Schematy połączeń obwodów trójfazowych w sieciach elektrycznych

Zalety sieci trójfazowych, zapewniające ich szeroką dystrybucję, są oczywiste:

• energia jest przesyłana trzema przewodami na duże odległości w sposób bardziej ekonomiczny niż w przypadku mniejszej liczby faz;

• generatory synchroniczne, silniki asynchroniczne, transformatory trójfazowe — łatwe w produkcji, ekonomiczne i niezawodne w eksploatacji;

• Wreszcie trójfazowy system prądu przemiennego ma zdolność dostarczania (i pobierania) stałej mocy chwilowej przez okres prądu sinusoidalnego, jeśli obciążenie generatora trójfazowego jest takie samo we wszystkich fazach.

Przyjrzyjmy się, jakie podstawowe obwody trójfazowe istnieją w sieciach elektrycznych.

Uzwojenia alternatora trójfazowego można ogólnie podłączyć do obciążeń na różne sposoby. Tak więc najbardziej ekonomicznym sposobem byłoby bezpośrednie podłączenie oddzielnego obciążenia do każdej fazy generatora, przedłużając dwa przewody dla każdego obciążenia. Ale przy takim podejściu do połączenia potrzebnych będzie sześć przewodów.

Jest to bardzo nieekonomiczne pod względem materiałochłonności i niewygodne.Aby uzyskać oszczędności materiałowe, uzwojenia generatora trójfazowego są po prostu łączone w obwód „gwiazda” lub „trójkąt”. W przypadku tego rozwiązania okablowania można uzyskać maksymalnie 4 („gwiazda z punktem zerowym” lub „trójkąt”) lub co najmniej 3.

Generator trójfazowy jest przedstawiony na schematach w postaci trzech uzwojeń umieszczonych względem siebie pod kątem 120 °. Jeżeli połączenie uzwojeń generatora odbywa się zgodnie ze schematem „gwiazdy”, wówczas zaciski uzwojeń o tej samej nazwie są połączone ze sobą w jednym punkcie (tzw. „Punkt zerowy” generatora ). Punkt zerowy jest oznaczony literą „O”, a wolne zaciski (zaciski fazowe) uzwojeń są oznaczone literami „A”, „B” i „C”.

Jeśli uzwojenia generatora są połączone ze sobą w schemacie „trójkąta”, to koniec pierwszego uzwojenia jest połączony z początkiem drugiego uzwojenia, koniec drugiego uzwojenia z początkiem trzeciego, koniec trzeciego - do początku pierwszego - trójkąt jest zamknięty. Geometrycznie suma EMF w takim trójkącie będzie równa zeru. A jeśli obciążenie nie jest w ogóle podłączone do zacisków „A”, „B” i „C”, prąd nie będzie płynął przez uzwojenia generatora.

W rezultacie otrzymujemy pięć podstawowych schematów podłączenia generatora trójfazowego z obciążeniem trójfazowym (patrz rysunki). Tylko na trzech z tych rysunków widać trójfazowe obciążenie połączone w gwiazdę, w którym trzy końce obciążenia są połączone w jednym punkcie. Ten punkt w środku gwiazdy obciążenia nazywany jest „punktem zerowym obciążenia” i jest oznaczony jako „O”.

Przewód łączący punkty neutralne obciążenia i generatora nazywany jest w takich obwodach przewodem neutralnym. Prąd przewodu neutralnego jest oznaczony jako „Io”.Dla dodatniego kierunku prądu zwykle przyjmuje się kierunek od obciążenia do generatora, to znaczy od punktu „O” do punktu „O”.

Przewody łączące punkty „A”, „B” i „C” zacisków generatora z obciążeniem nazywane są przewodami liniowymi, a obwody odpowiednio: gwiazda-gwiazda z przewodem neutralnym, gwiazda-gwiazda, gwiazda-trójkąt, trójkąt- delta, delta-star - tylko pięć podstawowych schematów łączenia obwodów trójfazowych w sieciach elektrycznych.

Prądy płynące przez przewodniki liniowe nazywane są prądami liniowymi i oznaczane przez Ia, Ib, Ic. Dla dodatniego kierunku prądu liniowego zwykle przyjmuje się kierunek od generatora do obciążenia.Wartości modułów prądów liniowych oznaczają Il z reguły bez dodatkowych wskaźników, ponieważ często zdarza się, że wszystkie prądy liniowe obwodu są równe co do wielkości. Napięcie między dwoma przewodnikami liniowymi to napięcie liniowe, oznaczane przez Uab, Ubc, Uca lub, jeśli mówimy o module, po prostu piszą Ul.

Każde z uzwojeń generatora nazywane jest fazą generatora, a każda z trzech części obciążenia trójfazowego nazywana jest fazą obciążenia. Prądy faz generatora i odpowiednio obciążeń nazywane są prądami fazowymi, oznaczonymi przez If. Wewnętrzne napięcia faz generatora i faz obciążenia nazywane są napięciami fazowymi, są oznaczane jako Uf.

Jeśli uzwojenia generatora są połączone w „gwiazdę”, wówczas napięcia liniowe są 3 razy pierwiastek (1,73 razy) wyższe w wartości bezwzględnej niż napięcia fazowe. Dzieje się tak, ponieważ napięcia liniowe staną się geometrycznie podstawami trójkątów równoramiennych o kątach ostrych u podstawy 30 °, gdzie nogi są napięciami fazowymi.Należy pamiętać, że szereg niskich napięć trójfazowych: 127, 220, 380, 660 — tworzy się po prostu mnożąc poprzednią wartość przez 1,73.

Kiedy uzwojenia generatora są połączone w „gwiazdę”, oczywiście prąd liniowy jest równy prądowi fazowemu. Ale co dzieje się z napięciami, gdy uzwojenia generatora są połączone w trójkąt? W takim przypadku napięcie sieciowe będzie równe napięciu fazowemu dla każdej fazy i dla każdej części obciążenia: Ul = Uf. Gdy obciążenie jest połączone w gwiazdę, prąd linii będzie równy prądowi fazowemu: Il = If.

Gdy obciążenie jest podłączone zgodnie ze schematem „trójkąt”, dla dodatniego kierunku prądów należy wybrać kierunek obejścia trójkąta zgodny z ruchem wskazówek zegara. Oznaczenia dokonują odpowiednie wskaźniki: z którego punktu płynie prąd i do którego płynie, np. Iab to oznaczenie prądu od punktu „A” do punktu „B”.

Jeśli obciążenie trójfazowe jest połączone w trójkąt, wówczas prądy liniowe i prądy fazowe nie będą sobie równe. Prądy liniowe są następnie wykrywane przez prądy fazowe zgodnie z pierwszym prawem Kirchhoffa: Ia = Iab-Ica, Ib = Ibc-Lab, Ic = Ica-Ibc.