соединяющих свободные концы фаз генератора с концами фаз потребителя, называют линейными.
В таблице 2 показан диапазон мощностей и длин, в которых выгодно использовать шины. Для небольших мощностей шины не имеют преимуществ по сравнению с кабельными линиями. Трубопроводы меняются в зависимости от их электрических параметров. Они также отличаются по условиям контакта с токоведущими частями. Кроме того, шины могут быть классифицированы в соответствии с рядом технических характеристик. В условиях контакта с токоведущими частями мы различаем открытые, защищенные и закрытые шины. Защищенные и закрытые сборные шины обычно используются в сетях до 1 кВ, установленных на промышленных объектах.
При равномерно нагруженной трехфазной симметричной системе нулевой провод не нужен; вся мощность может передаваться по трем проводам. Однако при включении в электрическую цепь однофазных потребителей нельзя достигнуть равномерной загрузки фаз. Поэтому в таких случаях нулевой провод необходим, хотя сечение его равняется половине сечения линейного провода.
В сетях с напряжением 6-35 кВ используются открытые шинные линии. Жесткие алюминиевые стержни используются для создания установок напряжения. Этот тип шины характеризуется лучшим охлаждением, с меньшим влиянием так называемого. поверхностный эффект, а также эффект близости, т.е. металл наиболее часто используется. Допустимая насыпная плотность прямоугольных шинок значительно больше, чем у прямоугольных профилей. В случае биполярных и особенно в случае трехполюсных сборных шин материал сборных шин не используется в полной мере, поскольку ток распределяется неравномерно по поперечному сечению благодаря эффекту близости и эффекта поверхности.
Рис. 3
При таком соединении конец первой фазы соединяется с началом второй, конец второй - с началом третьей, а конец третьей - с началом первой фазы, а к точкам соединения фаз подключаются линейные провода (рис. 3). Соединение треугольником условно обозначают знаком Δ .
Поэтому трехполюсные шины в настоящем не используются. На рисунке показана одна фаза шины, состоящая из цилиндрической шины, усиленной четырьмя изоляторами внутри металлического экрана. Гибкие сборные шины используются на открытом воздухе для подключения силовых трансформаторов к сборщикам жгутов открытых распределительных устройств 35 кВ. В коммутаторе все монтажные и монтажные направляющие выполнены из алюминиевых и стальных алюминиевых проводников. В распределительном устройстве 330 кВ каждая фаза состоит из 2-3 проводов.
Это необходимо для устранения электрических разрядов вокруг проводов. В зависимости от особенностей проектного решения распределительных устройств и взаимного расположения в главном зале основного распределительного устройства и открытого распределительного устройства возможно использование гибких шин в системах 6-10 кВ и жестких цилиндрических рельсов в системах 110 кВ.
При соединении треугольником фазы генератора образуют замкнутый контур с небольшим сопротивлением. При неправильном соединении обмоток э.д.с. может увеличиться вдвое. При малом сопротивлении контура может установиться режим, близкий к короткому замыканию.
При соединении треугольником каждая фазная обмотка создает линейное напряжение. Фазное напряжение в данном случае равно линейному. Соединение треугольником применяют для осветительной и силовой нагрузок.
В установках до 35 кВ как внутреннего, так и наружного типа можно использовать жесткие прямоугольные алюминиевые направляющие. Покрашены сплошные полосы: Фаза А - желтая, Фаза В - зеленая и Фаза С - красная. Покраска шинных шин облегчает работу и улучшает условия охлаждения. Дисбаланс напряжения обычно вызван неравномерной нагрузкой в двухфазных или трехфазных однофазных нагрузках в трехфазной распределительной системе. Асимметрия напряжения напрямую зависит от размера однофазной нагрузки в процентах от номинальной мощности и величины импеданса системы распределения мощности.
В двигателях трехфазного тока обычно выводят все шесть концов трех обмоток, которые по желанию можно соединить звездой или треугольником.