Фазиране на ел. оборудване. Трифазни електрически вериги - история, структура, характеристики на изчисляване на напрежение, ток и мощност. Трифазни вериги и техните основни параметри

8.1.Основни понятия и определения

Електрическото оборудване на трифазен ток (синхронни компенсатори, трансформатори, електропроводи) подлежи на задължително фазиране преди първото свързване към мрежата, както и след ремонти, по време на които може да се наруши редът и редуването на фазите.

Най-общо фазирането се състои в проверка на фазовото съвпадение на напрежението на всяка от трите фази на включената електрическа инсталация със съответните фази на мрежовото напрежение.

Фазирането включва три значително различни операции. Първият от тях се състои в проверка и съпоставка на реда на фазите на включената ел. инсталация и мрежа. Втората операция се състои в проверка на фазовото съвпадение на едноименните напрежения, т.е. липсата на ъглово изместване между тях. И накрая, третата операция се състои в проверка на идентичността (цвета) на фазите, чието свързване трябва да се извърши. Целта на тази операция е да се провери правилната връзка между всички елементи на електрическата инсталация, т.е. в крайна сметка правилното захранване на проводими части към превключващото устройство.

Фаза.Трифазна система на напрежение се разбира като набор от три симетрични напрежения, чиито амплитуди са еднакви по стойност и изместени (амплитудата на синусоида на едно напрежение спрямо предходната амплитуда на синусоида на друго напрежение) от същото фазов ъгъл (фиг. 8.1, а).

По този начин ъгълът, който характеризира определен етап от периодично променящ се параметър (в този случай напрежение), се нарича фазов ъгъл или просто фаза. Когато разглеждаме две (или повече) синусоидално вариращи напрежения с еднаква честота заедно, ако техните нулеви (или амплитудни) стойности не се появят едновременно, се казва, че те са извън фаза. Изместването винаги се определя между еднакви фази. Фазите са посочени с главни букви А, Б, В.Трифазните системи също са представени чрез въртящи се вектори (фиг. 8.1, b).

На практика под фаза на трифазна система се разбира и отделен участък от трифазна верига, през който преминава един и същи ток, изместен спрямо другите два по фаза. Въз основа на това намотката на генератор, трансформатор, двигател или трифазен проводник се нарича фаза, за да се подчертае, че те принадлежат към определен участък от трифазната верига. За разпознаване на фазите на оборудването върху корпусите на оборудването, шините, опорите и конструкциите на оборудването се прилагат цветни маркировки под формата на кръгове, ивици и др а,боядисани в жълто, фази V-vзелено и фаза С-до червено. Съответно фазите често се наричат ​​жълто, зелено и червено: g, h, k.

По този начин, в зависимост от разглеждания въпрос, фазата е или ъгъл, характеризиращ състоянието на синусоидално варираща величина във всеки момент от време, или секция от трифазна верига, т.е. еднофазна верига, която е част от трифазна верига.

Редът на фазите.Трифазните системи за напрежение и ток могат да се различават една от друга по реда на фазите. Ако фазите (напр. мрежата) следват една след друга по ред А, Б, В - това е така нареченият директен фазов ред (виж § 7.3). Ако фазите следват една след друга по ред А, В, Б - Това е обратният ред на фазите.

Редът на фазите се проверява с индукционен фазоиндикатор тип I-517 или фазоиндикатор тип FU-2 с подобна конструкция. Фазовият индикатор е свързан към изпитваната система за напрежение. Клемите на устройството са маркирани, т.е. обозначени с букви а,СРЕЩУ. Ако фазите на мрежата съвпадат с маркировките на устройството, дискът за индикатор на фазите ще се върти в посоката, посочена от стрелката върху корпуса на устройството. Това въртене на диска съответства на директния ред на мрежовите фази. Завъртането на диска в обратна посока показва обратния ред на фазите. Получаването на директния ред на фазите от обратния става чрез промяна на позициите на всеки две фази на електрическата инсталация.

Понякога вместо термина „фазова последователност“ казват „фазова последователност“. За да избегнем объркване, ние се съгласяваме да използваме термина "фазова ротация" само когато е свързан с концепцията за фаза като част от трифазна верига.

Фазова ротация.И така, под редуване на фази трябва да разбираме реда, в който фазите на трифазна верига (намотки и клеми на електрически машини, линейни проводници и т.н.) са разположени в пространството, ако започнете да ги заобикаляте всеки път от една и съща точка (точка) и извършват в една и съща посока, например отгоре надолу, по посока на часовниковата стрелка и т.н. Въз основа на това определение те говорят за редуващи се обозначения за клемите на електрически машини и трансформатори, цветовете на проводниците и шините.

Фазово съвпадение.При фазиране на трифазни вериги има различни опции за редуване на обозначенията на входовете на превключващото устройство и подаване на напрежение на различни фази към тези входове (фиг. 8.2, а, б).Опции, при които редът на фазите не съвпада или редът на редуване на фазите на електрическата инсталация и мрежата, когато ключът е включен, води до късо съединение.

В същото време единственият възможен вариант е, когато и двете съвпадат. Тук се изключва късо съединение между свързаните части (електроинсталация и мрежа).

Под съвпадение на фазите по време на фазирането се разбира именно тази опция, когато към входовете на превключвателя се подават еднакви напрежения, принадлежащи по двойки към една и съща фаза, и обозначенията (цветовете) на входовете на превключвателя съответстват на обозначението на напрежението фази (фиг. 8.2, c).

Трифазна ЕМП (напрежение) система се разбира като набор от три симетрични ЕМП, чиито амплитуди са еднакви по стойност и изместени (амплитудата на всяка ЕМП спрямо предишната амплитуда на другата ЕМП) от същия фазов ъгъл . На фиг. 1d показва схема на най-простия синхронен генератор на трифазен ток. Намотки, в. които индуцирани променливи ЕДС са поставени в статорни слотове, изместени по периферията на 120°. На клемите на намотките са присвоени обозначенията „начала“ на „краищата“ на ABS X, Y, Z, съответно. През намотката на ротора преминава постоянен ток, създавайки магнитно поле. Когато намотките на статора пресичат магнитното поле на въртящия се ротор, в тях се индуцира симетрична система от три синусоидални ЕМП с еднаква честота и амплитуда, изместени по фаза на 120° (фиг. 1.6). За едно завъртане на ротора, което съответства на периода от време T, във всяка от намотките възниква пълен цикъл на промени в ЕМП. Когато оста на ротора/-/ пресича навивките на статорната намотка, в тях се индуцира максимална ЕМП. Но тъй като за трите намотки на статора това се случва по различно време, максимумите на индуцираната ЕМП не са във фаза, т.е. техните амплитуди Ed, Eg, E са изместени една спрямо друга с 1/3 от периода или 120°.
Фаза. Ъгълът, характеризиращ определен етап от периодично променящ се параметър (в този случай EMF), се нарича фазов ъгъл или проста фаза. Когато се разглеждат заедно две (или повече) синусоидално променящи се ЕМП с една и съща честота, ако техните нулеви (или амплитудни) стойности не се появят едновременно, се казва, че те са фазово изместени. Изместването винаги се определя между еднакви фази, например между началото на синусоидите, както е показано на фиг. 1.6, или между амплитудите. Когато две синусоиди са изместени във фаза, едната от тях ще изостане във времето зад другата. За да се определи кой от синусоидите изостава, се намира техният произход, т.е. нулеви стойности на ЕМП по време на прехода от отрицателни 6 стойности към положителни.

Ориз. 1. Получаване на трифазна симетрична ЕМП система: 1 - статор; 2 - намотка на статора; 3 - ротор; 4 - намотка на ротора

На фиг. 1.6 началото се обозначава с буквите a, b, c. От фигурата се вижда, че началото на една синусоида (например синусоидата, минаваща през точка b) се намира вдясно от началото на друга (синусоида, минаваща през точка a). Това показва, че синусоидата с начало в точка b изостава във времето от синусоидата с начало в точка a. Синусоидата, минаваща през точка c, изостава още повече, тъй като нейното начало е изместено с (2/3) T или 240°. от началните координати (момента, когато / = 0). По същия начин можем да кажем, че синусоида с начало в точка a е пред синусоида с начало в точка b с (1/3) Tvi с начало в точка c с (2/3) T.
На практика фазата на трифазна система се разбира и като отделен участък от трифазна верига, през който преминава същият ток, изместен спрямо другите два във фаза. Въз основа на това намотката на генератор, трансформатор, двигател или проводник на трифазна линия се нарича фаза, за да се подчертае, че те принадлежат към определен участък от трифазната верига.
Фазите са обозначени с главни букви A, B, C. Но не винаги е удобно да се окачват буквени надписи върху оборудването на станции и подстанции. Ето защо при боядисване на оборудване (например шини и свързващи шини в затворени разпределителни уредби), което се използва за защита от корозия, се използват багрила с различни цветове. Боята се нанася по цялата дължина на гумите.
Гумите фаза A са боядисани в жълто, гумите фаза B са зелени, а гумите фаза C са боядисани в червено. Поради това фазите често се наричат ​​Zh, 3, K. За разпознаване на фазите на оборудването, съответните цветни маркировки под формата на кръгове или ивици се прилагат върху корпуси, изолационни фитинги, конструкции и опори.
По този начин, в зависимост от разглеждания въпрос, фазата е или ъгъл, характеризиращ състоянието на синусоидално варираща величина във всеки момент от време, или секция от трифазна верига, т.е. еднофазна верига, която е част от трифазна верига.
Редът на фазите. Редът, в който ЕМП във фазовите намотки на генератора преминават през същите стойности (например през положителни амплитудни стойности), се нарича фазов ред. Трифазните EMF системи могат да се различават една от друга по реда на фазите. Ако роторът на генератора се върти в посоката, показана на фиг. 1,c, тогава фазите ще следват в ред A, B, C - това е така нареченият директен ред на фазите. Ако посоката на въртене на ротора се обърне, редът на фазите също ще се промени. Фазите ще преминат през максималните стойности в реда A, C, B - това е обратният ред на фазите.
Понякога вместо термина „фазова последователност“ казват „фазова последователност“. За да избегнем объркване, ние се съгласяваме да използваме термина „Редуване на фази“ само когато е свързан с концепцията за фаза като част от трифазна верига.

Фазова ротация.

И така, под редуване на фази имаме предвид реда, в който фазите на трифазна верига (отделни линейни проводници, намотки и клеми на електрическа машина и т.н.) са разположени в пространството, ако започнете да ги заобикаляте всеки път от едно и също точка (точка) и извършват в една и съща посока, например отгоре надолу, по посока на часовниковата стрелка и т.н. Въз основа на това определение те говорят за редуване на обозначенията на клемите на електрически машини и трансформатори, цветовете на проводниците и шините . В някои случаи редът на редуване на фазите е строго регулиран. По този начин редът на редуващи се обозначения на клемите на синхронните машини се приема така, че да съответства на реда на фазите за установената посока на въртене на ротора. Правилата за изграждане на електрически инсталации (PUE) предвиждат за затворени разпределителни уредби следния ред на редуване на боядисани шини, когато са разположени във вертикална равнина: горната шина е жълта, средната е зелена, долната е червена. Когато гумите са разположени в хоризонтална равнина, най-отдалечената гума е боядисана в жълто, а тази, която е най-близо до сервизния коридор, е боядисана в червено. Разклоненията от шините са направени така, че фаза G е разположена отляво, фаза K е отдясно, ако погледнете шините от обслужващия коридор (с три коридора в разпределителната уредба, от централния).
При отворени подстанции редуващите се цветове на шините и байпасните шини са ориентирани според силовите трансформатори. Най-близката до тях фаза на гумата е боядисана в жълто, средната фаза е зелена, а далечната фаза е червена. Разклоненията от шините са направени по такъв начин, че шината на фаза G да е разположена отляво, а фаза K отдясно, когато се гледа трансформаторът от страната на шините.
Отклонения от горните изисквания за реда на редуващо се боядисване на шини RU PUE се допускат по изключение в онези отделни случаи, когато спазването на тези изисквания е свързано със сложността на монтажа или необходимостта от инсталиране на специални опори за транспониране на проводници на въздушна линия. .
Фазово съвпадение. При фазиране на трифазни вериги може да има различни опции за редуване на обозначенията (цветовете) на входовете на превключващото устройство и подаване на напрежение на различни фази към тези входове. За опростяване на по-нататъшните разсъждения, нека приемем, че фазовите напрежения на две електрически инсталационни шинни системи имат еднакъв фазов ред A, B, C и Ax, Bi, C|. При това условие фазите на едни и същи напрежения могат да съвпадат и редът на редуващи се входни обозначения на превключвателя може да не съвпада (фиг. 2, а) или, обратно, със същия ред на редуващи се входни обозначения, фазовите напрежения могат да бъдат изместени във фаза (фиг. 2, b). Въртенето на едноименни вектори на напрежение един спрямо друг може да бъде не само под ъгъл от 120 °, както е показано на фиг. 2.6, но под произволен ъгъл, делим на 30e, което е характерно за трансформатори с различни групи на свързване на намотките. И в двата случая включването на превключвателя неизбежно води до късо съединение.
В същото време е възможно и двете да съвпадат (фиг. 2, в) - тук е изключено късо съединение между свързаните части на инсталацията.
Под съвпадение на фазите при фазиране разбираме именно този случай, когато на входовете на ключа, разположени един срещу друг и принадлежащи към една и съща фаза, еднаквите напрежения на двете части на инсталацията съвпадат по фаза, а обозначенията (цветовете) на ключа входовете са координирани със съответните фази на напрежение и имат същия ред на редуване.
Векторно изображение на синусоидално променяща се ЕМП (напрежения, токове). Периодично променящите се синусоидални величини са изобразени като синусоиди (фиг. 1.6) и въртящи се вектори - насочени сегменти от права линия (фиг. 1в).

Ориз. 2. Опции за несъответствие (f. b) и съвпадение (c) на фазите на две части от електрическата инсталация
За фазови EMF вектори Ej4, Напр. Eq> показано на тази фигура, посоките са конвенционално взети от началото на намотките към техните краища. Връзката между синусоидалната крива и въртящите се вектори е показана на фиг. 3. Синусоида се получава чрез проектиране на въртящ се вектор (равен в дадена скала на амплитудата на променящия се ЕМП) върху вертикалната ос /-/, преместен по абсцисната ос със скорост, пропорционална на честотата на въртене на вектора . Фазовото отместване между два вектора, чиито начала са комбинирани в една точка, се определя от ъгъла V (фиг. 4). Изоставането на вектора Eg от вектора Ed е показано с посоката на ъгловата стрелка (срещу посоката на въртене на векторите).
Трябва да се каже, че концепцията за въртящ се вектор на ЕМП (напрежение, ток и т.н.) в електротехниката е малко по-различна от концепцията за вектор, да речем, сила или скорост в механиката.


Ориз. 3. Получаване на синусоидална графика при въртене на вектор


Ориз. 4. Изображение на две ЕМП със синусоиди и вектори при различни ъгли на срязване

Ако в механиката векторите не могат да бъдат напълно определени само от техните стойности, без да се посочи посоката на тяхното действие в пространството, тогава в електротехниката въртящите се вектори не определят действителната посока на количествата, които представляват в пространството. Въпреки това, комбинираното подреждане на вектори, въртящи се на една и съща честота (например ЕМП на три фази) на диаграмата, дава представа за процеса, протичащ в електрическа верига във времето, и позволява да се направи количествена оценка на явления чрез извършване на елементарни операции върху векторите.

Основни схеми на свързване на трифазни вериги.

Намотките на електрически машини (генератори, синхронни компенсатори, двигатели) и трансформатори са свързани в звезда или триъгълник.
При свързване на три генераторни намотки в звезда, техните краища се комбинират в една точка (фиг. 5, c), която се нарича нула (или неутрална). Електродвижещите сили между началото и нулевата точка на намотките се наричат ​​фазова ЕМП и се обозначават Ed, Eg, Ee или просто £ph. Електродвижещите сили между фазовите изводи се наричат ​​линейни tn. Те се получават като разлика между векторите на съответната фазова ЕМП на генератора, например Ed - Eg = Edd (фиг. 5, в).


Ориз. 5. Свързване на намотките на генератора в звезда (o), векторна диаграма на EMF (b), изваждане на фазовите EMF вектори (c)


Ориз. 6. Свързване на намотките на генератора с триъгълник (e) и векторна диаграма на ЕМП (b)
Редът на индексите в обозначението на линейните ЕМП не е произволен - индексите се поставят по ред
изваждане на вектори: Ev-Ec = Evc\ Ec-El = ESA- Като се вземе предвид дадената посока на въртене на векторите, това подреждане на индексите съответства на изваждането на EMF вектора на изоставащата фаза от EMF вектора на водеща. В резултат на това линейните вектори на ЕМП винаги изпреварват векторите на намаляващата фаза с 30°. Стойностите на линейните ЕМП са \D или 1,73 пъти по-големи от фазовите, което лесно се проверява чрез измерване на векторите на диаграмата.
Свързването на намотките на генератора с триъгълник е показано на фиг. 6, о. Точките A, B, C са общи за всяка двойка фазови намотки. Ако няма товар, свързан към клемите на генератора, тогава в намотките, образуващи затворена верига, няма ток, причинен от синусоидална ЕМП на промишлена честота, изместена една спрямо друга с (1/3) T, тъй като във всеки момент от времето геометричната сума на ЕМП, действаща в триъгълника на веригата, е равна на нула. Можете да проверите това, като разгледате векторната диаграма на фиг. 6, b и синусоидата на моментните стойности на ЕМП на трифазен генератор (фиг. 1, b).


Ориз. 7. Промяна на 180° във фазата на индуцирания ЕМП при промяна на обозначенията на клемите:
a - фазите на ЕМП Ed и Ea съвпадат; b - EMF Ed и Eg са в противофаза

От фиг. 6, а се вижда, че когато са свързани с триъгълник, линейните проводници се простират директно от началото и края на намотката на всяка фаза, следователно фазовите ЕМП са равни на линейните и съвпадат с тях във фаза. Имайте предвид, че на станциите намотките на генераторите обикновено са свързани в звезда. Триъгълната връзка е изключително рядка и само в турбогенератори от един тип (TVS-30).
Намотките на трансформаторите, както и на генераторите, са свързани в звезда и триъгълник (рядко се среща зигзаг). Звездната верига често се прави с открита нулева точка. Схемите на връзки в звезда, в звезда с получена нулева точка и в триъгълник в текста обикновено се обозначават съответно с буквите U, Un и D. Намотките за високо напрежение (HV) на трансформаторите са свързани в U или D, независимо от схемата на свързване на източниците на енергия. Вторичните намотки за средно (MV) и ниско напрежение (LV) също са свързани в U или D.
За разлика от генераторите, трансформаторите с висока мощност имат триъгълна връзка на поне една от намотките му е нормално)