Определение фаз в трехфазной сети: что это и как выполнить проверку?

что это и как выполнить проверку?

Большинство трехфазных электродвигателей и других устройств учитывают такой параметр, как чередование фаз. На практике, несоответствие данного параметра изначальным настройкам может привести к различным аварийным ситуациям, некорректной работе электрических приборов и к травмированию персонала.

Что такое чередование фаз?

Под чередованием фаз следует понимать последовательность, в которой напряжение нарастает в каждой из них. Во всех трехфазных цепях напряжение представляет собой синусоидальную кривую.  В каждой линии напряжение отличается на 120º от остальных.

Рис. 1. Напряжение в трехфазной сети

Как видите, на рисунке 1, там где а) – показаны кривые напряжения во всех фазных проводах, смещенные на 120º. На соседнем рисунке б) изображена векторная диаграмма этих напряжений, На обоих рисунках показана  разница между фазным и линейным напряжением.

Если взять за основу, что из нулевой точки на рисунке а) выходит  U­_A, то эта фаза является первой, на диаграмме б) наглядно стрелками показано, что очередность нарастания напряжения переходит от U­_A  к U­_B, а за ним к  U­_C. Это означает, что фазы чередуются в порядке A, B, C.  Такой порядок чередования считается прямым.

Прямое и обратное чередование фаз

В трехфазной сети порядок чередования фаз может отличаться в зависимости от способов подключения к силовым трансформаторам на подстанциях, от последовательности включения обмоток генератора, из-за несоответствия выводов кабеля и по прочим причинам.

Рисунок 2: Прямая и обратная последовательность

Обратите внимание, цветовая маркировка определяет последовательность  в соответствии их очередностью в алфавите по первым буквам цвета:

• Желтый – первый;
• Зеленый – второй;
• Красный – третий.

На рисунке 2 изображен классический вариант прямой последовательности  A – B – C (где A имеет желтый цвет и является первой, B – зеленый и является второй, а C – красный и является третей) и классический вариант обратной последовательности  C – B – A. Но, помимо них на практике могут встречаться и другие варианты, прямого: B – C – A,    C – A – B, и обратного чередования: A – C – B, B – A – C.

Соответственно, в каждом из приведенных примеров чередование фаз будет начинаться с первой.

Зачем нужно учитывать порядок фаз?

Последовательность чередования играет значительную роль в таких ситуациях:

• При параллельном включении в работу – ряд устройств (трансформаторы, генераторы и прочие электрические машины), могут соединяться в параллельную работу для повышения надежности системы или для обеспечения большего резерва мощности. Но, в случае неправильного подключения из-за соединения разноименных фаз произойдет короткое замыкание.
• При подключении трехфазного счетчика – так как его работа основана на совпадении фаз с соответствующими выводами прибора, то при нарушении правильности подключения может произойти сбой и самопроизвольное движение в отсутствии какой-либо нагрузки. Из-за чего такое подключение электросчетчика приведет к необходимости оплаты потребителем киловатт, которые он не расходовал.
• При включении двигателя – следование фаз в сети определяет для электрической машины и направление вращения двигателя. В случае отсутствия правильной фазировки изменится и направление движения элементов, механически соединенных с ротором. Из-за чего может произойти нарушение технологического процесса или возникнуть угроза жизни персонала.

С целью предотвращения негативных последствий от перекоса фаз и других несовпадений, на практике выполняют проверку чередования и устанавливают защиту.

Как выполнить проверку?

Проверка может производиться несколькими способами. Целесообразность выбора того или другого варианта осуществляется в зависимости от параметров электрической сети и задач, которые необходимо решить. Так чередование можно узнать при помощи фазоуказателя, мегаомметра, мультиметра или по расцветке изоляции кабеля. Рассмотрите каждый из вариантов более подробно.

С помощью фазоуказателя

По принципу действия, фазоуказатель можно сравнить с обычным асинхронным двигателем. Рассмотрим в качестве примера наиболее распространенную модель фазоуказателя – ФУ-2 .

Рисунок 3: Принципиальная схема работы ФУ-2

Как видите на рисунке 3, у указателя последовательности фаз присутствуют три обмотки, которые подсоединяются к одноименным фазам в сети или устройстве. Между обмотками находится вращающийся ротор Р, который приводит в движение диск фазоуказателя Д.

На практике, после подсоединения к зажимам фазоуказателя соответствующих проводов, работник нажимает кнопку К, которая замыкает цепь обмоток. В зависимости от порядка чередования фаз, диск Д начнет вращаться по часовой или против часовой стрелки.

На самом приборе имеется стрелка, показывающая прямое чередование. Если при нажатии кнопки диск вращается в том же направлении, что и показано стрелкой, то эта трехфазная нагрузка имеет прямое чередование. Если диск начнет крутиться в противоположную от стрелки сторону, то чередование фаз обратное. Следует отметить, что этот прибор не способен определить, какая фаза на каком проводе находится, он может определить лишь порядок их чередования.

С помощью мегаомметра

Как один из способов прозвонки жил широко используется прибор для измерения сопротивления – мегаомметр.

Рис. 4: Прозвонка кабеля мегаомметром

Посмотрите на рисунок 4, для реализации такой схемы, вам понадобится отключить кабель от сети и от потребителя. При этом, с одного конца кабеля фазы поочередно соединяются с землей З, как и металлическая оболочка у бронированных кабелей. С другой стороны присоединяется мегаомметр М, один из зажимов которого заземляется, а второй поочередно подводится к каждой из фаз. На той, где мегаомметр покажет нулевое сопротивление, и будет одним проводом.

На концах одноименного провода устанавливается соответствующая маркировка. Недостатком такого способа прозвонки является большой объем трудозатрат. Так как каждая жила заземляется поочередно, после чего выполняется проверка. При этом на обоих концах кабеля должны устанавливаться ответственные сотрудники. Между ними должна обеспечиваться связь, для согласования действий и предупреждения подачи напряжения на работников.

По расцветке изоляции жил

Если в каком-либо устройстве имеется подключение разноцветными жилами, то фазировку оборудования можно выполнять по цветам. Для определения нахождения одноименных напряжений тех или иных фаз необходимо добраться до каждой жилы кабеля. Если на каждом проводе присутствует изоляция разных цветов, то сравнив их с местом присоединения к трансформатору или распедустройству, можно определить, где какая фаза находится.

Недостатком такого метода следует отметить ложную цветовую маркировку, так как производитель кабеля не всегда обеспечивает  один и тот же цвет для каждой жилы на всей протяженности провода. Поэтому предварительно его все равно рекомендуется прозванивать и маркировать.

При помощи мультиметра

Для этого метода используется обычный мультиметр. Он наиболее актуален в тех ситуациях, когда необходимо включить в параллельную работу два смежных устройства и их шины расположены поблизости.

Рис. 5: фазировка мультиметром

Необходимо выполнить сравнение фазных напряжений в соседних линиях, на рисунке 5 приведен пример для фаз А и А1. Коммутационная аппаратура при этом должна быть разомкнута.  Перед тем как пользоваться мультиметром, на нем выставляется класс напряжения, для линии, на которой будет производиться замер. Щупы подводятся к выводам фаз, при этом их изоляция должна обеспечивать защиту от напряжения, а на руки надеваются диэлектрические перчатки.

Если при подключении щупов к выводам A – A1 стрелка останется на нулевой отметке, то это значит, что фазы одинаковые. Если стрелка отклонится на величину линейного напряжения, вы меряете разноименные фазы.

Защита от нарушения порядка чередования

Для защиты электрического оборудования от неправильного чередования на практике применяется реле контроля фаз. Это реле настроено на работу двигателя или другого устройства в его прямом включении. Если из-за каких-то неполадок или неправильного подключения чередование нарушается, то трехфазное реле сразу отключит устройство. Его работа основана на анализе трехфазных токов и напряжений и последующем контроле этих параметров.

Подключение может выполняться через трансформаторы тока или напрямую, в зависимости от модели и класса напряжения в сети. Такая защита нашла широкое применение при подключении счетчиков индукционного типа, электрических машин и другого высокоточного оборудования.

Тематическое видео

Как и чем определить порядок чередования фаз в трехфазной сети?. Статьи компании «Test instruments»

 

При подключении различного оборудования к электросети часто возникает проблема в том, что провода и обозначения фаз могут быть ошибочными, а маркировка фаз утерянной или стертой.  

Если подключить оборудование неправильно — возникнет риск серьезных аварий и поломок, поскольку неверный порядок последовательности фаз приводит к тому, что двигатели вращаются в обратную сторону. Чем это чревато на транспорте, на стройках или в крупном промышленном производстве объяснять не стоит.

Для определения последовательности фаз можно применять осциллограф, но это не совсем удобно и не всегда применимо к производственным условиям.

Существуют специальные приборы: индикаторы последовательности чередования фаз, которые бывают электромеханические, электронные и бесконтактные.

Данные приборы имеют множество названий: индикаторы фазовращения, указатели последовательности фаз, индикаторы очередности фаз, индикаторы порядка следования фаз и т.д.., однако суть от этого не изменяется. 

Электромеханические индикаторы

Это самые распространенные и простые приборы, которые уже давно применяются и отличаются простотой и наглядностью. Они представляют из себя небольшой трехфазный двигатель с вращающимся диском, по направлению вращения которого можно определить порядок чередования фаз. Самые известные приборы : ЭИ5001 или И517М.

 

 

Прибор следует подключить к 3-м фазам и кратковременно нажать на кнопку. Вращение диска покажет правильно ли определен порядок чередования фаз.

Есть одна тонкость — нажатие на кнопку должно быть кратковременным, достаточно 1-2 секунды, чтобы диск начал вращение. Если держать кнопку нажатой слишком долго, то
прибор может выйти из строя за счет перегрева.

Более современный электромеханический прибор — 8PK-ST850. 

 

Устроен по принципу предыдущего, однако снабжен штатным проводами, мягким чехлом и неоновыми индикаторами фаз. Если контакта с какой-либо фазой нет — то это будет сразу понятно по отсутствию свечения индикатора данной фазы.

К недостаткам таких приборов следует отнести относительно большие габариты и массу, а также наличие подвижных частей.
К достоинствам — высокая помехоустойчивость и практически нулевая вероятность ошибки измерений.

Электронные контактные индикаторы

UT261A — удобный малогабаритный прибор на ЖК индикаторах, позволяющий отслеживать наличие каждой фазы и порядок их чередования.

 

 

Прибор не требует внутреннего источника питания, т к питается исследуемым напряжением.

UT261B — электронный прибор , который показывает так же как и предыдущий наличие фаз неоновыми индикаторами и порядок чередования фаз светодиодами. Питание прибора — 9 вольт от батареи Крона.

 

 

Особенность прибора — не только определение порядка чередования фаз напряжения, но и порядка чередования обмоток двигателя. Это работает так: прибор подключается к отключенному от сети двигателю. Вал двигателя вращают вручную и при этом светодиоды покажут порядок чередования фаз обмоток — L (левый)  или R (правый).

К достоинствам приборов следует отнести простоту использования, малые габариты и массу, отсутствие подвижных частей и вследствие этого большую надежность.  

К недостаткам — более высокую чувствительность к помехам и искажениям в сети по сравнению с электромеханическими приборами. В случае очень сильных помех прибор может давать неопределенные показания, однако уровень помех или искажений должен быть очень большим.

Бесконтактные электронные индикаторы

Довольно новые приборы UT262A и UT262C, которые позволяют определить порядок чередования фаз без разрыва цепи и гальванического контакта с сетью.

 

 

Для измерений клипсы с датчиками тока крепятся на проводах и светодиодные индикаторы показывают направление вращения фаз.  Естественно, при этом, по проводам должен течь ток.

К достоинствам прибора относится простота и безопасность использования.

К недостаткам — слишком высокая чувствительность к электромагнитным помехам и нелинейным искажениям. В производственных условиях избежать такого рода помех сложно, т к в наше время к сети подключены частотные приводы, инверторы и т. д., использующие технологии ШИМ и синтеза частоты.

Однако, для первичных вводов приборы вполне подходят, то есть там, где уровень помех и несинусоидальности относительно невелик.

В кратком обзоре мы рассмотрели 3 основных типа индикаторов последовательности чередования фаз, которые поставляются ТОО Test instruments, являющегося официальным дистрибьютором заводов производителей.

Заказы на приборы принимаются на интернет портале Pribor.kz 
 

Основные понятия и определения | Фазировка оборудования

Страница 2 из 13

Трехфазная система.

Под трехфазной системой ЭДС (напряжений) понимают совокупность трех симметричных ДС, амплитуды, которых равны по значению и сдвинуты (амплитуда каждой ЭДС относительно предшествующей ей амплитуды другой ЭДС) на один и тот же фазный угол. На рис. 1,д приведена схема простейшего синхронного генератора трехфазного тока. Обмотки, в. которых наводятся переменные ЭДС, помещены в пазы статора, смещенные по окружности на 120°.

Выводам обмоток присвоены обозначения «начал» АБСа «концов» X, Y, Z соответственно. По обмотке ротора проходит постоянный ток, создавая магнитное поле. При пересечении обмоток статора магнитным полем вращающегося ротора в них наводится симметричная система трех синусоидальных ЭДС одинаковой частоты и амплитуды, сдвинутых по фазе на 120° (рис. 1,6). За один оборот ротора, что соответствует периоду времени Т, в каждой из обмоток происходит полный цикл изменения ЭДС. Когда ось ротора/— / пересекает витки обмотки статора, в них наводится максимальная ЭДС. Но так как для трех обмоток статора это происходит в разные моменты времени, то и максимумы наведенных ЭДС не совпадают по фазе, т. е. их амплитуды Ед, Eg, Ее оказываются сдвинутыми одна относительно другой на 1/3 периода, или на 120°.
Фаза. Угол, характеризующий определенную стадию периодически изменяющегося параметра (в данном случае ЭДС), называют фазовым углом или простой фазой. При совместном рассмотрении двух (и более) синусоидально изменяющихся ЭДС одной частоты, если их нулевые (или амплитудные) значения наступают не одновременно, говорят, что они сдвинуты по фазе. Сдвиг всегда определяют между одинаковыми фазами, например между началами синусоид, как это показано на рис. 1,6, или между амплитудами. При сдвиге двух синусоид по фазе одна из них будет отставать от другой по времени. Чтобы определить, какая из синусоид отстает, находят их начала, т. е. нулевые значения ЭДС при переходе от отрицательных 6 значений к положительным.

Рис. 1. Получение трехфазной симметричной системы ЭДС: 1 — статор; 2 — обмотка статора; 3 — ротор; 4 — обмотка ротора

На рис. 1,6 начала обозначены буквами а, Ь, с. Из рисунка видно, что начало одной синусоиды (например, синусоиды, проходящей через точку Ь) расположено правее начала другой (синусоиды, проходящей через точку а ). Это свидетельствует о том, что синусоида с началом в точке b отстает по времени от синусоиды с началом в точке а Еще более отстает синусоида, проходящая через точку с, так как ее начало сдвинуто на (2/3) Т или на 240° от начала координат (момента, когда / = 0). В равной мере можно говорить, что синусоида с началом в точке а опережает синусоиды с началом в точке b на (1/3) Tvi с началом в точке с — на (2/3) Т.
На практике под фазой трехфазной системы понимают также отдельный участок трехфазной цепи, по которому проходит один и тот же ток, сдвинутый относительно двух других по фазе. Исходя из этого, фазой называют обмотку генератора, трансформатора, двигателя, провод трехфазной линии, чтобы подчеркнуть принадлежность их к определенному участку трехфазной цепи.
Фазы обозначают прописными буквами А, В, С. Но навешивать надписи букв на оборудование станций и подстанций не всегда удобно. Поэтому при окраске оборудования (например, сборных и соединительных шин в закрытых РУ), которая применяется с целью защиты от коррозии, используют красители различного цвета. Краску наносят по всей длине шин.
Шины фазы А окрашивают в желтый цвет, фазы В — в зеленый и фазы С — в красный. Поэтому фазы часто называют Ж, 3, К. Для распознавания фаз оборудования на кожухах, арматуре изоляторов, конструкциях и опорах наносят соответствующие цветные метки в виде кружков или полос.
Таким образом, в зависимости от рассматриваемого вопроса фаза — это либо угол, характеризующий состояние синусоидально изменяющейся величины в каждый момент времени, либо участок трехфазной цепи, т.

е. однофазная цепь, входящая в состав трехфазной.
Порядок следования фаз. Порядок, в котором ЭДС в фазных обмотках генератора проходят через одни и те же значения (например, через положительные амплитудные значения), называют порядком следования фаз. Трехфазные системы ЭДС могут отличаться друг от друга порядком следования фаз. Если вращение ротора генератора происходит в направлении, изображенном на рис. 1,с, то фазы будут следовать в порядке А, В, С — это так называемый прямой порядок следования фаз. Если направление вращения ротора изменить на противоположное, то изменится и порядок следования фаз. Фазы будут проходить через максимальные значения в порядке А, С, В — это обратный порядок следования фаз.
Иногда вместо термина «порядок следования фаз» говорят «порядок чередования фаз». Во избежание путаницы условимся применять термин «Чередование фаз» только в том случае, когда это связано с понятием фазы как участка трехфазной цепи.

Чередование фаз.

Итак, под чередованием фаз понимают очередность, в которой фазы трехфазной цепи (отдельные провода линии, обмотки и выводы электрической машины и т. д.) расположены в пространстве, если обход их каждый раз начинать из одного и того же пункта (точки) и производить в одном и том же направлении, например сверху вниз, по часовой стрелке и т. д. На основании такого определения говорят о чередовании обозначений выводов электрических машин и трансформаторов, расцветки проводов и сборных шин. В ряде случаев порядок чередования фаз строго регламентирован. Так, порядок чередования обозначений выводов синхронных машин принимается соответствующим порядку следования фаз для установленного направления вращения ротора. Правила устройства электроустановок (ПУЭ) предусматривают для закрытых РУ следующий порядок чередования окрашенных сборных шин при расположении их в вертикальной плоскости: верхняя шина — желтая, средняя — зеленая, нижняя — красная. При расположении шин в горизонтальной плоскости наиболее удаленная шина окрашивается в желтый цвет, а ближайшая к коридору обслуживания — в красный. Ответвления от сборных шин выполняются так, чтобы слева располагалась фаза Ж, 8 справа — фаза К, если смотреть на шины из коридора обслуживания (при трех коридорах в РУ — из центрального).

На открытых подстанциях чередование окраски сборных и обходных шин ориентируют по силовым трансформаторам. Ближайшая к ним фаза шин окрашивается в желтый цвет, средняя — в зеленый, отдаленная — в красный. Ответвления от сборных шин выполняют таким образом, чтобы слева располагалась шина фазы Ж, справа — фазы К, если смотреть со стороны шин на трансформатор.
Отступление от указанных выше требований порядка чередования окраски шин РУ ПУЭ допускают в виде исключения в тех отдельных случаях, когда соблюдение этих требований связано с усложнением монтажа или необходимостью установки специальных опор для транспозиции проводов BЛ.
Совпадение фаз. При фазировке трехфазных цепей могут быть различные варианты чередования обозначений (расцветки) вводов на включающем аппарате и подачи на эти вводы напряжения разных фаз. Для простоты дальнейших рассуждений допустим, что фазируемые напряжения двух систем шин электроустановки имеют одинаковые порядки следования фаз А, В, С и Ах, Bi, С|. При этом условии фазы одноименных напряжений могут совпасть, а порядок чередования обозначений вводов у выключателя может не совпасть (рис- 2, а) или, наоборот, при одном и том же порядке чередования обозначений вводов фазируемые напряжения могут оказаться сдвинутыми по фазе (рис. 2, б). Поворот одноименных векторов напряжений относительно друг друга может быть не только на угол 120°, как это показано на рис. 2,6, но на любой угол, кратный 30е, что Характерно для трансформаторов, имеющих разные группы соединения обмоток. В обоих приведенных случаях включение выключателя неизбежно приводит к КЗ.
В то же время возможен вариант, когда совпадает и то, и другое (рис. 2, в) — Короткое замыкание между соединяемыми частями установки здесь исключено.
Под совпадением фаз при фазировке как раз и понимают именно этот случай, когда на вводах выключателя, расположенных друг против друга и принадлежащих одной фазе, одноименные напряжения двух частей установки совпадают по фазе, а обозначения (расцветка) вводов выключателя согласованы с соответствующими фазами напряжения и имеют один и тот же порядок чередования.
Векторное изображение синусоидально изменяющихся ЭДС (напряжений, токов). Периодически изменяющиеся синусоидальные величины изображают в виде синусоид (рис. 1,6) и вращающимися векторами — направленными отрезками прямой линии (рис. 1,в).

Рис. 2. Варианты несовпадения (е. б) и совпадения (в) фаз двух частей электроустановки
Для векторов фазных ЭДС Ej4, Eg. Eq> изображенных на этом рисунке, условно приняты направления от начал обмоток к их концам. Связь между синусоидальной кривой и вращающимися векторами показана на рис. 3. Синусоида получается проектированием вращающегося вектора (равного в заданном масштабе амплитуде изменяющейся ЭДС) на вертикальную ось /-/, перемещаемую по оси абсцисс со скоростью, пропорциональной частоте вращения вектора. Сдвиг фаз между двумя векторами, начала которых совмещены в одной точке, определяется углом V (рис.4). Отставание вектора Eg от вектора Ед показано направлением стрелки угла (против направления вращения векторов).
Следует сказать, что понятие вращающегося вектора ЭДС (напряжения, тока и т.д.) в электротехнике несколько отличается от понятия вектора, скажем, силы или скорости в механике.

Рис. 3. Получение синусоидального графика при вращении вектора

Рис. 4. Изображение двух ЭДС синусоидами и векторами при различных углах сдвига

Если в механике векторы не могут быть определены полностью только по их значениям без указания направления их действия в пространстве, то в электротехнике вращающиеся векторы не определяют действительного направления изображаемых ими величин в пространстве. Однако совокупное расположение вращающихся с одной частотой векторов (например, ЭДС трех фаз) на диаграмме дает представление о происходящем в электрической цепи процессе во времени и позволяет сделать количественную оценку явлений путем проведения элементарных операций над векторами.

Основные Схемы соединений трехфазных цепей.

Обмотки электрических машин (генераторов, синхронных компенсаторов, двигателей) и трансформаторов соединяют в звезду или треугольник.
При соединении трех обмоток генератора в звезду концы их объединяют в одну точку (рис. 5, в), которую называют нулевой (или нейтральной). Электродвижущие силы между началами и нулевой точкой обмоток называют фазными ЭДС и обозначают Ед, Eg, Ее, или просто £ф. Электродвижущие силы между выводами фаз называют линейными tn. Они получаются как разность векторов соответствующих фазных ЭДС генератора, например Ед — Eg = Едд (рис. 5,в).

Рис. 5. Соединение обмоток генератора в звезду (о), векторная диаграмма ЭДС (б), вычитание векторов фазных ЭДС (в)

Рис. 6. Соединение обмоток генератора треугольником (д) и векторная диаграмма ЭДС (б)
Порядок индексов в обозначении линейных ЭДС не произволен — индексы ставятся в порядке
вычитания векторов: Ев-Ес= Евс\ Ес-Ёл = ЕСА- С учетом заданного направления вращения векторов такой расстановке индексов соответствует вычитание вектора ЭДС отстающей фазы из вектора ЭДС опережающей. В результате векторы линейных ЭДС всегда опережают уменьшаемые фазные векторы на 30°. Значения линейных ЭДС в \Д или в 1,73, раз больше фазных, в чем легко убедиться измерением векторов на диаграмме.
Соединение обмоток генератора треугольником показано на рис. 6,о. Точки А, В, С являются общими для каждой пары фазных обмоток. Если к зажимам генератора не подсоединена нагрузка, то в обмотках, образующих замкнутый контур, отсутствует ток, обусловленный синусоидальными ЭДС промышленной частоты, сдвинутыми относительно друг друга на (1/3) Т, так как в каждый момент времени геометрическая сумма ЭДС, действующих в контуре треугольника, равна нулю. Убедиться в этом можно, рассматривая векторную диаграмму рис.»6, б и синусоиды мгновенных значений ЭДС трехфазного генератора (рис. 1, б).

Рис. 7. Изменение на 180° фазы наведенной ЭДС при перемене обозначений зажимов:
а — фазы ЭДС Ед и Еа совпадают; б — ЭДС Ед и Eg находятся в противофазе

Из рис. 6, а видно, что при соединении треугольником линейные провода отходят непосредственно от начала и конца обмотки каждой фазы, поэтому фазные ЭДС равны линейным и совпадают с ними по фазе. Заметим, что на станциях обмотки генераторов, как правило, соединяют в звезду. Соединение треугольником встречается крайне редко и только у турбогенераторов одного типа (ТВС-30).
Обмотки трансформаторов, так же как и генераторов, соединяют в звезду и треугольник (схема зигзага встречается редко). Схема звезды часто выполняется с выведенной нулевой точкой. Схемы соединений в звезду, в звезду с выведенной нулевой точкой и в треугольник в тексте обычно обозначают буквами У, Ун и Д соответственно. Обмотки высшего напряжения (ВН) трансформаторов соединяют в У или Д независимо от схемы соединения источников питания. Вторичные обмотки среднего (СН) и низшего (НН) напряжений также соединяют в У или Д.
В отличие от генераторов у мощных трансформаторов соединение треугольником по крайней мере одной из его обмоток является обычным [lj.
Группы соединений обмоток трансформаторов. Между первичной я вторичной ЭДС трансформатора, включенного под напряжение, может быть угол сдвига, который в общем случае зависит от схемы соединения и направления намотки обмоток, а также от обозначения (маркировки) зажимов.
Число сочетаний схем соединений У и Д может быть не более четырех: У/У, У/Д, Д/Д и Д/У, но, принимая во внимание возможность намотки обмоток на магнитопроводе в разных направлениях, случайное и преднамеренное изменение маркировки зажимов, а также соединение фазных обмоток в треугольник в ином чередовании, число схем включений трансформатора значительно возрастает. Приведем примеры. У каждой обмотки есть начало и конец. Начала обмоток обозначают буквами А, В, С, а, Ь, с, а концы X, ¥, Z, х, у, г соответственно. И хотя эти понятия условны, они имеют прямое отношение к действующей в обмотке ЭДС.

Рис. 8. Два варианта схем соединения фазных обмоток НН треугольником

Если у одной из обмоток поменять обозначения начала а и конца * (рис. 7), то, принимая ориентацию ЭДС по отношению к новому началу прежней (от * к в ), необходимо считать вектор ЭДС Еа повернутым на 180°. К такому же результату приводит и изменение направления намотки обмоток. В обмотках с односторонней намоткой (витки обеих обмоток идут от начал в правую или левую сторону) ЭДС совпадают по направлению, при разносторонней намотке они сдвинуты на 180°.  

Рис. 9. Схемы и группы соединения обмоток трансформаторов и автотрансформаторов :
а — трехфазных двухобмоточных трансформаторов; б — трехфазных трехобмоточнмх трансформаторов; в — трехфазных трехобмоточных автотрансформаторов

Рис. 10. Циклическая перемаркировка фаз обмотки в стандартной схеме. У/У-0
На рис. 8, а показано соединение фазных обмоток треугольником в стандартном порядке: а — у; Ь— z; с — х. Если обмотки соединить в порядке Oi — zt; сх — уЬг — xt (рис. 8,6), то векторы линейных ЭДС НН смещаются по отношению друг к другу на 60° (рис. 8, в) *
Чтобы упорядочить все многообразие схем соединений обмоток трансформаторов, введено понятие о группе соединений, характеризующее угловое смещение векторов линейных ЭДС вторичных обмоток относительно одноименных векторов линейных ЭДС обмотки ВН независимо от того, является трансформатор понижающим или повышающим.

Рис. 11. Циклическая перемаркировка фаз при ошибочном монтаже ошиновки. Обозначение фаз НН, соответствующее группе У/У-О, показано в скобках

Группа соединений обозначается числом, которое при умножении на 30° дает угол отставания вектора ЭДС вторичной обмотки от ЭДС Вектора первичной обмотки. Если, например, схема и группа соединений трансформатора обозначены У/Д-11, то смещение векторов линейных ЭДС равно 330°.
В ГОСТ 11677-75* предусмотрены две группы соединения обмоток трехфазных двухобмоточных трансформаторов: 0 и 11 (рис.9). Практически могут встретиться 12 групп и, кроме того, такие соединения, которые вообще не могут быть отнесены к какой-либо определенной группе. Заметим, что нестандартные группы могут быть получены ошибочно при монтаже и ремонте оборудования без вскрытия трансформатора и пересоединения его обмоток. Для этого достаточно, например, перекрасить шины фаз или перемаркировать обозначения выводов и потом ориентироваться на эти обозначения. Типичными являются следующие случаи. При перемещении обозначений выводов фаз (циклическая перемаркировка фаз), когда по кругу меняются местами надписи на выводах трех фаз на стороне ВН или НН (рис. 10), группа соединений каждый раз изменяется на 4 или 8 угловых единиц. Так, при подсоединении трансформатора зажим фазы b может ошибочно оказаться подсоединенным к сборной шине фазы а, зажим с — к шине фазы Л и т. д. Такое подсоединение равносильно перемаркировке фаз и влечет за собой изменение исходной группы трансформатора на 4 единицы. Действительно, построение и совмещение векторных диаграмм (рис.11) показывает, что векторы повернуты на 120°, или на 4 единицы.

*В построениях векторных диаграмм на рнс. 8 и далее принято направление векторов линейных ЭДС (напряжений) обмоток ВН от В к А и обмоток НН — от Ь к а .

Рис. 12. Двойная перемаркировка фаз при ошибочном монтаже ошиновки на стороне ВН и НН: а — исходная группа У/Д-11; б — перемаркировка одноименных фаз А и С, а и с; в — перемаркировка разноименных фаз А и С.  

Рис. 13. Ошибочное обозначение выводов двух фаз b и с на стороне низшего напряжения
Перестановка обозначений двух фаз на стороне ВН и одновременно НН (двойная перемаркировка) у трансформатора, имеющего нечетную группу соединений, вызывает угловое смещение векторов ЭДС вторичной обмотки относительно их первоначального положения на 60 или 300°. Значение угла зависит от того, какие две фазы на стороне ВН, а также на стороне НН перемещаются — одноименные или разноименные. На рис. 12 показано, что достаточно поменять местами соединительные шины двух фаз А и С на стороне ВН и тех же фаз на стороне НН, как группа 11 перейдет в группу 1, а при перемене мест фаз А и С и. одновременно Ь и с группа 11 превращается в 9.
Наиболее вероятен в эксплуатационной практике случай перекрещивания шин только двух фаз на какой-нибудь одной стороне (ВН или НН), например фаз b и с. При этом изменяется порядок чередования фаз. Вместо а — b -с порядок чередования будете — с — Ь (рис. 13), и углы сдвига фаз одноименных ЭДС обмоток ВН и НН будут неодинаковы: = 0°; ifpb = 120°; \fCc — 240°. Это обстоятельство не позволяет отнести трансформатор к определенной группе соединений.
Одним из основных условий параллельной работы трансформаторов является тождественность групп соединений их обмоток, что устанавливается по паспортным данным или специальными измерениями. Но даже при одинаковых группах перед первым включением в работу (после монтажа или капитального ремонта со сменой обмоток, отсоединением кабелей и пр.) трансформатор фазируют с сетью, так как на зажимах включающего аппарата (выключателя, отделителя, рубильника) может появиться сдвиг фаз в результате неправильного присоединения токоведущих частей к аппаратам и выводам трансформатора, о чем было сказано выше. Здесь следует особо подчеркнуть, что цель фазировки заключается не в определении группы, к которой принадлежит включаемый трансформатор, а в проверке согласованности соединяемых фаз всех элементов трехфазной цепи со стороны как высшего, так и низшего напряжения.

• Назад
• Вперёд

Как определить фазы в трехфазной сети: фазировка uvw

Часто на объектах электроснабжения приходится решать задачу проверки чередования фаз, а также производить фазировку. Обычно эти задачи входят в комплекс работ по согласованию параллельной работы трансформаторов. Хочется поделиться небольшой историей, в которой будут затронуты темы чередования фаз в трехфазной сети и правильной фазировки, а также приборы и методы, использующиеся при этом.

Содержание

• Небольшое вступление
• Что собой представляет чередование фаз?
• Как выполнить проверку?
• Когда нужно учитывать порядок?
• Что такое чередование фаз?
• Зачем нужно учитывать порядок фаз?
  • С помощью фазоуказателя
  • С помощью мегаомметра
  • По расцветке изоляции жил
  • При помощи мультиметра
• Защита от нарушения порядка чередования

Небольшое вступление

Попалась на глаза история о монтаже электрооборудования, а именно двух масляных трансформаторов. Работы были завершены успешно. В итоге имелась следующая схема электроснабжения. Собственно сами трансформаторы, вводные выключатели, секционные разъединители, две секции шин. Успешно, как считали монтажники, прошли пусконаладочные работы. Стали включать оба трансформатора на параллельную работу и получили короткое замыкание. Естественно, монтажники утверждали, что произвели проверку чередования фаз с обоих источников и все совпадало. Но, о фазировке не было сказано ни слова. А зря! Теперь давайте разберемся подробно, что же пошло не так.

Что собой представляет чередование фаз?

Как известно, в трехфазной сети присутствует три разноименные фазы. Условно они обозначаются как А, В и С. Вспоминая теорию, можно говорить что синусоиды фаз смещены относительно друг друга на 120 градусов. Так вот всего может быть шесть разных порядков чередования, и все они делятся на два вида – прямое и обратное. Прямым чередованием считается следующий порядок – АВС, ВСА и САВ. Обратный порядок будет соответственно СВА, ВАС и АСВ.

Чтобы проверить порядок чередования фаз можно воспользоваться таким прибором, как фазоуказатель. О том, как пользоваться фазоуказателем, мы уже рассказывали. Конкретно рассмотрим последовательность проверки прибором ФУ 2.

Как выполнить проверку?

Сам прибор (предоставлен на фото ниже) представляет собой три обмотки и диск, который вращается при проверке. На нем нанесены черные метки, которые чередуются с белыми. Это сделано для удобства считывания результата. Работает прибор по принципу асинхронного двигателя.

Итак, подключаем на выводы прибора три провода от источника трехфазного напряжения. Нажимаем кнопку на приборе, которая расположена на боковой стенке. Увидим, что диск начал вращаться. Если он крутится по направлению нарисованной на приборе стрелки, значит, чередование фаз прямое и соответствует одному из вариантов порядка АВС, ВСА или САВ. Когда диск будет вращаться в противоположную стрелке сторону, можно говорить об обратном чередовании. В таком случае возможен один из таких трех вариантов – СВА, ВАС или АСВ.

Если возвращаться к истории с монтажниками, то все что они сделали – это лишь определение чередования фаз. Да, в обоих случаях порядок совпал. Однако нужно было еще проверить фазировку. А ее невозможно выполнить с помощью фазоуказателя. При включении были соединены разноименные фазы. Чтобы узнать где условно А, В и С, нужно было применить мультиметр или осциллограф.

Мультиметром измеряется напряжение между фазами разных источников питания и если оно равно нулю, то фазы одноименные. Если же напряжение будет соответствовать линейному напряжению, то они разноименные. Это самый простой и действенный способ. Более подробно о том, как пользоваться мультиметром, вы можете узнать в нашей статье. Можно, конечно, воспользоваться осциллографом и смотреть по осциллограмме какая фаза от какой отстает на 120 градусов, но это нецелесообразно. Во-первых, так на порядок усложняется методика, и во-вторых такой прибор стоит немалых денег.

На видео ниже наглядно показывается, как проверить чередование фаз:

Когда нужно учитывать порядок?

Проверить чередование фаз нужно при эксплуатации трехфазных электродвигателей переменного тока. От порядка фаз будет меняться направление вращения двигателя, что иногда бывает очень важно, особенно если на участке находится много механизмов, использующих двигатели.

Также важно учитывать порядок следования фаз при подключении электросчетчика индукционного типа СА4. Если порядок будет обратный возможно такое явление как самопроизвольное движение диска на счетчике. Новые электронные счетчики, конечно, нечувствительны к чередованию фаз, но на их индикаторе появится соответствующее изображение.

Если имеется электрический силовой кабель, с помощью которого необходимо выполнить подключение трехфазной сети питания, и нужен контроль фазировки, выполнить его можно и без специальных приборов. Зачастую жилы внутри кабеля отличаются по цвету изоляции, что сильно упрощает процесс «прозвонки». Так, чтобы узнать где условно находится фаза А, В или С понадобится лишь снять наружную изоляцию кабеля. На двух концах мы увидим жилы одинакового цвета. Их мы и примем за одинаковые. Подробнее о цветовой маркировке проводов вы можете узнать из нашей статьи.

Но все же слепо доверяться такой маркировке нельзя. Так, на практике бывают случаи, что производители кабеля не могут гарантировать что в начале и в конце кабеля цвет жил будет один и тот же. Поэтому нужно все равно прозвонить жилы прозвонкой.

Теперь вы знаете, что такое чередование фаз в трехфазной сети и как его проверить с помощью приборов. Надеемся, информация была для вас полезной и интересной!

Советуем также прочитать:

• Методика измерения петли фаза-ноль
• Что такое реле контроля напряжения
• Как выбрать тепловое реле для защиты двигателя

Большинство трехфазных электродвигателей и других устройств учитывают такой параметр, как чередование фаз. На практике, несоответствие данного параметра изначальным настройкам может привести к различным аварийным ситуациям, некорректной работе электрических приборов и к травмированию персонала.

Что такое чередование фаз?

Под чередованием фаз следует понимать последовательность, в которой напряжение нарастает в каждой из них. Во всех трехфазных цепях напряжение представляет собой синусоидальную кривую. В каждой линии напряжение отличается на 120º от остальных.

Рис. 1. Напряжение в трехфазной сети

Как видите, на рисунке 1, там где а) — показаны кривые напряжения во всех фазных проводах, смещенные на 120º. На соседнем рисунке б) изображена векторная диаграмма этих напряжений, На обоих рисунках показана разница между фазным и линейным напряжением.

Если взять за основу, что из нулевой точки на рисунке а) выходит U­A, то эта фаза является первой, на диаграмме б) наглядно стрелками показано, что очередность нарастания напряжения переходит от U­A к U­B, а за ним к U­C. Это означает, что фазы чередуются в порядке A, B, C. Такой порядок чередования считается прямым.

В трехфазной сети порядок чередования фаз может отличаться в зависимости от способов подключения к силовым трансформаторам на подстанциях, от последовательности включения обмоток генератора, из-за несоответствия выводов кабеля и по прочим причинам.

Рисунок 2: Прямая и обратная последовательность

Обратите внимание, цветовая маркировка определяет последовательность в соответствии их очередностью в алфавите по первым буквам цвета:

• Желтый – первый;
• Зеленый – второй;
• Красный – третий.

На рисунке 2 изображен классический вариант прямой последовательности A – B – C (где A имеет желтый цвет и является первой, B – зеленый и является второй, а C – красный и является третей) и классический вариант обратной последовательности C – B – A. Но, помимо них на практике могут встречаться и другие варианты, прямого: B – C – A, C – A – B, и обратного чередования: A – C – B, B – A – C. Соответственно, в каждом из приведенных примеров чередование фаз будет начинаться с первой.

Зачем нужно учитывать порядок фаз?

Последовательность чередования играет значительную роль в таких ситуациях:

• При параллельном включении в работу – ряд устройств (трансформаторы, генераторы и прочие электрические машины), могут соединяться в параллельную работу для повышения надежности системы или для обеспечения большего резерва мощности. Но, в случае неправильного подключения из-за соединения разноименных фаз произойдет короткое замыкание.
• При подключении трехфазного счетчика – так как его работа основана на совпадении фаз с соответствующими выводами прибора, то при нарушении правильности подключения может произойти сбой и самопроизвольное движение в отсутствии какой-либо нагрузки. Из-за чего такое подключение электросчетчика приведет к необходимости оплаты потребителем киловатт, которые он не расходовал.
• При включении двигателя – следование фаз в сети определяет для электрической машины и направление вращения двигателя. В случае отсутствия правильной фазировки изменится и направление движения элементов, механически соединенных с ротором. Из-за чего может произойти нарушение технологического процесса или возникнуть угроза жизни персонала.

С целью предотвращения негативных последствий от перекоса фаз и других несовпадений, на практике выполняют проверку чередования и устанавливают защиту.

Проверка может производиться несколькими способами. Целесообразность выбора того или другого варианта осуществляется в зависимости от параметров электрической сети и задач, которые необходимо решить. Так чередование можно узнать при помощи фазоуказателя, мегаомметра, мультиметра или по расцветке изоляции кабеля. Рассмотрите каждый из вариантов более подробно.

С помощью фазоуказателя

По принципу действия, фазоуказатель можно сравнить с обычным асинхронным двигателем. Рассмотрим в качестве примера наиболее распространенную модель фазоуказателя — ФУ-2 .

Рисунок 3: Принципиальная схема работы ФУ-2

Как видите на рисунке 3, у указателя последовательности фаз присутствуют три обмотки, которые подсоединяются к одноименным фазам в сети или устройстве. Между обмотками находится вращающийся ротор Р, который приводит в движение диск фазоуказателя Д.

На практике, после подсоединения к зажимам фазоуказателя соответствующих проводов, работник нажимает кнопку К, которая замыкает цепь обмоток. В зависимости от порядка чередования фаз, диск Д начнет вращаться по часовой или против часовой стрелки.

На самом приборе имеется стрелка, показывающая прямое чередование. Если при нажатии кнопки диск вращается в том же направлении, что и показано стрелкой, то эта трехфазная нагрузка имеет прямое чередование. Если диск начнет крутиться в противоположную от стрелки сторону, то чередование фаз обратное. Следует отметить, что этот прибор не способен определить, какая фаза на каком проводе находится, он может определить лишь порядок их чередования.

С помощью мегаомметра

Как один из способов прозвонки жил широко используется прибор для измерения сопротивления – мегаомметр.

Рис. 4: Прозвонка кабеля мегаомметром

Посмотрите на рисунок 4, для реализации такой схемы, вам понадобится отключить кабель от сети и от потребителя. При этом, с одного конца кабеля фазы поочередно соединяются с землей З, как и металлическая оболочка у бронированных кабелей. С другой стороны присоединяется мегаомметр М, один из зажимов которого заземляется, а второй поочередно подводится к каждой из фаз. На той, где мегаомметр покажет нулевое сопротивление, и будет одним проводом.

На концах одноименного провода устанавливается соответствующая маркировка. Недостатком такого способа прозвонки является большой объем трудозатрат. Так как каждая жила заземляется поочередно, после чего выполняется проверка. При этом на обоих концах кабеля должны устанавливаться ответственные сотрудники. Между ними должна обеспечиваться связь, для согласования действий и предупреждения подачи напряжения на работников.

По расцветке изоляции жил

Если в каком-либо устройстве имеется подключение разноцветными жилами, то фазировку оборудования можно выполнять по цветам. Для определения нахождения одноименных напряжений тех или иных фаз необходимо добраться до каждой жилы кабеля. Если на каждом проводе присутствует изоляция разных цветов, то сравнив их с местом присоединения к трансформатору или распедустройству, можно определить, где какая фаза находится.

Недостатком такого метода следует отметить ложную цветовую маркировку, так как производитель кабеля не всегда обеспечивает один и тот же цвет для каждой жилы на всей протяженности провода. Поэтому предварительно его все равно рекомендуется прозванивать и маркировать.

При помощи мультиметра

Для этого метода используется обычный мультиметр. Он наиболее актуален в тех ситуациях, когда необходимо включить в параллельную работу два смежных устройства и их шины расположены поблизости.

Рис. 5: фазировка мультиметром

Необходимо выполнить сравнение фазных напряжений в соседних линиях, на рисунке 5 приведен пример для фаз А и А1. Коммутационная аппаратура при этом должна быть разомкнута. Перед тем как пользоваться мультиметром, на нем выставляется класс напряжения, для линии, на которой будет производиться замер. Щупы подводятся к выводам фаз, при этом их изоляция должна обеспечивать защиту от напряжения, а на руки надеваются диэлектрические перчатки.

Если при подключении щупов к выводам A — A1 стрелка останется на нулевой отметке, то это значит, что фазы одинаковые. Если стрелка отклонится на величину линейного напряжения, вы меряете разноименные фазы.

Защита от нарушения порядка чередования

Для защиты электрического оборудования от неправильного чередования на практике применяется реле контроля фаз. Это реле настроено на работу двигателя или другого устройства в его прямом включении. Если из-за каких-то неполадок или неправильного подключения чередование нарушается, то трехфазное реле сразу отключит устройство. Его работа основана на анализе трехфазных токов и напряжений и последующем контроле этих параметров.

Подключение может выполняться через трансформаторы тока или напрямую, в зависимости от модели и класса напряжения в сети. Такая защита нашла широкое применение при подключении счетчиков индукционного типа, электрических машин и другого высокоточного оборудования.

Способ определения последовательности чередования фаз многофазных сетей, отличается от существующих способов измерения последовательности фаз, тем, что позволяет подключаться одним щупом, тем самым позволяет создать мобильные приборы, без дополнительных подключений. Блочная схема прибора, изображена на рис. 1.

Рис. 1. Блочная схема прибора определения последовательности чередования фаз

Принцип работы прибора следующий:

1. Подача питания на прибор переводит микроконтроллер 5 в режим низкого потребления (спящий).
2. Прикосновение руки к сенсорной площадке 8 уменьшает ёмкостное сопротивление прибора и становится проводником переменного тока.
3. Щупом прибора касаются одой из фаз, произвольно выбранной.
4. Ёмкостное сопротивление сенсорной площадки 8 создаёт разность потенциалов на входе микроконтроллера 5 и выводит его из спящего режима.
5. Ток, проходящий через высокоомный делитель 1, уменьшается до безопасной величины.
6. Компаратор 2, может быть как отдельно собранная схема, так и в составе микроконтроллера, он преобразует синусоидальный сигнал в прямоугольный, с логическими уровнями достаточными для работы микроконтроллера 5.
7. Кварцевый генератор 3 запускается совместно с микроконтроллером, может быть собран как отдельная схема, так и находится в составе микроконтроллера, вырабатывает прямоугольный сигнал (генерирует опорную частоту).
8. Устройство сравнения 4 (цифровой компаратор) выполняет логическую операцию сравнения, позволяет заполнить высокостабильными импульсами от кварцевого генератора 3 низкочастотные импульсы, пришедшие от компаратора 2.
9. На контроллер 5 приходят импульсы с блока сравнения 4, пропорциональные фазной частоте и модулированные кварцевым генератором.
10. В контроллере 5 происходит обработка сигнала по программе и вывод результата на индикатор 6.
11. Любая фаза, после первого цикла измерения, индицируется как фаза А, а микроконтроллер запоминает значение фазы, продолжая отсчитывать импульсы кварцевого генератора.
12. В случае нестабильного измерения, микроконтроллер формирует сигнал ошибки и проводит повторное измерение. Если несколько измерений нестабильны, сигнал о нестабильности передаётся на индикацию.
13. После индикации фазы переставляется щуп на другую фазу.
14. Повторяются пп 5-10, с отличием, что микроконтроллер 5 рассчитывает время смещения импульсов относительно запомненного предыдущего значения и на основании времени сдвига выдаёт сигнал на индикацию соответствующей фазы.
15. Если измерения прекращаются, микроконтроллер устанавливает все необходимые регистры памяти и переводится в спящий режим низкого потребления до следующего использования.

Прибор может быть выполнен на дискретных, цифровых электронных элементах. В качестве микроконтроллера может быть использован любой подходящий микроконтроллер, а так же возможна программная эмуляция данного способа измерения.

Прибор может быть дополнен разнообразными дополнительными средствами измерений, при применении соответствующего контроллера. Возможная реализация подключения прибора к вычислительной технике и другим цифровым устройствам, как коммутационным способом, так и дистанционным, позволяя обмениваться данными, а так же для обновления прошивки прибора, позволяя ему эволюционно совершенствоваться.

Рис. 2. Диаграмма сигналов прибора

Интервалы времени Δtn1 – Δtnk+1 модулированы генератором и по сути являются периодом колебаний заполненным импульсами кварцевого генератора. Микроконтроллер запоминает константы времени в количестве колебаний кварцевого генератора, начиная с t1, относительно t0(начала измерений). Далее происходит сравнение интервалов, если они вкладываются в приемлемый диапазон, то происходит команда на индикацию фазы А. Если диапазон частот отличен, либо константы интервалов выходят за рамки допустимых пределов, обрабатывается программа ошибки. В случае положительного определения, фазы, запоминается усреднённая частота, даётся сигнал на перестановку щупа. При перестановке фазы, повторяются измерения, и происходит сравнение усреднённых констант, расчёт угла фазы. Если фаза отстаёт на 120°, включая интервал допуска по нестабильности, то выводится команда на индикацию фазы С, если опережает, то фазы В. Пока прибор в работе, то индицируется фаза, относительно последней измеренной. Если сигнал отсутствует более установленного для таймера времени, то контроллер переводится в спящий режим, предварительно установив ячейки памяти в исходное состояние. Выводится прибор из спящего режима подачей сигнала и приступает к измерению.

Этот способ измерения угла сдвига фазы может быть использован в приборах различного назначения, в качестве индикатора фазы, но в отличии от существующих не имеет подключения к разным фазам одновременно, что позволяет использовать в переносных индикаторах, а так же измерительных штангах. Так же данный способ позволяет встраивать режим измерения в др. приборы.

Основные понятия и определения (фазировка)

Трехфазная система.

Под трехфазной системой э. д. с. (напряжений) понимают совокупность трех электрических цепей переменного тока одной частоты, э. д. с. которых не совпадают по фазе. На рис. 1,а приведена схема простейшего синхронного генератора трехфазного тока. Обмотки, в которых получается переменная э. д. с, помещены в пазы статора, смещенные по окружности на 120°. По обмотке ротора проходит постоянный ток, создавая магнитное поле. При пересечении обмоток статора магнитным полем вращающегося ротора в них наводится симметричная система трех синусоидальных э. д. с. одинаковой частоты и амплитуды, сдвинутых по фазе на 120° (рис. 1,б). За один оборот ротора, что соответствует периоду времени Т, в каждой из обмоток происходит полный цикл изменения э. д. с. Когда ось ротора I—I пересекает витки обмотки статора, в них наводится максимальная э.д. с. Но так как для трех обмоток статора это происходит в разные моменты времени, то

Рис 1 Получение трехфазной симметричной системы э. д. с.
а-синхронный генератор; б-график э.д.с.; в-векторная дивграмма э.д.с.; 1-статор; 2-обмотка статора; 3-ротор; 4-обмотка ротора

и максимумы наведенных э. д. с. не совпадают по фазе, т. е. их амплитуды Еа, Ев, Ес оказываются сдвинутыми одна относительно другой на 1/3 периода, или на 120°.

Фаза.
Угол, характеризующий определенную стадию периодически изменяющегося параметра (в данном случае э. д. с), называют фазовым углом или просто фазой. При совместном рассмотрении двух (и более) синусоидально изменяющихся э. д. с. одной частоты, если их нулевые (или амплитудные) значения наступают не одновременно, говорят, что они сдвинуты по фазе. Сдвиг всегда определяют между одинаковыми фазами, например между началами синусоид, как это показано на рис. 1,6, или между фазами амплитуд. При сдвиге двух синусоид по фазе одна из них будет отставать от другой по времени. Чтобы определить, какая из синусоид отстает, находят их начала, т. е. нулевые значения э. д. с. при переходе от отрицательных к положительным значениям. На рис. 1,6 начала обозначены буквами а, Ь, с. Из рисунка видно, что начало одной синусоиды (например, синусоиды, проходящей через точку Ь) расположено правее начала другой (синусоиды, проходящей через точку а). Это свидетельствует о том, что синусоида с началом в точке b отстает во времени от синусоиды с началом в точке а. Еще более отстает синусоида, проходящая через точку с, так как ее начало сдвинуто на 2/3 Т или на 240° от начала координат (момента, когда t = 0).
На практике под фазой трехфазной системы понимают также отдельный участок трехфазной цепи, по которому проходит один и тот же ток, сдвинутый относительно двух других по фазе. Исходя из этого, фазой называют обмотку генератора, трансформатора, двигателя, провод трехфазной линии, чтобы подчеркнуть принадлежность их к определенному участку трехфазной цепи.
Фазы именуют прописными буквами А, В, С. Но навешивать надписи букв на оборудование станций и подстанций не всегда удобно. Поэтому при окраске оборудования (например, сборных и соединительных шин в закрытых РУ), которая применяется с целью защиты от коррозии, используют красители различного цвета. В соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) шины фазы А окрашивают в желтый цвет, фазы В -в зеленый и фазы С -в красный. Поэтому фазы часто называют Ж, 3, К. Для распознания фаз оборудования на кожухах, арматуре изоляторов, конструкциях и опорах наносят соответствующие цветные метки в виде кружков или полос.
Таким образом, в зависимости от рассматриваемого вопроса фаза — это либо угол, характеризующий состояние синусоидально изменяющейся величины в каждый момент времени, либо участок трехфазной цепи, т. е. однофазная цепь, входящая в состав трехфазной.

Порядок следования фаз.

Порядок, в котором э. д. с. трех фаз непрерывно проходит через одни и те же значения (например, через положительные амплитудные значения), называют порядком следования фаз. Трехфазные системы э. д. с. могут отличаться друг от друга порядком следования фаз. Если вращение ротора генератора происходит в направлении, изображенном на рис. 1,а, то порядок следования фаз будет А, В, С — это так называемый прямой порядок следования фаз. Если направление вращения ротора изменить, то изменится и порядок следования фаз. Фазы будут проходить через максимальные значения в порядке А, С, В,- это обратный порядок следования фаз.
Иногда вместо термина «порядок следования фаз» говорят «порядок чередования фаз». Во избежание путаницы условимся применять термин «чередование фаз» только в том случае, когда это связано с понятием фазы как участка трехфазной цепи.

Чередование фаз.
Итак, под чередованием фаз понимают очередность, в которой фазы трехфазной цепи (отдельные провода линии, обмотки и выводы электрической машины ит. д.) расположены в пространстве, если обход «их каждый раз начинать из одного и того же пункта (точки) и производить в одном и том же направлении, например сверху вниз, по часовой стрелке и т. д. На основании такого определения говорят о чередовании обозначений выводов электрических машин и трансформаторов, расцветки проводов и сборных шин. В ряде случаев порядок чередования фаз строго регламентирован. Так, согласно ГОСТ порядок чередования обозначений выводов синхронных машин принимается соответствующим порядку следования фаз для установленного направления вращения ротора. Правила устройства электроустановок предусматривают для закрытых РУ следующий порядок чередования окрашенных сборных шин при их вертикальном расположении: верхняя шина — желтая, средняя — зеленая, нижняя — красная. При расположении шин горизонтально наиболее удаленная шина окрашивается в желтый цвет, а ближайшая — в красный. Ответвления от сборных шин выполняются так, чтобы слева располагалась фаза А, справа — фаза С, если смотреть на шины из коридора обслуживания (при трех коридорах в РУ — из центрального).
На открытых подстанциях чередование окраски сборных и обходных шин ориентируют по силовым трансформаторам. Ближайшая к ним фаза шин окрашивается в желтый цвет, средняя — в зеленый, отдаленная — в красный. Ответвления от сборных шин выполняют таким образом, чтобы слева располагалась шина фазы А, справа — фазы С, если смотреть из ОРУ на вводы трансформаторов.
Отступление от указанных выше требований порядка чередования окраски крайних шин РУ ПУЭ допускает в виде исключения в тех отдельных случаях, когда соблюдение этих требований связано с усложнением монтажа или необходимостью установки специальных опор для транспозиции проводов воздушных линий.

Совпадение фаз.

При фазировке трехфазных цепей могут быть различные варианты чередования обозначений (расцветки) зажимов на включающем аппарате и подачи на них напряжения разных фаз. Для простоты дальнейших рассуждений допустим, что фазируемые напряжения двух трехфазных цепей имеют одинаковые порядки следования фаз. При этом условии фазы одноименных напряжений могут совпадать, а порядок чередования обозначений зажимов у выключателя — нет (рис. 2,а) или, наоборот, при одном и том же порядке чередования обозначений зажимов физируемые напряжения могут оказаться сдвинутыми по фазе (рис. 2,6). Поворот одноименных векторов напряжений относительно друг друга может быть не только на угол 120°, как это показано на рис. 2,6, но на любой угол, кратный 30°, что характерно для трансформаторов, имеющих разные группы соединения обмоток. В обоих приведенных случаях включение выключателя неизбежно приводит к к. з.

Рис. 2. Варианты несовпадения (а, б) и совпадения (в) фаз двух частей установки.

Однако возможен вариант, когда совпадает и то, и другое (рис. 2, в). Короткое замыкание между соединяемыми частями установки здесь исключено.
Под совпадением фаз при фазировке как раз и понимают именно этот случай, когда одноименные напряжения фазируемых трехфазных цепей совпадают по фазе, а чередование обозначений у выключателя зажимов (или их расцветка) согласовано с соответствующими фазами напряжений и между собой.

Векторное изображение синусоидально изменяющихся э. д. с. (напряжений, токов).

Периодически изменяющиеся синусоидальные величины изображают в виде синусоид (рис. 1,6) и вращающимися векторами — направленными отрезками прямой линии (рис. 1,в). Связь между синусоидальной кривой и вращающимися векторами показана на рис. 3. Синусоида получается проектированием вращающегося вектора (равного в заданном масштабе амплитуде изменяющейся э. д. с.) на вертикальную ось I—I, перемещаемую по оси абсцисс со скоростью, пропор-циональной частоте вращения вектора. Сдвиг фаз между двумя векторами, начала которых совмещены в одной точке, определяется углом j (рис. 4). Отставание вектора Ев от вектора Еа показано направлением стрелки угла j (против направления вращения векторов).
Следует сказать, что понятие вектора з. д. с. (напряжения, тока и т. д.) в электротехнике несколько отличается от понятия вектора, скажем, силы или скорости в механике. Если в механике векторы не могут быть определены полностью только по их значениям без указания направления их действия, то в электротехнике вращающиеся векторы не определяют действительного направления изображаемых ими величин в пространстве. Однако совокупное расположение вращающихся с одной частотой векторов (например, э. д. с. трех фаз) на диаграмме дает представление о происходящем в электрической цепи процессе во времени и позволяет сделать количественную оценку явлений путем проведения элементарных операций над векторами.

Puc. 3. Получение синусоидального графика при вращении вектора.

Рис. 4. Изображение двух з. д. с. синусоидами и векторами при различных углах сдвига, а — j = 0°; б — j = 90°, в — j = 180°.

Основные схемы соединений трехфазных цепей.
Обмотки электрических машин (генераторов, синхронных компенсаторов, двигателей) и трансформаторов соединяют в звезду или треугольник.

При соединении трех обмоток генератора в звезду концы их объединяют в одну точку (рис. 5, а), которую называют нулевой (или нейтральной). Электродвижущие силы между началами и нулевой точкой обмоток называют фазными э.д. с. и обозначают Еа, Ев, Ес, или просто Еф. Электродвижущие силы между выводами фаз называют линейными Ел. Они получаются как разности векторов соответствующих, фазных э. д. с. генератора, например, Еа — Ев = Еав (рис. 5,6). Порядок индексов в обозначении линейных э. д. с. не произволен — индексы ставятся в порядке вычитания векторов: Ев — Ес = Евс; Ес — Еа = Еса. С учетом заданного направления вращения векторов такой расстановке индексов соответствует вычитание вектора э. д. с. отстающей фазы из э. д. с. опережающей. В результате векторы линейных э. д. с. всегда опережают уменьшаемые фазные векторы на 30° Значения линейных э. д. с. в корень из трех, или в 1,73 раза больше фазных, в чем легко убедиться измерением векторов на диаграмме.

Рис. 5. Соединение обмоток генератора в звезду (а) и векторная диаграмма э. д. с. (б).

Соединение обмоток генератора треугольником показано на рис. 6,а.

Точки А, В, С являются общими для каждой пары фазных обмоток. Если к зажимам генератора не подсоединена нагрузка, то в обмотках, образующих замкнутый контур, отсутствует ток, обусловленный синусоидальными э. д. с. промышленной частоты, сдвинутыми относительно друг друга на 1/3 Т, так как в каждый момент времени геометрическая сумма этих э. д. с. равна нулю (рис. 6,6).
Из рис. 6 следует, что при соединении в треугольник фазная э. д. с. равна линейной и совпадает с ней по фазе. Заметим, что на станциях обмотки генераторов, как правило, соединяют в звезду. Соединение треугольником встречается крайне редко.
Обмотки трансформаторов, так же как и у генераторов, соединяют в звезду и треугольник (схема зигзаг встречается редко). Схема звезды часто выполняется с выведенной нулевой точкой. Схемы соединений в звезду, в звезду с выведенной нулевой точкой и в треугольник в тексте обычно обозначают буквами У, Ун и Д соответственно. Обмотки высшего напряжения (ВН) трансформаторов соединяют в У или Д независимо от схемы соединения источников питания. Вторичные обмотки низшего напряжений (НН) также соединяют в У или Д. 12
В отличие от генераторов у трансформаторов соединение треугольником по крайней мере одной из его обмоток является обычным.

Рис. 6. Соединение обмоток генератора в треугольник (а) и векторная диаграмма э. д. с. (б).

Как проверить фазировку мультиметром

Что такое порядок чередования фаз в трехфазной сети

Прямое и обратное чередование фаз

Трехфазный переменный ток графически представляет собой три фазы в виде чередующихся синусоид на оси Х, сдвинутых по отношению друг к другу на 120°. Первую синусоиду можно представить как фазу А, следующую синусоиду как фазу B, сдвинутую на 120° относительно фазы А, и третью фазу C, также сдвинутую на 120° по отношению к фазе В.

Графическое отображение сдвига фаз на 120° трехфазной сети

Если фазы имеют порядок АВС, то такое следование фаз называется прямым чередованием. Следовательно, порядок фаз СВА будет означать обратное чередование. Всего возможно три прямых чередования фаз ABС, BCА, CАВ. Для обратного чередования фаз порядок будет выглядеть как CВА, BAC, ACB.

Проверить чередование фаз трехфазной сети можно фазоуказателем ФУ — 2. Он представляет собой небольшой корпус, на котором имеются три зажима для подключения трех фаз сети, алюминиевого диска с черной точкой на белом фоне и три обмотки. Принцип действия у него аналогичен работе асинхронного электродвигателя.

Если подключить фазоуказатель к трем фазам и нажать кнопку на корпусе, то диск начнёт вращаться в одну из сторон. Когда вращение диска совпадает со стрелкой на корпусе, тогда фазоуказатель показывает прямое чередование фаз, вращение диска в обратном направлении указывает на обратное чередование фаз.

Электрическая схема фазоуказателя ФУ-2

В каких случаях необходимо знать порядок чередования фаз. Во-первых, если дом подключен к трехфазной сети и установлен индукционный электросчётчик, тогда нужно соблюдать на нем прямое чередование фаз. При неправильном подключении такого электросчетчика возможен его самоход, что даст неправильные показания в сторону увеличения расхода электроэнергии.

Также, если в доме используются асинхронные электродвигатели, то направление вращения ротора будет зависеть от порядка чередования фаз. Меняя чередование фаз на асинхронном электродвигателе можно изменить направление вращения ротора в нужную сторону.

Что такое фазировка трехфазной сети

Фазировку трех фаз проводят в трансформаторных подстанциях при параллельном подключении трансформаторов. Подключение двух трансформаторов к одной трехфазной сети осуществляется межсекционными автоматическими выключателями. Проверить одноименные фазы фазоуказателем не представляется возможным.

Однако можно определить одноименные фазы мультиметром или любым вольтметром с пределом измерения 500 В. При проведении фазировки, нужно соблюдать все меры безопасности и заранее проверить на работоспособность мультиметр. Перед нахождением одноименных фаз важно определить наличие фазного напряжения относительно «земли» на всех шинах (на случай обрыва).

Проверка на обрыв и нахождение одноименных фаз в трехфазной сети

Далее, работая в резиновых перчатках, замеряют линейные напряжения на шинах разных трансформаторов. Если найдены шины, напряжение между которыми около нуля, то такие шины имеют одноименные фазы и их отмечают. Следом находят остальные две пары одноимённых шин и также отмечают.

Если напряжения между всеми шинами разных трансформаторов ниже линейного 380 В, но значительно отличаются от нуля, то фазировать такие трансформаторы нельзя, т. к. они имеют разные схемы соединения. Найденные одноимённые шины соединяют на разъединителях для параллельной работы.

Отличие фазного и линейного напряжения в трехфазной сети

Когда трансформатор имеет различные напряжения, при одинаковых схемах соединений, их подгоняют переключателем отводов обмоток трансформаторов до номинального значения. Фазировку высоковольтных линий проводят специальными высоковольтными индикаторами УВНФ.

Источник: electricavdome.ru

Проверка чередования фаз силовых кабелей

Простые способы фазировки кабеля

Простейшим способом отыскания в конце кабеля токоведущих жил, соответствующих определенным фазам его начала, является способ проверки «прозвонки» жил кабелей при помощи телефонных трубок, например при проверке силовых кабелей, прокладываемых между различными помещениями станций и подстанций. Схема присоединения телефонных трубок показана на рисунке 1.

В качестве одного из проводов для установления связи используют заземленные конструкции (заземленную металлическую оболочку кабеля), к которым подсоединяют телефонные трубки. Далее, с одной из сторон кабеля провод от батарейки соединяют с токоведущей жилой (допустим, фазой С).

Схема присоединения телефонных трубок при фазировке кабеля

С другой стороны кабеля вторым проводом от телефонной трубки поочередно касаются токоведущих жил, каждый раз подавая голосом сигнал в трубку. Найдя жилу, по которой будет получен отзыв проверяющего, ее помечают как фазу С и в том же порядке продолжают поиск других жил. Вместо обычных телефонных трубок целесообразно применение телефонных гарнитуров, пользование которыми освобождает руки проверяющих для работы.

Для проверки чередования фаз достаточно широко используют мегаомметр, схема включения которого показана на рисунке 2. Для этого поочередно заземляют жилы в начале кабеля, а в конце производят измерение сопротивления изоляции жил относительно земли.

Схема присоединения мегаомметра при фазировке кабеля

Заземленную жилу обнаруживают по показаниям мегаомметра, так как сопротивление ее изоляции на землю будет равно нулю, а двух других жил — десяткам и даже сотням мегаом.

При этом способе проверки трижды устанавливают и снимают заземления. Кроме того, персонал, находящийся у концов кабеля, должен иметь между собой связь, чтобы координировать свои действия. Все это относится к недостаткам такого способа проверки.

Более совершенным способом фазировки кабеля является способ измерений по схеме, приведенной на рисунке 3.

Одну из трех жил кабеля (назовем ее фазой А) жестко соединяют с заземленной оболочкой, другую жилу (фазу С) заземляют через сопротивление 8—10 МОм В качестве сопротивления обычно используют трубку с резисторами указателя УВНФ. Третью жилу (фазу В) не заземляют, она остается свободной. С другого конца кабеля мегаомметром измеряют сопротивление жил относительно земли.

Очевидно, что фазе А будет соответствовать жила, сопротивление которой на землю равно нулю, фазе С — жила, имеющая сопротивление на землю 8 — 10 МОм, и фазе В — жила с бесконечно большим сопротивлением.

Схема присоединения мегаомметра и дополнительного резистора при фазировке кабеля

Техника безопасности при производстве фазировки кабелей

По условиям безопасности при производстве фазировки кабелей фазировка производится только на отключенной со всех сторон кабельной линии. При этом должны быть приняты меры против подачи на кабель рабочего напряжения. Перед началом фазировки при помощи мегаомметра весь персонал, находящийся вблизи кабеля, предупреждается о недопустимости прикосновения к токоведущим жилам.

Соединительные провода от мегаомметра должны иметь усиленную изоляцию (например, провод типа ПВЛ). Присоединение их к токоведущим жилам производится после того, как кабель будет разряжен от емкостного тока. Для снятия остаточного заряда кабель заземляют на 2—3 мин.

Проверка чередования фаз силовых кабелей по расцветке изоляции жил

Токоведущие жилы силовых кабелей с изоляцией из пропитанной бумаги расцвечивают навитыми на их изоляцию лентами цветной бумаги. Одну из жил, как правило, опоясывают красной лентой, другую — синей, а изоляцию третьей специально не расцвечивают — она сохраняет цвет кабельной бумаги.

При изготовлении кабелей жилы скручивают между собой так, что на протяжении одного шага скрутки каждая жила меняет свое положение в площади сечения, делая один оборот вокруг оси кабеля. Рассматривая площади сечений с обоих концов кабеля, можно обнаружить, что по отношению к наблюдателю фазы в сечениях чередуются в разных направлениях. Эти особенности конструкции кабелей учитывают при фазировке и соединении жил.

Чередования фаз в сечениях кабеля. Стрелками показаны направления обхода фаз.

Допустим, что необходимо произвести фазировку и соединение жил двух концов трехфазного кабеля. Фазировка в данном случае элементарно проста. Она заключается в том, что из шести жил выбирают пары, имеющие одинаковую расцветку. Эти жилы замечают и готовят к соединению. Для соединения необходимо, чтобы оси жил одинаковой расцветки совпадали, а направление чередования фаз в площади сечения одного конца кабеля было зеркальным отражением другого.

Некоторые варианты чередования расцвеченных жил в сечениях двух кабелей: а — соединение жил одинакового цвета возможно; б — то же после поворота сечения на 180°; в — соединение трех жил по их цветам невозможно.

При укладке кабелей в траншею вероятность совпадения осей жил невелика. Чаще всего фазы одного цвет а оказываются повернутыми относительно друг друга на некоторый угол, значение которого может доходить до 180°.

Кабели с несовпадающими осями одинаково расцвеченных жил при монтаже (или ремонте) подкручивают вокруг оси, пока не будет зафиксировано точное совпадение осей жил. Однако сильное подкручивание не безопасно. Оно вызывает механические напряжения в защитных и изоляционных покровах кабелей и влечет за собой снижение надежности в работе.

Для того чтобы по цвету совпали все соединяемые между собой жилы, направления чередований фаз в сечениях кабелей должны быть противоположными. Это проверяется заранее, до укладки кабеля в траншею, если на его концах отсутствуют метки с указанием направления чередования фаз. Заметим, что у кабелей с чередованием фаз, направленным в одну сторону, по цвету совпадает только одна жила, а две другие не могут совпадать.

Преимущество способа соединения кабелей одинаково расцвеченными жилами состоит в том, что фазировка здесь не является самостоятельной операцией, она выполняется в ходе самих работ, а процесс прокладки, ремонта и эксплуатации кабелей приобретает более стройную систему и требует меньших трудозатрат.

Проверка чередования фаз силовых кабелей прибором ФК-80

Для фазировки на две жилы кабеля на питающем его конце накладываются два излучателя: на фазу А — излучатель непрерывного сигнала И1, на фазу В — излучатель прерывистого сигнала И2, фаза С остается свободной. Заземление с кабельной линии не снимается — оно не мешает проведению фазировки. На время фазировки или задолго до этого прибор ФК-80 включается в сеть 220 В. Излучатели наводят в жилах кабеля соответствующие ЭДС. На другом конце линии телефонные трубки подсоединяют одним проводом к заземлению (заземленной оболочке кабеля), а другим проводом поочередно касаются токоведущих жил кабеля.

Применение прибора ФК-80 при фазировке кабеля

Принадлежность жилы кабеля той или иной фазе определяется по характеру звука в телефонных трубках. Если будет услышан непрерывный сигнал — трубки подключены к фазе А, прерывистый — к фазе В и отсутствие звука укажет, что трубки подключены к фазе С. Наводимая в жилах кабеля ЭДС звуковой частоты (ее значение не превышает 5 В) не является помехой для выполнения ремонтных работ на кабельной линии.

Источник: electricalschool.info

Что такое чередование фаз и как его проверить?

Небольшое вступление

Попалась на глаза история о монтаже электрооборудования, а именно двух масляных трансформаторов. Работы были завершены успешно. В итоге имелась следующая схема электроснабжения. Собственно сами трансформаторы, вводные выключатели, секционные разъединители, две секции шин. Успешно, как считали монтажники, прошли пусконаладочные работы. Стали включать оба трансформатора на параллельную работу и получили короткое замыкание. Естественно, монтажники утверждали, что произвели проверку чередования фаз с обоих источников и все совпадало. Но, о фазировке не было сказано ни слова. А зря! Теперь давайте разберемся подробно, что же пошло не так.

Что собой представляет чередование фаз?

Как известно, в трехфазной сети присутствует три разноименные фазы. Условно они обозначаются как А, В и С. Вспоминая теорию, можно говорить что синусоиды фаз смещены относительно друг друга на 120 градусов. Так вот всего может быть шесть разных порядков чередования, и все они делятся на два вида – прямое и обратное. Прямым чередованием считается следующий порядок – АВС, ВСА и САВ. Обратный порядок будет соответственно СВА, ВАС и АСВ.

Чтобы проверить порядок чередования фаз можно воспользоваться таким прибором, как фазоуказатель. О том, как пользоваться фазоуказателем, мы уже рассказывали. Конкретно рассмотрим последовательность проверки прибором ФУ 2.

Как выполнить проверку?

Сам прибор (предоставлен на фото ниже) представляет собой три обмотки и диск, который вращается при проверке. На нем нанесены черные метки, которые чередуются с белыми. Это сделано для удобства считывания результата. Работает прибор по принципу асинхронного двигателя.

Итак, подключаем на выводы прибора три провода от источника трехфазного напряжения. Нажимаем кнопку на приборе, которая расположена на боковой стенке. Увидим, что диск начал вращаться. Если он крутится по направлению нарисованной на приборе стрелки, значит, чередование фаз прямое и соответствует одному из вариантов порядка АВС, ВСА или САВ. Когда диск будет вращаться в противоположную стрелке сторону, можно говорить об обратном чередовании. В таком случае возможен один из таких трех вариантов – СВА, ВАС или АСВ.

Если возвращаться к истории с монтажниками, то все что они сделали – это лишь определение чередования фаз. Да, в обоих случаях порядок совпал. Однако нужно было еще проверить фазировку. А ее невозможно выполнить с помощью фазоуказателя. При включении были соединены разноименные фазы. Чтобы узнать где условно А, В и С, нужно было применить мультиметр или осциллограф.

Мультиметром измеряется напряжение между фазами разных источников питания и если оно равно нулю, то фазы одноименные. Если же напряжение будет соответствовать линейному напряжению, то они разноименные. Это самый простой и действенный способ. Более подробно о том, как пользоваться мультиметром, вы можете узнать в нашей статье. Можно, конечно, воспользоваться осциллографом и смотреть по осциллограмме какая фаза от какой отстает на 120 градусов, но это нецелесообразно. Во-первых, так на порядок усложняется методика, и во-вторых такой прибор стоит немалых денег.

На видео ниже наглядно показывается, как проверить чередование фаз:

Когда нужно учитывать порядок?

Проверить чередование фаз нужно при эксплуатации трехфазных электродвигателей переменного тока. От порядка фаз будет меняться направление вращения двигателя, что иногда бывает очень важно, особенно если на участке находится много механизмов, использующих двигатели.

Также важно учитывать порядок следования фаз при подключении электросчетчика индукционного типа СА4. Если порядок будет обратный возможно такое явление как самопроизвольное движение диска на счетчике. Новые электронные счетчики, конечно, нечувствительны к чередованию фаз, но на их индикаторе появится соответствующее изображение.

Если имеется электрический силовой кабель, с помощью которого необходимо выполнить подключение трехфазной сети питания, и нужен контроль фазировки, выполнить его можно и без специальных приборов. Зачастую жилы внутри кабеля отличаются по цвету изоляции, что сильно упрощает процесс «прозвонки». Так, чтобы узнать где условно находится фаза А, В или С понадобится лишь снять наружную изоляцию кабеля. На двух концах мы увидим жилы одинакового цвета. Их мы и примем за одинаковые. Подробнее о цветовой маркировке проводов вы можете узнать из нашей статьи.

Но все же слепо доверяться такой маркировке нельзя. Так, на практике бывают случаи, что производители кабеля не могут гарантировать что в начале и в конце кабеля цвет жил будет один и тот же. Поэтому нужно все равно прозвонить жилы прозвонкой.

Теперь вы знаете, что такое чередование фаз в трехфазной сети и как его проверить с помощью приборов. Надеемся, информация была для вас полезной и интересной!

Советуем также прочитать:

Источник: samelectrik.ru

Проверка фазировки электрического оборудования

Электрооборудование трёхфазного тока (трансформаторы, генераторы, кабельные линии электропередач) подлежит обязательной фазировке, перед тем как оно впервые будет включено в сеть или же по окончании очередного ремонта, в результате которого могло произойти нарушение порядка чередования, следования фаз.

Фазировка заключается в проверке совпадения по фазе напряжений каждой из 3-х фаз включаемой электроустановки с соответствующими напряжениями сети. Подобного рода проверка, безусловно, необходима, ведь в процессе сборки, монтирования и ремонта электрооборудования фазы могли быть переставлены местами.

У электромашин, например, не исключается и ошибочное обозначение силовых выводов статорных обмоток; у кабелей в соединительных муфтах могут быть между собой соединены жилы разноимённых фаз.

Во всех этих случаях единственным выходом считается выполнение фазировки. Как правило, эта технологическая операция состоит из 3-х основных перечисленных ниже этапов.

Проверка и сравнение порядка чередования фаз у электрической установки и сети. Данная операция выполняется перед непосредственным включением на параллельную работу нескольких сетей, работающих независимо, нового генератора и генератора, прошедшего капитальный ремонт, при котором могла измениться схема присоединения обмоток статора к сети.

Лишь при получении положительных результатов, полученных при фазировке, генераторы или, скажем трансформаторы синхронизируются и включаются на параллельную работу.

Проверка одноимённости или расцветки фазных проводников, которые впоследствии надо будет соединить. Эта операция ставит перед собой цель проверить правильность соединения всех элементов установки между собой. Проще говоря, выверяется правильность подвода токоведущих жил к включающему аппарату.

Проверка совпадения по фазе одноимённых напряжений, то есть отсутствия между ними угла сдвига фаз. В электрических сетях во время фазировки линий электропередач и силовых трансформаторов, которые принадлежат одной электрической системе, достаточно выполнить 2 последние операции, поскольку у всех генераторов, работающих синхронно с сетью, порядок следования фаз одинаков.

Приборы для фазировки. Сегодня существует множество методик, которые зависят от прямого назначения электрооборудования, схем соединения обмоток и от используемых приспособлений и приборов. К основным приборам и приспособлениям можно отнести:

Вольтметры переменного тока, используемые при фазировки электроустановок до 1 кВ и подключаемые непосредственно к выводам электрооборудования.

Фазоуказатели, принцип действие которых похож на принцип действия АД (асинхронного двигателя), когда при подключении катушки приборов к 3-х фазной сети токов происходит образование вращающегося магнитного поля, которое заставляет вращаться рабочий диск. При этом по направлению вращения диска можно судить о правильности порядка следования фаз токов, проходящих по катушкам.

Универсальные приборы (портативные вольтамперфазоиндикаторы, универсальные фазоуказатели).

Мегаомметры, представляющие собой переносные приборы, необходимые для измерения сопротивлений изоляции в широких диапазонах, что очень хорошо себя зарекомендовало при производстве фазировки.

Указатели напряжения для фазировки. Данные устройства хорошо подходят для фазировки электроустановок выше 1 кВ. При выполнении операции на отключённый аппарат (разъединитель, выключатель) на каждую сторону подаются фазируемые напряжения.

При этом, щупы прибора подносятся к токоведущим частям фазируемого аппарата, и дальше осуществляется наблюдение за свечением сигнальной лампы на устройстве.

Стоит учесть, что горение лампы говорит о несовпадении фаз, а отсутствие свечения лампочки – о согласованном включении и возможности включения коммутационного аппарата.

Методы фазировки. Эта операция может быть предварительной; выполняемой при монтаже и ремонте электрооборудования, и фазировкой непосредственно перед вводом в работу, осуществляемой перед первым включением оборудования, когда фазы могли быть переставлены местами.

Источник: forum220.ru

Что такое чередование фаз и как его проверить?

Большинство трехфазных электродвигателей и других устройств учитывают такой параметр, как чередование фаз. На практике, несоответствие данного параметра изначальным настройкам может привести к различным аварийным ситуациям, некорректной работе электрических приборов и к травмированию персонала.

Что такое чередование фаз?

Под чередованием фаз следует понимать последовательность, в которой напряжение нарастает в каждой из них. Во всех трехфазных цепях напряжение представляет собой синусоидальную кривую. В каждой линии напряжение отличается на 120º от остальных.

Рис. 1. Напряжение в трехфазной сети

Как видите, на рисунке 1, там где а) — показаны кривые напряжения во всех фазных проводах, смещенные на 120º. На соседнем рисунке б) изображена векторная диаграмма этих напряжений, На обоих рисунках показана разница между фазным и линейным напряжением.

Если взять за основу, что из нулевой точки на рисунке а) выходит U­_A, то эта фаза является первой, на диаграмме б) наглядно стрелками показано, что очередность нарастания напряжения переходит от U­_A к U­_B, а за ним к U­_C. Это означает, что фазы чередуются в порядке A, B, C. Такой порядок чередования считается прямым.

Прямое и обратное чередование фаз

В трехфазной сети порядок чередования фаз может отличаться в зависимости от способов подключения к силовым трансформаторам на подстанциях, от последовательности включения обмоток генератора, из-за несоответствия выводов кабеля и по прочим причинам.

Рисунок 2: Прямая и обратная последовательность

Обратите внимание, цветовая маркировка определяет последовательность в соответствии их очередностью в алфавите по первым буквам цвета:

• Желтый – первый;
• Зеленый – второй;
• Красный – третий.

На рисунке 2 изображен классический вариант прямой последовательности A – B – C (где A имеет желтый цвет и является первой, B – зеленый и является второй, а C – красный и является третей) и классический вариант обратной последовательности C – B – A. Но, помимо них на практике могут встречаться и другие варианты, прямого: B – C – A, C – A – B, и обратного чередования: A – C – B, B – A – C. Соответственно, в каждом из приведенных примеров чередование фаз будет начинаться с первой.

Зачем нужно учитывать порядок фаз?

Последовательность чередования играет значительную роль в таких ситуациях:

• При параллельном включении в работу – ряд устройств (трансформаторы, генераторы и прочие электрические машины), могут соединяться в параллельную работу для повышения надежности системы или для обеспечения большего резерва мощности. Но, в случае неправильного подключения из-за соединения разноименных фаз произойдет короткое замыкание.
• При подключении трехфазного счетчика – так как его работа основана на совпадении фаз с соответствующими выводами прибора, то при нарушении правильности подключения может произойти сбой и самопроизвольное движение в отсутствии какой-либо нагрузки. Из-за чего такое подключение электросчетчика приведет к необходимости оплаты потребителем киловатт, которые он не расходовал.
• При включении двигателя – следование фаз в сети определяет для электрической машины и направление вращения двигателя. В случае отсутствия правильной фазировки изменится и направление движения элементов, механически соединенных с ротором. Из-за чего может произойти нарушение технологического процесса или возникнуть угроза жизни персонала.

С целью предотвращения негативных последствий от перекоса фаз и других несовпадений, на практике выполняют проверку чередования и устанавливают защиту.

Как выполнить проверку?

Проверка может производиться несколькими способами. Целесообразность выбора того или другого варианта осуществляется в зависимости от параметров электрической сети и задач, которые необходимо решить. Так чередование можно узнать при помощи фазоуказателя, мегаомметра, мультиметра или по расцветке изоляции кабеля. Рассмотрите каждый из вариантов более подробно.

С помощью фазоуказателя

По принципу действия, фазоуказатель можно сравнить с обычным асинхронным двигателем. Рассмотрим в качестве примера наиболее распространенную модель фазоуказателя — ФУ-2 .

Рисунок 3: Принципиальная схема работы ФУ-2

Как видите на рисунке 3, у указателя последовательности фаз присутствуют три обмотки, которые подсоединяются к одноименным фазам в сети или устройстве. Между обмотками находится вращающийся ротор Р, который приводит в движение диск фазоуказателя Д.

На практике, после подсоединения к зажимам фазоуказателя соответствующих проводов, работник нажимает кнопку К, которая замыкает цепь обмоток. В зависимости от порядка чередования фаз, диск Д начнет вращаться по часовой или против часовой стрелки.

На самом приборе имеется стрелка, показывающая прямое чередование. Если при нажатии кнопки диск вращается в том же направлении, что и показано стрелкой, то эта трехфазная нагрузка имеет прямое чередование. Если диск начнет крутиться в противоположную от стрелки сторону, то чередование фаз обратное. Следует отметить, что этот прибор не способен определить, какая фаза на каком проводе находится, он может определить лишь порядок их чередования.

С помощью мегаомметра

Как один из способов прозвонки жил широко используется прибор для измерения сопротивления – мегаомметр.

Рис. 4: Прозвонка кабеля мегаомметром

Посмотрите на рисунок 4, для реализации такой схемы, вам понадобится отключить кабель от сети и от потребителя. При этом, с одного конца кабеля фазы поочередно соединяются с землей З, как и металлическая оболочка у бронированных кабелей. С другой стороны присоединяется мегаомметр М, один из зажимов которого заземляется, а второй поочередно подводится к каждой из фаз. На той, где мегаомметр покажет нулевое сопротивление, и будет одним проводом.

На концах одноименного провода устанавливается соответствующая маркировка. Недостатком такого способа прозвонки является большой объем трудозатрат. Так как каждая жила заземляется поочередно, после чего выполняется проверка. При этом на обоих концах кабеля должны устанавливаться ответственные сотрудники. Между ними должна обеспечиваться связь, для согласования действий и предупреждения подачи напряжения на работников.

По расцветке изоляции жил

Если в каком-либо устройстве имеется подключение разноцветными жилами, то фазировку оборудования можно выполнять по цветам. Для определения нахождения одноименных напряжений тех или иных фаз необходимо добраться до каждой жилы кабеля. Если на каждом проводе присутствует изоляция разных цветов, то сравнив их с местом присоединения к трансформатору или распедустройству, можно определить, где какая фаза находится.

Недостатком такого метода следует отметить ложную цветовую маркировку, так как производитель кабеля не всегда обеспечивает один и тот же цвет для каждой жилы на всей протяженности провода. Поэтому предварительно его все равно рекомендуется прозванивать и маркировать.

При помощи мультиметра

Для этого метода используется обычный мультиметр. Он наиболее актуален в тех ситуациях, когда необходимо включить в параллельную работу два смежных устройства и их шины расположены поблизости.

Рис. 5: фазировка мультиметром

Необходимо выполнить сравнение фазных напряжений в соседних линиях, на рисунке 5 приведен пример для фаз А и А1. Коммутационная аппаратура при этом должна быть разомкнута. Перед тем как пользоваться мультиметром, на нем выставляется класс напряжения, для линии, на которой будет производиться замер. Щупы подводятся к выводам фаз, при этом их изоляция должна обеспечивать защиту от напряжения, а на руки надеваются диэлектрические перчатки.

Если при подключении щупов к выводам A — A1 стрелка останется на нулевой отметке, то это значит, что фазы одинаковые. Если стрелка отклонится на величину линейного напряжения, вы меряете разноименные фазы.

Защита от нарушения порядка чередования

Для защиты электрического оборудования от неправильного чередования на практике применяется реле контроля фаз. Это реле настроено на работу двигателя или другого устройства в его прямом включении. Если из-за каких-то неполадок или неправильного подключения чередование нарушается, то трехфазное реле сразу отключит устройство. Его работа основана на анализе трехфазных токов и напряжений и последующем контроле этих параметров.

Подключение может выполняться через трансформаторы тока или напрямую, в зависимости от модели и класса напряжения в сети. Такая защита нашла широкое применение при подключении счетчиков индукционного типа, электрических машин и другого высокоточного оборудования.

Источник: www.asutpp.ru

ECE 449 — Лабораторная работа 3: Измерение чередования фаз

Цели

Чтобы понять последовательность фаз трехфазного источника питания и изучить методы измерения последовательности фаз данного источника питания.

Prelab

Прочитайте эксперимент до конца. Проанализируйте схему на рисунке 6 для емкости 50 мкФ и нескольких значений R (R = |X _c |, R = |X _c |/2 и R = 2|X _c |) до определите, что дает вам наибольшую разницу в величине Vbn на рисунке для двух различных последовательностей фаз, abc и acb. Вы будете использовать значения R (R = |X _c |, R = |X _c |/2 и R = 2|X _c |) и C = 50 мкФ на рис. 6 метода 3.

Оборудование

1. Блок определения чередования фаз (в лаборатории)
2. 3-фазный Variac (в лаборатории)
3. Блок конденсаторов
4. Тележка с резистивной нагрузкой или переменный резистор/реостат
5. Коаксиальный кабель (BNC-BNC — выдача со склада (SR))
6. Лабораторный блок Power с кабелями и измерителем Fluke (SR)

Фон:

Дан трехфазный источник напряжения на трех проводах a , b и c . Если форма сигнала напряжения провода a имеет номер  1, как показано на рис. 1, какая форма волны представляет напряжение провода b ? Если этот сигнал имеет номер 2 на рис. 1, то последовательность напряжения равна 9.0015 абв . Это вращение по часовой стрелке или прямая последовательность с сигналом 1 – нашим «эталонным» источником напряжения для фазового угла (0°), тогда сигнал 2 будет иметь фазовый угол -120 ° (120 ° с отставанием или 240 ° с опережением), а сигнал         3 с углом фазы -120 °. 240° (или 120° с опережением). Если, с другой стороны, у нас есть представление рис. 2, то последовательность будет acb с вращением против часовой стрелки или отрицательной последовательностью. Теперь форма волны 2 будет равна 9.0054 опережает На 120° впереди 1 вместо отставания, а 3 будет еще на 120° впереди 2. Вы изучите несколько способов определения последовательности фаз.

Рис.1 Трехфазные сигналы с последовательностью 123, источник (1).

Рис.2 Трехфазные сигналы с последовательностью 321, источник (2).

Направление вращения многофазных асинхронных и синхронных двигателей зависит от последовательности фаз приложенных напряжений. Кроме того, два ваттметра в двухваттметровом методе измерения трехфазной мощности меняют свои показания при изменении порядка чередования фаз, даже если система сбалансирована. Величины различных токов и составляющих напряжений в сбалансированные системы не подвержены влиянию обратной последовательности фаз.

Если в несбалансированной системе последовательность фаз приложенных напряжений меняется на противоположную, то в некоторых ответвлениях токи изменяются как по величине, так и по временной фазе, хотя общее количество генерируемых ватт и вар остается прежним.

На практике желательно, а иногда и необходимо знать последовательность фаз трехфазной энергосистемы. Например, при параллельном подключении двух трехфазных трансформаторов, если предполагается неправильная последовательность, результат может быть катастрофическим. Последовательность фаз также определяет направление вращения асинхронных двигателей.

Существует много возможных способов определения последовательности. Для определения последовательности фаз можно использовать ваттметр. Можно подключить 3-фазную индуктивную нагрузку и использовать ваттметр так, что I _a пропускают через токовую катушку ваттметра, тогда показание ваттметра будет пропорционально либо cos( 30 + phi), либо cos( 30 – фи) в зависимости от того, подается ли на катушку напряжения V12 или V13. Другие методы, обсуждаемые ниже, зависят от явления несбалансированной многофазной цепи.

Метод 1

Один из методов определения последовательности фаз основан на направлении вращения асинхронных двигателей. Это называется Вращающийся тип . Трехфазное питание подключено к такому же количеству катушек, создающих вращающееся магнитное поле, и это вращающееся магнитное поле создает вихревую ЭДС во вращающемся алюминиевом диске.

Эта вихревая ЭДС создает вихревые токи на алюминиевом диске, благодаря взаимодействию вихревых токов с вращающимся магнитным полем создается крутящий момент, который заставляет алюминиевый диск вращаться. Вращение диска по часовой стрелке указывает последовательность как a b c , and the anti-clockwise rotation of the disc indicates the change in phase sequence ( a c б ).

В другом методе используется осциллограф, как в схеме на рис. 3.

Блок определения последовательности фаз
Рис. 3. Использование осциллографа для определения последовательности фаз n-фазного источника.

Метод 2

Как правило, любой несбалансированный набор импедансов нагрузки может использоваться в качестве средства проверки последовательности фаз напряжения. Эффекты, вызываемые изменением последовательности фаз, могут быть определены теоретически, и когда отмечается эффект, свойственный одной последовательности, этот эффект можно использовать для обозначения последовательности фаз системы.

Распространенным типом схемы для проверки чередования фаз в трехфазных системах является несбалансированная схема, показанная ниже

Рис. 4. Схема определения чередования фаз с использованием 2-х ламп и дросселя.

Если лампа a ярче лампы b, последовательность фаз линейного напряжения следующая: ab, bc, ca. Если лампа b ярче лампы а, последовательность фаз следующая: ab, ca, bc.

Схема на рис. 5 (взято из сети, но источника больше нет) использует конденсатор вместо катушки индуктивности на рис. 4.

Рис. 5. Цепь и векторная диаграмма для определения чередования фаз проводов источника с маркировкой 123.

Если лампа S ярче лампы T , то чередование фаз фазных напряжений равно RST . Если лампа T ярче, чем лампа S , последовательность фаз будет RTS .

Метод 3

Другой прибор для проверки последовательности напряжения может быть изготовлен с использованием схем, показанных на рис. 5. Ток, измеряемый вольтметром, должен быть пренебрежимо мал по сравнению с током, проходящим через X и R.

Цепь RL

Цепь RC

Рис. 6. Цепи RL и RC для определения фаза
последовательность.

Процедура

Вы должны провести измерения по каждому из трех описанных выше методов, чтобы определить последовательность фаз и проверить результат расчетами. Как правило, вам нужно знать все напряжения и токи в каждой из ветвей схемы для методов 2 и 3.

Метод 1

Проверьте чередование фаз на своем стенде, используя схему на рис. 3.

1. Подсоедините три фазы и нейтраль от Variac к детектору чередования фаз.
2. Подключите выход детектора чередования фаз (BNC) к осциллографу.
3. Установите прицел на запуск по линии переменного тока.
4. Настройка Variac на 20 В _LN .
5. Вы должны увидеть форму волны, подобную рис. 3, на осциллографе, установив потенциометры на разные уровни.
6. Сохраните форму сигнала для этой последовательности фаз и для других возможностей, поменяв местами любые два провода одновременно. Убедитесь, что вы отключили питание каждый раз, когда меняете местами провода.

Метод 2

1. Подготовьте схему, как показано на рис. 5, чтобы определить импеданс каждой части цепи. (Обратите внимание, что сопротивление лампы, измеренное омметром, значительно отличается от сопротивления во время работы. Это связано с изменением удельного сопротивления в зависимости от температуры.) Помните, что вам нужно будет измерить и записать напряжения и токи на трех элементах нагрузки (лампы и реактивный элемент) в следующих шагах для использования в ваших расчетах.
2. Подайте 208 В _LL от 3-фазного вариатора к вашей цепи без конденсатора. Какая лампа ярче?
3. Применить 5 различных значений емкости к цепи. Запишите и измерьте напряжения и токи на элементах на каждом этапе. Отключите питание цепи.
4. Поменяйте местами любые два провода питания вашей цепи. Включите питание и повторите шаг (3).

Метод 3

1. Подготовьте схемы, показанные на рис. 6, с конденсатором.
2. Подключить цепь, используя R = |Xc|.
3. Подайте 208 VLL от 3-фазного Variac к вашей цепи.
4. Запишите и измерьте V _an , V _bn , V _cn , I _ac , а также мощности (S, Q и P), поступающие в вашу цепь между клеммами A-n и C-n .
5. Отключите питание и поменяйте местами фазы A и C . Измерьте V _и , V _bn , V _cn , I _ac и мощности (S, Q и P) для этой последовательности фаз на клеммах A-n и C-n .
6. Повторить шаги с 3 по 5 с новыми значениями R = |Xc| /2 и R = 2|Xc| в схеме рис. 6.

Анализ

1. Предположим, что сопротивление обеих ламп равно среднему значению их рабочего сопротивления в цепи. Выполните следующие действия для схемы на рис. 4 или на рис. 5. Назовите ток, поступающий на клеммы ABC (по направлению к C (или L) и лампам), IA, IB, IC. Напишите KVL, чтобы получить три уравнения для напряжений: VAB, VBC и VCA в терминах трех токов. Поскольку эти напряжения известны и предполагаются уравновешенными, у вас есть три уравнения с тремя неизвестными. Используя KCL в узле с меткой n, можно легко уменьшить количество неизвестных до двух и использовать только два уравнения KVL. Кому-то этот подход может показаться более легким. Третий подход заключается в использовании принципа суперпозиции для нахождения напряжения в центральном узле и, исходя из него, напряжений на каждом элементе и отдельных токов. Очевидно, что третий подход заключается в моделировании схемы в мультисимуляции. Вы можете выбрать любой метод для расчета ожидаемых токов, напряжений и мощностей в каждой лампочке для предполагаемой последовательности фаз, чтобы подтвердить, как работает эта схема (см. раздел отчета). Спросите своего инструктора, нужна ли вам дополнительная помощь. Вы можете найти полезные подсказки в следующем выражении, похожем на Matlab: 92;1];

   Z = [-j/Xc -Rs 0; j/Xc  0  Rt; 0 Rs –Rt];

   Функция [Ir, Is, It] = последовательность (a, Xc, Rs, Rt)

2. Схемы на рис. 6 решить значительно проще. Как только вы определите последовательность фаз, вы можете записать VA, VB и VC. Затем рассчитайте VAC и IAC. Исходя из этого, вы можете рассчитать напряжение в узле с меткой n и, следовательно, Vbn для каждой из двух возможных последовательностей фаз.

Отчет

Ваш отчет должен включать:

1. Объяснение того, как работает метод 1.
2. Показать и указать последовательность фаз сохраненных осциллограмм
3. Объясните, как работает схема на рис. 3 и как она позволяет определить последовательность фаз.
4. Векторные диаграммы для двух цепей, которые вы использовали (метод 2 и 3), по крайней мере, для одной последовательности.
5. Почему невозможно определить чередование фаз в методе 2 без конденсатора?
6. Вычисленные вами значения мощности, рассеиваемой в каждой лампочке в цепи, используемой для метода 2 для одной из последовательностей фаз.
7. Ожидаемое В _bn для вашей схемы на рис. 6 для каждой последовательности фаз, а также потребляемая мощность и реактивная мощность.
8. Как сравнивались поток мощности и ВАРС для двух последовательностей фаз схемы на рис. 6? Объясните свое наблюдение относительно потока мощности и VARS.
9. В дополнение к этому анализу вы должны включить обычные элементы, реферат, процедуру, данные, анализ и выводы.

Библиография

1-  http://www.ibiblio.org/kuphaldt/electricCircuits/AC/AC_10.html в соответствии с лицензией Design Science.

Анализ несимметричных трехфазных цепей

Типы несбалансированных нагрузок – В цепи возникает дисбаланс, когда полное сопротивление одной или нескольких фаз отличается от полного сопротивления других фаз. В таком случае линейные или фазные токи различны и смещены друг относительно друга на неравные углы. До сих пор мы рассматривали сбалансированные нагрузки, подключенные к сбалансированным системам. Достаточно решать задачи, рассматривая одну фазу только на сбалансированных нагрузках; условия на двух других фазах аналогичны. Задачи анализа несбалансированных трехфазных цепей трудно решить, потому что условия в трех фазах различны. Однако предполагается, что напряжения источника сбалансированы. Если система представляет собой трехпроводную систему, токи, протекающие к нагрузке в трех линиях, должны в сумме равняться нулю в любой данный момент. Если система является четырехпроводной, сумма трех исходящих линейных токов равна обратному току в нейтральном проводе. Теперь мы рассмотрим различные методы работы с несбалансированными нагрузками, соединенными звездой и треугольником. На практике мы можем встретить следующие несбалансированные нагрузки:

• Несимметричная нагрузка, соединенная треугольником
• Несимметричная трехпроводная нагрузка, соединенная звездой, и
• Несимметричная четырехпроводная нагрузка, соединенная звездой.

(a) Несимметричная нагрузка, соединенная треугольником:

На рис. 9.33 показана несбалансированная нагрузка треугольником, подключенная к сбалансированному трехфазному источнику питания.

Несимметричная нагрузка, соединенная треугольником, питаемая от сбалансированной трехфазной сети, не создает новых проблем, поскольку напряжение на фазе нагрузки является фиксированным. Оно не зависит от характера нагрузки и равно линейному напряжению источника питания. Ток в каждой фазе нагрузки равен линейному напряжению, деленному на импеданс этой фазы. Линейный ток будет разностью векторов соответствующих фазных токов, принимая V _RY в качестве опорного вектора.

, предполагая фазовую последовательность RYB, мы имеем

Фазовые токи

Три линейные токи

(b) несбалансированная четыре проволочная нагрузка:

Рис. нагрузка подключена к сбалансированному 3-фазному 4-проводному источнику питания.

Звезда, N _L , нагрузки соединяется с нейтралью, N _S источника питания. Это самый простой случай анализа несимметричной трехфазной цепи из-за наличия нейтрального провода; звезды точек питания N _S (генератор) и нагрузка N _L имеют одинаковый потенциал. Это означает, что напряжение на каждом импедансе нагрузки равно фазному напряжению источника питания (генератора), т. е. напряжения на трех импедансах нагрузки равны, даже если импедансы нагрузки не равны. Однако ток в каждой фазе (или линии) будет разным. Очевидно, что векторная сумма токов в трех линиях не равна нулю, а равна току нейтрали. Фазные токи можно рассчитать аналогично тому, как это делается для несимметричной нагрузки, соединенной треугольником.

Взяв фазное напряжение V _RN  = V∠0° V в качестве эталона и приняв последовательность фаз RYB, мы имеем следующие три фазных напряжения:

Фазные токи равны _R , I _Y и I _B также являются линейными токами; ток в нейтральном проводе представляет собой векторную сумму трех линейных токов.

(c) Несимметричная трехпроводная нагрузка, соединенная звездой:

В трехфазной четырехпроводной системе разрыв соединения между нейтралью питания и нейтралью нагрузки может привести к несимметричной трехпроводной нагрузке по схеме «звезда». Этот тип нагрузки редко встречается на практике, потому что все трехпроволочные звездообразные нагрузки уравновешены. Такая система показана на рис. 9.37. Обратите внимание, что точка звезды питания (N _S ) изолирована от точки звезды нагрузки (N _L ).

Потенциал точки звезды нагрузки отличается от потенциала точки звезды питания. В результате фазные напряжения нагрузки не равны фазным напряжениям питания; и они не только неравны по величине, но и образуют друг с другом углы, отличные от 120°. Величина напряжения каждой фазы зависит от индивидуальных фазных нагрузок. Потенциал нейтрали нагрузки изменяется в соответствии с изменениями импедансов фаз, поэтому иногда нейтраль нагрузки также называют плавающей нейтралью. Все несбалансированные нагрузки, соединенные звездой, питаемые от многофазных систем без нулевого провода, имеют плавающую нейтральную точку. Сумма векторов трех несбалансированных линейных токов равна нулю. Фазное напряжение нагрузки не равно 1/√3 линейного напряжения. С несбалансированной трехпроводной звездообразной нагрузкой трудно справиться. Это связано с тем, что фазные напряжения нагрузки не могут быть определены непосредственно из заданных напряжений питающей сети. Существует множество методов решения таких несбалансированных Y-образных нагрузок. Здесь представлены два часто используемых метода. их

• Метод преобразования звезда-треугольник и
• Применение теоремы Миллмана

Метод звезды-треугольника для решения проблемы несбалансированной нагрузки:

На рис. 9.38(a) показана несбалансированная нагрузка, соединенная звездой. В разделе 9.6 уже было показано, что трехфазная нагрузка, соединенная звездой, может быть заменена эквивалентной нагрузкой, соединенной треугольником. Таким образом, звездообразная нагрузка на рис. 9.38 (а) может быть заменена эквивалентной дельтой, как показано на рис. 9..38(b), где полное сопротивление в каждой фазе определяется как

Затем задача решается как несбалансированная система с соединением треугольником. Рассчитанные таким образом линейные токи равны по величине и фазе тем, которые принимает исходная несбалансированная нагрузка, подключенная звездой (Y).

Метод Милмана для решения несимметричной нагрузки:

Один из методов решения проблемы несимметричной трехпроводной нагрузки, соединенной по схеме звезда-треугольник, описан в разделе 9.10.5. Но этот метод трудоемок и требует длительных вычислений. Используя теорему Миллмана, мы можем решить этот тип задач гораздо проще. Рассмотрим несбалансированную нагрузку по схеме «звезда» (Y), подключенную к сбалансированному трехфазному источнику питания, как показано на рис. 9..40 (а). V _RO , V _YO и V _BO — фазные напряжения питания. Они равны по величине, но смещены друг от друга на 120°. V _RO’ , V _YO’ и V _BO’ — фазные напряжения нагрузки; они неравны по величине, а также отличаются по фазе на неравные углы. Z _R , Z _Y  и Z _B — импедансы ветвей несимметричной нагрузки, подключенной по схеме звезда (Y). На рис. 9.40(b) показана треугольная векторная диаграмма всей системы. Расстояния RY, YB и BR представляют линейные напряжения питания и нагрузки. Они равны по величине, но смещены на 120°. Здесь О — точка звезды подачи, расположенная в центре равностороннего треугольника RYB. O’ — точка звезды нагрузки. Точка звезды источника питания с нулевым потенциалом отличается от точки звезды на нагрузке из-за несбалансированности нагрузки. O’ имеет некоторый потенциал по отношению к O и смещен от центра треугольника. Расстояние O’O представляет собой напряжение точки звезды нагрузки по отношению к точке звезды источника питания Vo’o.

V _o’o рассчитывается по теореме Миллмана. Если V _o’o  известно, можно легко определить фазные напряжения нагрузки и соответствующие токи в несбалансированной нагрузке по схеме «звезда».

Согласно теореме Миллмана, V _o′o  задается как

, где параметры Y _R , Y _y и Y _{y ветвей нагрузка. Из рис. 9.40(а) мы можем записать уравнение}

или напряжение фазы нагрузки

Аналогично, v _{YO ′} = V _YO — V _O’O и V _{BO ′} = V _BO — V _O’O можно вычислить. Линейные токи в нагрузке

Анализ несимметричной трехфазной цепи также можно выполнить с помощью законов Кирхгофа, сетки Максвелла или уравнения контура. В общем, следует использовать любой метод, дающий быстрый результат в конкретном случае.

Новый взгляд на расчеты трехфазного переменного тока — Dataforth

Преамбула

Эти указания по применению являются продолжением рекомендаций Dataforth. Примечание по применению AN109, которое содержит систему переменного тока определения и основные правила расчетов с примерами. Читателю предлагается просмотреть AN109, ссылки 3, 4 и 5 в качестве фона для настоящих указаний по применению.

Трехфазная система напряжения

Системы трехфазного напряжения состоят из трех синусоидальные напряжения одинаковой величины, одинаковой частоты и разделены на 120 градусов.

На рис. 1 показаны функции косинуса в реальном времени и связанная векторная нотация для 3-фазной линейной линии система напряжения с линейным напряжением V12 в качестве опорного.

Обзор свойств трехфазной системы напряжения

Трехфазные напряжения питания и системы нагрузки имеют два базовые конфигурации; 4-проводная «звезда» и 3-проводная «дельта». На рисунке 2 показана базовая 3-фазная 4-проводная схема «звезда». настроенная система напряжения с V1N в качестве эталона и На рис. 3 показана трехпроводная система напряжения, сконфигурированная по схеме «треугольник». с V12 в качестве эталона соответственно.

 

Важные определения, соглашения и правила расчета как для 3-фазного 4-проводного соединения «звезда», так и для 3-проводного соединения «треугольник» сконфигурированные системы напряжения перечислены ниже список с опущенной «грязной» векторной математикой.

Ориентация вектора:
По определению, все синусоидальные векторы вращаются в против часовой стрелки с {1-2-3} или {3-2-1} последовательность и углы измеряются как положительные в направление против часовой стрелки. 4-проводная 3-фазная система звезда показан на рисунке 2, где V1N выбран в качестве эталона. междуфазные напряжения составляют V12, V23 и V32 с линейным напряжения нейтрали показаны как V1N, V2N и V3N. Фигура 3 показаны надлежащие междуфазные фазовые напряжения для 3-фазного фаза 3-проводная конфигурация треугольник с выбранным вектором V12 как ссылки. Примечание. В качестве ссылка, выбор совершенно произволен.

Последовательность фаз:
Последовательность фаз определяет последовательную синхронизацию, с которой каждый вектор линейного напряжения отстает от линейного напряжения другого вектор против часовой стрелки. Рисунки 1, 2 и 3 показана последовательность фаз {1-2-3}. Последовательность {1-2-3} означает, что V12 опережает V23 на 120 градусов, а V23 опережает V31 на 120 градусов. Кроме того, V1N опережает V2N на 120 градусов, а V2N опережает V3N на 120 градусов. это необходимо установить последовательность фаз перед выполнением любые расчеты для того, чтобы вычисленный векторный вектор углы могут быть правильно расположены относительно друг друга.

Имеется только две действительные последовательности фаз; {1-2-3} последовательность и последовательность {3-2-1}. Обе эти фазы последовательности определяются тем, как 3-фазный трансформатор линии питания (L1, L2, L3) подключены и промаркированы. Рисунок 4 иллюстрирует последовательность {3-2-1} относительно {1-2-3} последовательность. Примечание. Последовательность фаз может быть изменить, просто поменяв местами соединения любых двух из трех (L1, L2, L3) линий подачи; однако это должно осуществляться только в соответствии со всеми надлежащими кодексы, правила и утверждение проектирования завода сотрудники.

Индексы:
Поддержание правильного порядка индексов для всех векторов количество является одним из наиболее важных ключей к успешному 3-этапные расчеты. На рис. 4 показан правильный индекс порядок для каждой из двух различных последовательностей фаз. За последовательность {1-2-3}, правильный порядок индексов [12], [23] и [31]; тогда как правильный порядок индекса для последовательность {3-2-1} — это [32], [21] и [13].

Обозначение нижнего индекса:
После определения последовательности фаз и правильного индексы идентифицируются, расчеты с использованием этих нижние индексы вместе с соглашениями, принятыми для Версия закона Ома на переменном токе предотвратит угловые ошибки.

По соглашению, V12 представляет собой падение напряжения вектора плюс (1) до минус (2) в направлении тока, протекающего из точки (1) к точке (2) и равен этому току, умноженному на импедансом переменного тока между точками (1) и (2). За пример в векторной записи;

Фактор сложения/вычитания:
Правильное обозначение нижнего индекса устанавливает правильный метод для векторного сложения/вычитания векторов. На рисунке 2 фазовращатели междуфазного напряжения в этой 3-фазной {1-2-3} последовательность 4-х проводной системы «звезда» состоит из линейно-нейтральных векторные напряжения следующим образом;

Если среднеквадратичное значение линейного напряжения равно сбалансированная система), то приведенные выше уравнения показывают, что все линейное напряжение питания фазора линейное к нейтрали напряжения умножьте на 3 и соедините линию с нейтралью вектора напряжения на 30 градусов . Например, стандарт 4-проводная 3-фазная система «звезда» с фазным напряжением 120 вольт и V1N, выбранный в качестве эталонного вектора при ноль градусов имеет междуфазные напряжения;

V12 = 208∠ 30°; V23 = 208∠ -90°; V31 = 208∠ 150°.

Важное понятие: 3-фазная 3-проводная схема треугольник система симметричных напряжений фактически не имеет линейного нейтральные напряжения, такие как система звезда. Тем не менее дельта междуфазных напряжений, как показано на рисунке 3, все еще может быть построен из теоретического набора сбалансированных 3-фазных фазное напряжение, как показано выше. отношения с этими теоретическими напряжениями чрезвычайно полезно для определения углов дельта-фазора.

Процедуры расчета, рекомендации и формулы

Следующий список процедур, руководств и формул проиллюстрировать схему того, как рассчитать трехфазный фазовращатель количества, используя типичные данные паспортной таблички, взятые из отдельные единицы нагрузки.

Расчеты выполняются следующим образом;

1. Идентификация последовательности фаз; {1-2-3} или {3-2-1}
2. Определить индексы; [12], [23], [31] или [32], [21], [13]
3. Предположим, что линейные токи L1, L2, L3 текут к нагрузкам и нейтральный (обратный) ток течет к источнику питания.
4. Ток нагрузки и падение напряжения должны следовать нотации нижнего индекса, как определено ранее.
5. Используйте «Закон Ома для переменного тока» для расчета величин и углы каждой отдельной однофазной нагрузки Текущий. Обзор AN109 от Dataforth, Ссылка 1.
6. Важные понятия: Линейные токи как по схеме «звезда», так и по схеме «звезда». Трехфазные нагрузки, сбалансированные треугольником, рассчитываются с использованием следующие отношения;
   1. Входная мощность переменного тока = 3 x (Vline) x (Iline) x PF
   2. PF — косинус угла, на который прямая токи опережают или отстают от фазного напряжения. Трехфазные линейные напряжения на самом деле существуют в звездообразной конфигурации; тогда как они теоретический в дельта-конфигурациях. Например, допустим любой баланс 3-х фазной нагрузки на 10 ампер линейного тока и PF 0,866 (30°) отставания. Если системная последовательность {1-2-3} и V12 является эталоном, тогда I1=10∠ -60°; I2=10∠ 180°; I3=10∠ 60° .
7. Определить величины треугольника мощности; Вт «П» и VAR «Q» для каждой нагрузки. Обзорный номер 1.
8. Суммировать ранее рассчитанную индивидуальную нагрузку токи с использованием надлежащего обозначения индекса для определения ток каждой отдельной линии
9. Наконец, просуммируйте все треугольники мощности отдельных нагрузок. количества (Ватт «P» и ВАР «Q»), чтобы установить величины треугольника мощности системы; P, Q и PF. Это этот последний шаг, который устанавливает, как загрузка системы ведет себя население.

Примеры расчета

В следующих примерах предполагается типичное напряжение 208–120 вольт. трехфазная конфигурация «4 звезды» с чередованием фаз из {1 2 3}, и V12 выбран в качестве эталона. это вай система; однако нагрузки, подключенные между каждым из три отдельные линии подачи (L1, L2, L3) составляют 208-вольтовая 3-проводная схема треугольник. Три категории однофазные нагрузки предполагаются для следующих расчеты. Эти категории идентичны тем, определено в Указаниях по применению AN109(Ссылка 1) и перечисленных ниже с необходимыми данными паспортной таблички.

• Выходная мощность, киловатты; кВт, КПД (опционально), PF= 1
• Выходная мощность, л.с.; HP, Эффективность, P
• Вход кВА; КВА, ПФ, КПД 100%.

В таблице 1 показаны рассчитанные значения для предполагаемого популяция этих нагрузок. Читатели должны убедиться в этом расчеты. Dataforth предлагает интерактивный Excel рабочая тетрадь, аналогичная Таблице 1, которая автоматически рассчитывает все параметры трехфазной системы. Видеть Ссылка 2 для загрузки этого файла Excel.

Пример расчетов для линейных нагрузок
Трехфазные системы «звезда» с нейтралью могут иметь равные или неравные отдельные однофазные нагрузки, подключенные между любая из линий питания (L1, L2, L3) и нейтраль. Системы сбалансированы, если все нагрузки между фазой и нейтралью одинаковы.

На рис. 5 показаны три группы однофазных линейно-нейтральных нагрузки, подключенные по трехфазной схеме «звезда». Такая конфигурация однофазных нагрузок может быть рассматривается как составная неуравновешенная нагрузка звездой

На рис. 6 показаны три группы однофазных нагрузки, подключенные по трехфазной схеме «звезда». Этот конфигурация однофазных нагрузок может рассматриваться как составная несбалансированная дельта-нагрузка

На рис. 7 показана группа сбалансированных нагрузок звезда-звезда и группа сбалансированных дельта-нагрузок, обе из которых являются (могут быть) подключены по трехфазной схеме «звезда».

Таблица 1 представляет собой составной набор результатов расчетов для конфигурации, показанные на рисунках 5, 6 и 7. Эти расчеты предполагают произвольную популяцию вида загружает ранее определенные и использует все правила, процедуры и определения, как показано выше. система результаты расчетов таблицы 1 показаны ниже в таблицах 2 и 3.

Сетевое напряжение V12 (208 при нуле градусов) является эталонным для указанные выше текущие углы.

Читателям рекомендуется проверить эти расчеты.

Как упоминалось выше, Dataforth предоставляет интерактивный Файл Excel, предназначенный для помощи энтузиастам-исследователям. при расчете системных токов и связанной с ними мощности уровни. Этот файл позволяет следователю ввести табличку с именем данные по всем нагрузкам системы; после чего все линейные токи фазоры и величины мощности рассчитываются автоматически. Интерактивная рабочая тетрадь Excel для трех- Расчет фаз переменного тока» можно загрузить с веб-сайт Dataforth, см. ссылку 2 .

На рис. 8 показана изолированная истина Dataforth. Входной модуль RMS, SCM5B33. Эта функция также доступен в упаковке на DIN-рейку; ДСКА33. Датафорт имеет набор модулей формирования сигнала, разработанных специально для измерения среднеквадратичного значения переменного тока высокого напряжения параметры с использованием встроенного затухания. Читатель рекомендуется посетить ссылки 1, 6, 7 и 8. Ссылки на Dataforth Читателю предлагается посетить веб-сайт Dataforth и изучить их полную линейку изолированных преобразователей сигнала модули и соответствующие указания по применению, см. ссылки показано ниже.

1. Корпорация Dataforth, http://www.dataforth.com
2. Dataforth Corp., AN110 Excel Интерактивная работа Книга для расчета трехфазного переменного тока
3. Dataforth Corp., Примечание по применению AN109, Измерения однофазного переменного тока
4. Dataforth Corp., AN109 Excel Интерактивная работа Книга для расчетов однофазного переменного тока
5. Национальный электротехнический кодекс, контролируемый Национальным пожарным управлением Агентство защиты, NFPA
6. Dataforth Corp. , Система аттенюатора напряжения SCMVAS,
7. Dataforth Corp., Серия SCM5B33 модульных формирователей сигналов истинного среднеквадратичного значения
8. Dataforth Corp., Серия DSCA33 формирователей сигналов истинного среднеквадратичного значения с креплением на DIN

Практический метод идентификации фазы пользователя на основе данных в распределительных сетях низкого напряжения электрические данные в интеллектуальных сетях стали предметом исследований. В то же время распределенные энергетические ресурсы (РЭР) развертываются в системах распределения электроэнергии беспрецедентными темпами (Yang et al., 2016; Yang et al., 2017; Yang et al., 2018; Yang et al. , 2019а). Чтобы в полной мере использовать преимущества РЭР, необходимо активно управлять распределительной сетью (Янг и др., 2019b; Си и др., 2020; Ян и др., 2020; Ли и др., 2021).

Распределительная сеть низкого напряжения является последним звеном, соединяющим пользователей во всей энергосистеме. Следовательно, уровень способности сети к информационному взаимодействию напрямую влияет на пользовательский опыт. Дистрибьюторская сеть должна активно управляться.

Внедрение концепций интеллектуальной сети и передовой измерительной инфраструктуры (AMI) открыло новые возможности для развития распределительных сетей. Для эффективной и надежной работы распределительной системы операторам распределительной системы обычно необходимо выполнить ряд задач, включая трехфазный оптимальный поток мощности, восстановление и реконфигурацию распределительной системы, а также степень трехфазного дисбаланса. Хотя модели подключения к сети часто точны, ошибки фазирования встречаются часто. Поэтому необходим точный метод идентификации фаз.

Электроэнергетические компании обычно не располагают точной информацией о соединении фаз. Более того, фазовая связность распределительной сети может измениться при строительстве и включении в сеть новых распределительных линий. Правильные данные о соединении фаз необходимы для эффективной и надежной работы распределительной системы, особенно при подключении более сложных приложений. Была создана модель для идентификации трансформаторов и пользовательских фаз на основе корреляции напряжения с использованием линейной регрессии (Short, 2013). Корреляцию между цепью и трансформаторами в ней можно определить путем анализа корреляции напряжения между шинами и пользовательскими счетчиками с точки зрения потока мощности (Luan et al., 2013; Tang and Milanovic, 2018). Топология также может быть определена путем анализа корреляции нагрузки между линиями на верхнем и нижнем уровнях (Pappu et al., 2018; Lisowski et al., 2019).). Большинство этих исследований сосредоточено на распределительных сетях среднего напряжения, в то время как определение топологии в LVDN еще предстоит изучить. Существует два метода определения фазы в LVDN. Первый метод основан на законе сохранения энергии. При перечислении всех возможных пользовательских фаз модель смешанного целочисленного программирования используется для поиска оптимального решения с учетом степени трехфазного дисбаланса и потерь в линии (Tian et al. , 2016; Tang and Milanovic, 2018; Zhou et al. ., 2020). Метод требует сложных расчетов, при этом не учитываются электрические характеристики пользователей в одной и той же последовательности фаз. При отсутствии значений мощности пользователя точность не гарантируется. Другой метод основан на алгоритме кластеризации в машинном обучении. Пользовательские фазы в LVDN определяются путем создания кластеров среди трехфазных пользователей (Wen et al., 2015; Wang et al., 2016; Liu et al., 2020). Однако разница в колебаниях нагрузки между фазами недостаточно очевидна после трехфазной обработки в LVDN.

Чтобы решить проблему существующих решений, в текущем исследовании предлагается алгоритм идентификации фазы на основе данных, основанный на усовершенствованной измерительной инфраструктуре (AMI), который позволяет всесторонне использовать функции данных. Затем алгоритм уменьшения размерности LargeVis (крупномасштабная визуализация данных) используется для извлечения данных из высокоразмерных матриц время-напряжение пользователей LVDN, в результате чего получаются данные низкой размерности, в которых сохраняются только основные функции. Наконец, алгоритм DBSCAN (пространственная кластеризация приложений с шумом на основе плотности) используется для анализа характеристик пользователей в кластерах и определения конкретных пользовательских фаз. Способ может повысить эффективность и точность идентификации топологии.

Топология низковольтных распределительных сетей

По высоковольтной линии электропередачи электроэнергия передается в распределительную сеть. После понижения распределительного трансформатора до 400 В электроэнергия передается потребителям через трехфазный фидер.

Амперметры с трехфазным затвором устанавливаются на выходе распределительного трансформатора для регистрации напряжения, тока, активной мощности, реактивной мощности, нагрузки и других значений для каждой из трехфазных электрических данных фидера. На рис. 1 показана взаимосвязь между амперметром затвора на шине и счетчиком каждого пользователя в фазоинверторной линии.

РИСУНОК 1 . Принципиальная схема однофазного потока мощности.

Поскольку распределительные фидеры низкого напряжения простираются на меньшее расстояние, чем линии высокого напряжения, в большинстве случаев не более 500 м, влияние реактивного сопротивления линии в этом исследовании не рассматривается. Эффекты реактивной мощности, существующие на линиях, также не учитываются, так как в хорошо управляемых сетях ими можно пренебречь: =U0−∑i=1mRiPiUi−1,(2)

△Um=Um-Um-1=-RmPmUm-1<0,(3)

где U0 представляет собой напряжение на узле шины; U1, Um−1, Um, Un — значения напряжения в соответствующем узле; R1, R2, Rm, Rn — значения импеданса соответствующей линии; △Um — разность напряжений между соседними узлами m и m−1.

Напряжение ближайших к шине пользователей связано только с напряжением шины и их собственной нагрузкой. При расположении с короткими электрическими интервалами соседние узлы в одном фидере будут иметь одинаковые значения напряжения и коэффициент корреляции выше, чем при их расположении в разных фидерах. Анализируя изменения значений напряжения пользователя во временной последовательности, можно определить фазовые соотношения пользователей.

Алгоритм предварительной обработки данных и распознавания фаз

Предварительная обработка данных о напряжении временных рядов

Интеллектуальный счетчик пользователя собирает данные о напряжении с заданным интервалом и загружает их на терминал. Матрица временных рядов амплитуды напряжения пользователей в районе станции получается из исторических данных в терминале. Если некоторые данные отсутствуют, и метод интерполяции используется для заполнения недостающих значений, U∈RN×M отображается следующим образом:

U=[u1,t1u1,t2⋅⋅⋅u1,tMu2,t1u2,t2⋅⋅ ⋅u2,tM⋮⋮⋮⋮uN,t1uN,t2⋅⋅⋅uN,tM],(4)

, где ui,tj представляет собой измеренное напряжение пользователя i в момент времени tj, N – общее количество пользователей, а M – количество сборов напряжения в течение периода анализа.

Для пользовательских узлов, расположенных рядом с шиной, поскольку на их напряжение влияет только напряжение шины и их собственная нагрузка, их временная кривая напряжения будет близка к кривой напряжения на шине, если значение их собственной нагрузки низкое. Это вызовет большие помехи для последующей кластеризации. Чтобы избежать этой проблемы, эти узлы выделяются из остальной части матрицы и помещаются в отдельный кластер на основе их корреляции с шиной с точки зрения напряжения и их амплитуды напряжения. Остальные данные стандартизированы, чтобы исключить влияние разброса колебаний напряжения на разных фазах. Размерность матрицы время-напряжение после стандартизации не меняется. Формула, используемая для стандартизации, выглядит следующим образом:

Utj′=Utj−μ(Utj)σ(Utj),(5)

где Utj′ представляет стандартизацию напряжения в момент времени tj; Utj представляет начальные значения напряжения в момент tj; µ(Utj) представляет собой среднее значение напряжения во всех точках измерения в момент времени tj; σ(Utj) представляет стандартное отклонение напряжения во всех точках измерения в момент времени tj; и U’ представляет стандартизированный набор данных о напряжении пользователя.

Уменьшение размерности элемента на основе LargeVis

По мере увеличения времени сбора данных размерность матриц время-напряжение также увеличивается. Многомерные наборы данных содержат чрезмерно избыточную информацию и шум данных и требуют более сложных и трудоемких вычислений.

Уменьшение линейных размеров PCA сначала выполняет проекционное преобразование, а затем находит низкоразмерное пространство, которое максимизирует свою цель. Цель состоит в том, чтобы поддерживать максимальную дисперсию выборок в низкоразмерном пространстве, а скорость обработки высокая, но потеря информации серьезна, когда размерность мала. В этом исследовании метод LargeVis используется для уменьшения размерности данных, сохраняя только основные признаки. Он может уменьшить многомерный набор данных пользовательской матрицы напряжения до двух- или трехмерного пространства для визуализации и сохранить характеристики распределения исходного набора данных напряжения. Вышеуказанные проблемы должны быть решены с помощью метода уменьшения размерности признаков.

LargeVis (Tang et al., 2016) представляет собой алгоритм нелинейного редуктивного измерения, который может уменьшить многомерный набор данных пользовательской матрицы напряжения до двух- или трехмерных пространств для визуализации и сохранить характеристики распределения исходного набора данных. . Этот алгоритм был предложен профессором Тан Цзянем в 2016 году. Процесс уменьшения размерности выглядит следующим образом:

1) В многомерном пространстве LargeVis сохраняет только вес ребер KNN в процессе отображения. Эти ребра называются положительными ребрами, а узлы, которые не являются непосредственно смежными, называются отрицательными ребрами. В многомерном пространстве евклидово расстояние между пользователями преобразуется в вероятностное сходство, и формула выглядит следующим образом:

pj|i=exp (−‖Xi′−Xj′‖2/2σi2)∑k≠i⁡exp (−‖Xi′−Xk′‖2/2σi2),(6)

wij=pj|i +pi|j2L,(7)

Wi=[wi1,wi2,wi3…,wiL],(8)

где wij — вероятностное сходство между пользователем i и пользователем j, чтобы избежать выброса узла, получая его добавление условных вероятностей. Wi — это матрица сходства между пользователем i и другими пользователями на той же станции. W — гауссова матрица распределения вероятностей нормализованного набора данных по напряжению. σi — стандартное отклонение гауссовой модели.

2) В маломерном пространстве маломерные координаты определяются вероятностью наблюдения, а вероятность реберного соединения между двумя точками задается следующим образом:

P(eij=1)=f(‖ yi−yj‖),(9)

f(x)=11+exp (x2),(10)

P(eij=wij)=P(eij=1)wij,(11)

где eij представляет собой вес ребра между двумя узлами, а f(x) является функцией вероятности, указывающей расстояние между вершинами yi и yj. Чем ближе точки в более высоких измерениях, тем ближе точки в более низких измерениях.

3) В процессе уменьшения размерности конечная целевая функция выглядит следующим образом:

O=∑(i,k)∈Ewij⁡log p(eij=1)+∑k=1mEjk∼Pn(j)γ⁡ log (1−p(ejk=1)),(12)

, где E — множество положительных ребер, E– — дополнение к E, а γ — равномерный вес, присвоенный отрицательному ребру.

При использовании технологии LINE (Tang et al. , 2015) взвешенное ребро рассматривается как единичное ребро wij. Все положительные ребра отбираются напрямую, а вес ребра обучается для получения низкоразмерного набора признаков Y. Y согласуется с характеристическим распределением стандартизированного набора данных по напряжению UL×M’.

Идентификация фаз на основе алгоритма DBSCAN

Кластеризация немаркированных наборов данных напряжение-время может быть выполнена с помощью алгоритмов обучения без учителя. DBSCAN (пространственная кластеризация приложений с шумом на основе плотности) как алгоритм кластеризации на основе плотности может разделять области с достаточной плотностью на кластеры и идентифицировать кластеры произвольной формы в пространственных базах данных с шумом.

После уменьшения размера в качестве расстояния между ними используется евклидово расстояние между двумя точками. Пользователи на одной фазе имеют относительно более короткие расстояния между собой и образуют кластер. Поэтому подходит метод DBSCAN.

Основная точка DBSCAN определяется путем настройки параметров, включая радиус окрестности (Eps) и минимальное количество точек выборки (MinPts). Чтобы ограничить пространство кластеризации плотности и добиться лучшей визуальной производительности, максимальное и минимальное значения набора признаков Y после уменьшения размерности нормализуются. Формула имеет следующий вид:

yij′=yij−min (y*j)max (y*j)−min (y*j), (13)

, где yij — член матрицы Y, max (y ∗j) — максимальное значение вектора-столбца j в наборе данных Y, min (y∗j) — минимальное значение вектора-столбца j в наборе данных Y, а yij′ принадлежит нормализованному набору данных Y′.

На основе набора данных Y′ расстояние между всеми узлами в наборе данных рассчитывается для формирования матрицы D ∈RL×L. Формулы расчета следующие:

Di=[d(Yi′,Y1′),d(Yi′,Y2′),…,d(Yi′,YL′)]T,(14)

D= [D1,D2,…,DL]. (15)

Здесь d(Yi,Yj) указывает евклидово расстояние между Yi и Yj.

Для установки параметров DBSCAN Eps и MinPts формулы расчета следующие:

Eps=mini=1L{maxj=1L[Dj]}Z,(16)

MinPts=min (count i=1L(Di

Здесь Z — количество прогнозируемых кластеров, а count (Di

После этого установите определенный размер шага, отрегулируйте значения Eps (0,01) и MinPts (1) и определите наиболее подходящий коэффициент параметра по коэффициенту силуэта. Формула расчета коэффициента силуэта выглядит следующим образом:

s(i)=b(i)−a(i)max {a(i),b(i)}.(18)

Здесь a(i) представляет среднее расстояние между узлом i и другими узлами в том же кластере, а b(i) представляет собой среднее расстояние между узлом i и другими узлами кластера. Чем ближе s(i) к 1, тем более разумным является результат кластеризации. Другими словами, чем ближе s(i) к -1, тем более необоснованным является результат кластеризации.

После кластеризации получается каждая кластерная группа, и результаты фазового распознавания пользователей проверяются в соответствии с фазовыми тегами результатов кластеризации. Конкретная блок-схема показана на рисунке 2.9.0005

РИСУНОК 2 . Алгоритм распознавания фаз.

Анализ примеров

Набор данных, используемый в этой статье, представляет собой европейский тестовый фидер низкого напряжения IEEE рабочей группы IEEE PES AMPS DSAS Test Feeder (IEEE and PES, 2019). Низковольтный испытательный фидер представляет собой радиальный распределительный фидер с базовой частотой 50 Гц. Фидер подключается к сети среднего напряжения через трансформатор подстанции, который создает напряжение от 11 кВ до 416 В. Всего 55 пользователей, и все они однофазные. Имеется 21 домохозяйство с нагрузкой фазы А, 19домохозяйства с нагрузкой фазы B и 15 домохозяйств с нагрузкой фазы C.

В соответствии с файлом конфигурации коэффициент мощности всех нагрузок был установлен равным 0,95 во всем диапазоне моделирования. По кривой мощности нагрузки 55 пользователей был проведен расчет потока мощности с помощью программного обеспечения OpenDSS, и была получена кривая напряжения продолжительностью 24 часа с разрешением 1 минута.

Настройки параметров LargeVis и DBSCAN

В реальной среде ситуация с измерением интеллектуального счетчика может быть более сложной, и ошибка неизбежна. Чтобы оценить эффективность алгоритма в реальной среде, нам нужно протестировать его на зашумленном наборе данных. Интеллектуальные счетчики имеют незначительную погрешность, и их уровни точности различаются в разных странах. Согласно измерению, точность можно условно разделить на следующие классы: 0,2, 0,5, 1 и 2, что означает погрешность 0,2, 0,5, 1 и 2% соответственно.

Количество узлов вблизи шины, вызванное кластеризацией ошибок, составило 5∼8% от общего числа узлов. В соответствии с корреляцией между амплитудой напряжения и шиной связанные узлы будут классифицироваться отдельно. Временная матрица напряжения, состоящая из других измерителей, была стандартизирована по Z-показателю для получения матрицы U’. Алгоритм LargeVis используется для уменьшения размерности пользовательской временной матрицы напряжения U’. После уменьшения размерности получается низкоразмерная матрица характеристик напряжения Y. Низкоразмерный Y максимально и минимально нормирован на Y ‘. Вычисляя матрицу расстояний между каждым узлом пользователя, Z равно 3, чтобы получить начальное значение параметра DBSCAN ( Eps = 0,126 , MinPts = 4 ). Eps изменяется с шагом 0,005, MinPts изменяется с шагом 1, а конкретные значения параметров кластера определяются методом профильных коэффициентов.

Анализ результатов численного примера

Eps = 0,131, MinPts = 3 в качестве последнего входного параметра кластера. После кластеризации образуются три кластера. После сравнения коэффициента корреляции между напряжением пользователя в центре кластера и напряжением на шине можно определить последовательность фаз пользователей в районе станции.

Чтобы дополнительно подтвердить точность предлагаемого метода при распознавании фаз, предлагаемый метод сравнивается с k-средними, PCA и k-средними (Wen et al., 2015) и алгоритмом спектральной кластеризации (Wang et al., 2016). ). Номер кластера каждого метода задан равным 3. Точность распознавания результатов показана в таблице 1.

ТАБЛИЦА 1 . Сравнение точности методов фазового распознавания.

Метод, предложенный в данном исследовании, показал самую высокую точность по сравнению с другими методами. Одной из причин может быть то, что пользователи, находящиеся рядом с шиной, были помещены в отдельный кластер, чтобы избежать помех. Более того, алгоритм LargeVis способен сохранять характеристики данных после уменьшения размерности, а алгоритм DBSCAN может группировать точки данных произвольной плотности, что делает их более подходящими для обработки наборов данных. Для k-средних ошибки с амперметрами могут вызвать чрезмерно избыточную информацию в матрице время-напряжение, что приведет к нестабильности результатов кластеризации. Для PCA подход к уменьшению линейной размерности, который они используют для удаления избыточной информации, может привести к потере деталей данных и, следовательно, к снижению точности. Что касается спектральной кластеризации, то эффект кластеризации напрямую зависит от заранее сгенерированной матрицы сходства, что требует высокой точности исходных данных.

Для проверки применимости предложенных алгоритмов в инженерных задачах были установлены ошибки возмущения для анализа точности при различных частотах дискретизации. Частота дискретизации амперметров была установлена ​​на 15 мин, 30 мин, 1 ч или 2 ч, а ошибка возмущения была установлена ​​на отсутствие ошибки, 1% или 2%. Результаты представлены в таблице 2.

ТАБЛИЦА 2 . Оценочные показатели фазовой идентификации в разных случаях.

Когда ошибка измерения мала, точность идентификации алгоритма в этой статье снижается. При увеличении погрешности измерения точность определения последовательности фаз может быть гарантирована только при высокой частоте дискретизации (15 мин). Уменьшение частоты приобретения снизит точность скорости распознавания. При уменьшении частоты сбора до 2 ч идентификация не может быть завершена, что указывает на то, что должна быть гарантирована определенная частота дискретизации для идентификации фаз на основе характеристик суточного изменения напряжения пользователей.

Заключение и обсуждение

В этом документе представлен управляемый данными метод идентификации фазы пользователя в LVDN. Метод редуктивной размерности LargeVis используется для извлечения признаков из стандартизированной матрицы временных напряжений. Затем, на основе метода DBSCAN, низкоразмерный набор данных кластеризуется в результате идентификации фазы пользователя. Моделирование показывает, что предложенный метод более надежен, чем другие алгоритмы обучения без учителя для однофазной идентификации пользователя в LVDN. Метод, используемый в этой статье, требует только сбора данных о нагрузке пользователя для анализа, без дополнительных затрат на аппаратное оборудование и специального персонала для проверки пользователей по одному, поэтому он может сэкономить затраты на проверку фазы пользователя в распределительной сети низкого напряжения.

Заявление о доступности данных

Первоначальные материалы, представленные в исследовании, включены в статью/дополнительный материал, а дальнейшие запросы можно направлять соответствующему автору.

Вклад автора

HY участвовал в концептуализации, выполнил методологию и написал статью. YW курировал данные. РГ занимается формальным анализом. QL исследовал данные. TY получила ресурсы и получила финансирование.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Примечание издателя

Все претензии, изложенные в этой статье, принадлежат исключительно авторам и не обязательно представляют претензии их дочерних организаций или издателя, редакторов и рецензентов. Любой продукт, который может быть оценен в этой статье, или претензии, которые могут быть сделаны его производителем, не гарантируются и не поддерживаются издателем.

Благодарности

Авторы выражают благодарность за поддержку научно-технологического проекта Китайской южной энергосистемой (GDKJXM20172939).

Ссылки

IEEEPES. (2019). Распределительные испытательные фидеры. Доступно по адресу: http://sites.ieee.org/pes-testfeeders/resources/. (до сих пор можно получить доступ 10 июня 2021 г.)

Google Scholar

Ислам, С. (2016). «Цифровые приложения в реализации интеллектуальных сетей», Международная конференция по доступности цифрового мира (ICADW), Гувахати, Индия, декабрь 2016 г., стр. 3–7. Дои: 10.1109/icadw.2016.7942504

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Li, J., Yu, T., Zhang, X., Li, F., Lin, D., and Zhu, H. (2021). Градиент глубокой детерминированной политики на основе эффективного воспроизведения опыта для диспетчеризации AGC в интегрированной энергетической системе. Заяв. Энерг. 285, 116386. doi:10.1016/j.apenergy.2020.116386

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лисовски М., Масницки Р. и Миндыковски Дж. (2019). Мониторинг топологии распределительной сети низкого напряжения с помощью ПЛК. IEEE Trans. Умная сеть электроснабжения. 10 (6), 6436–6448. doi:10.1109/tsg.2019.2

1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лю С., Джин Р., Цю Х., Цуй X., Линь З., Лиан З. и др. (2020). Практический метод смягчения трехфазного дисбаланса на основе идентификации фаз пользователя на основе данных. IEEE Trans. Система питания 35, 1653–1656. doi:10.1109/tpwrs.2020.2965770

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Луан В., Пэн Дж., Марас М. и Ло Дж. (2013). «Коррекция ошибок топологии распределительной сети с помощью анализа данных интеллектуальных счетчиков», Общее собрание IEEE Power and Energy Society, Ванкувер, Британская Колумбия, Канада, июль 2013 г. doi:10.1109/pesmg.2013.6672786

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Паппу С. Дж., Бхатт Н. и Раджесваран Пасумарти А. (2018). Определение топологии распределительных сетей низкого напряжения на основе данных интеллектуальных счетчиков. IEEE Trans. Умная сеть электроснабжения. 9, 5113–5122. doi:10.1109/tsg.2017.2680542

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Short, TA (2013). Усовершенствованные измерения для идентификации фаз, идентификации трансформатора и вторичного моделирования. IEEE Trans. Умная сеть . 4 (2), 651–658. doi:10.1109/tsg.2012.2219081

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Тан, X., и Миланович, Дж. В. (2018). «Идентификация фазы низковольтной распределительной сети с данными интеллектуальных счетчиков», общее собрание IEEE Power & Energy Society, Портленд, штат Орегон, США, август 2018 г.

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тан Дж., Лю Дж., Чжан М. и Мэй К. (2016). «Визуализация крупномасштабных и многомерных данных», в материалах 25-й Международной конференции по всемирной паутине, WWW, Монреаль, Канада, 11–15 апреля 2016 г. , стр. 287–29.7. doi:10.1145/2872427.2883041

CrossRef Full Text | Google Scholar

Тан Дж., Цюй М., Ван М., Чжан М., Ян Дж. и Мэй К. (2015). «LINE: встраивание крупномасштабных информационных сетей», в материалах 24-й Международной конференции по всемирной паутине, Монреаль, Канада, 11–15 апреля 2016 г., 1067.

Google Scholar

Тиан З., Ву В. и Чжан Б. (2016). Смешанная целочисленно-квадратичная модель программирования для идентификации топологии в распределительной сети. IEEE Trans. Система питания 31, 823–824. doi:10.1109/tpwrs.2015.2394454

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Ван, В., Ю, Н., Фогго, Б., Дэвис, Дж., и Ли, Дж. (2016). «Идентификация фаз в системах распределения электроэнергии путем кластеризации данных интеллектуальных счетчиков», в материалах. 2016 15-я Международная конференция IEEE по машинному обучению и приложениям, ICMLA . Анахайм, Калифорния, США, декабрь 2016 г., стр. 259–265. doi:10.1109/icmla. 2016.0050

Полный текст CrossRef | Академия Google

Вен, М., Арганде, Р., Мейер, А., Пулла, К., и Ли, В. (2015). «Идентификация фаз в распределительных сетях с микросинхрофазорами», Общее собрание общества энергетики и энергетики, Денвер, Колорадо, США, июль 2015 г.

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Си Л., Ву Дж., Сюй Ю. и Сунь Х. (2020). Автоматическое управление генерацией на основе нескольких нейронных сетей со стратегией актер-критик. IEEE Trans. Нейронная сеть. Учиться. Сист. 32 (6), 2483–2493. Дои: 10.1109/TNNLS.2020.3006080

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Ян Б., Цзян Л., Ван Л., Яо В. и Ву К. Х. (2016). Нелинейное управление отслеживанием точки максимальной мощности и модальный анализ ветряной турбины на основе DFIG. Междунар. Дж. Электр. Мощность Энерг. Сист. 74, 429–436. doi:10.1016/j.ijepes.2015.07.036

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ян Б. , Ван Дж., Чжан X., Ю Т., Яо В., Шу Х. и др. (2020). Всесторонний обзор приложений метаэвристического алгоритма для идентификации параметров ячейки Pv. Энерг. Конверс. Управлять. 208, 112595. doi:10.1016/j.enconman.2020.112595

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ян, Б., Ю, Т., Шу, Х., Донг, Дж., и Цзян, Л. (2018). Надежное скользящее управление системами преобразования энергии ветра для оптимального извлечения энергии с помощью нелинейных наблюдателей возмущений. Заяв. Энерг. 210, 711–723. doi:10.1016/j.apenergy.2017.08.027

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ян Б., Ю Т., Чжан Х., Ли Х., Шу Х., Санг Ю. и др. (2019). Коллективный разум на основе динамического лидера для отслеживания точки максимальной мощности фотоэлектрических систем, затронутых условиями частичного затенения. Энерг. Конверс. Управлять. 179, 286–303. doi:10.1016/j.enconman.2018.10.074

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Ян Б. , Чжан Х., Ю Т., Шу Х. и Фанг З. (2017). Сгруппированный оптимизатор Grey Wolf для отслеживания точки максимальной мощности ветряной турбины на базе индукционного генератора с двойным питанием. Энерг. Конверс. Управление 133, 427–443. doi:10.1016/j.enconman.2016.10.062

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Google Scholar

Ян Б., Чжун Л., Чжан X., Шу Х., Ю Т., Ли Х. и др. (2019). Новый био-вдохновленный алгоритм меметического роя сальп и применение к MPPT для фотоэлектрических систем с учетом условия частичного затенения. Дж. Чистый. Произв. 215, 1203–1222. doi:10.1016/j.jclepro.2019.01.150

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Zhou, L., Zhang, Y., Liu, S., Li, K., Li, C., Yi, Y., et al. (2020). Идентификация фаз потребителя в распределительной сети низкого напряжения с учетом свободных потребителей. Междунар. Дж. Электр. Мощность Энерг. Сист. 121, 106079. doi:10.1016/j.ijepes.2020.106079

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Курсы PDH онлайн.

PDH для профессиональных инженеров. ПДХ Инжиниринг.

«Мне нравится широта ваших курсов HVAC; не только экологические курсы или курсы по энергосбережению

.»

 

 

Рассел Бейли, ЧП

Нью-Йорк

«Это укрепило мои текущие знания и научило меня еще нескольким новым вещам

Для разоблачения меня новым источникам

Информации. «

Стивен Дедук, P.E.

New Jersey

» Material Materive. Я многому научился, и они

очень быстро отвечали на вопросы.

Это было на высшем уровне. Буду использовать

снова. Спасибо.»

Блэр Хейуорд, ЧП

Альберта, Канада

«Веб-сайт прост в использовании. Хорошо организован. Я действительно буду пользоваться вашими услугами снова.

 

Рой Пфлейдерер, ЧП

Нью-Йорк

«Справочный материал был превосходным, и курс был очень информативным, особенно потому, что я думал, что уже знаком

С деталями аварии Канзаса

City Hyatt Apparking ».

Майкл Морган, P.E.

Texas

» Мне действительно нравится ваша бизнес -модель. Мне нравится, что я могу просмотреть текст перед покупкой. Я нашел курс

информативным и полезным

в своей работе.»0005

«У вас отличный выбор курсов и очень информативные статьи. Вы

— лучшее, что я нашел.»

 

 

Рассел Смит, ЧП

Pennsylvania

«Я считаю, что такой подход позволяет работающему инженеру легко заработать PDH, предоставляя время для просмотра

материала».

 

Хесус Сьерра, ЧП

Калифорния

«Спасибо, что разрешили мне просматривать неправильные ответы. На самом деле,

человек узнает больше

из неудач.»

 

Джон Скондрас, ЧП

Pennsylvania

«Курс был хорошо составлен, и использование тематических исследований является эффективным способом обучения. »

 

 

Джек Лундберг, ЧП

Висконсин

«Я очень впечатлен тем, как вы представляете курсы; то есть, позволяя

Студента для рассмотрения курса

до платы и

. .»

Арвин Свангер, ЧП

Вирджиния

«Спасибо, что предложили все эти замечательные курсы.0057

наслаждался. Расположение и

Взявшись в онлайн

Курсы. «

Уильям Валериоти, P.E.

Texas

» Курс был легко следовать. Фотографии в основном давали хорошее представление о

обсуждаемые темы. Необходимый 1 кредит в этике и обнаружил его здесь. «

Gerald Notte, P.E.

New Jersey

» Это был мой первый опыт в Интернете в получении моих необходимых PDH. было

информативно, выгодно и экономично.

Я настоятельно рекомендую его

всем инженерам ».

Джеймс Шурелл, стр. практика, и

не основаны на каком-то неясном разделе

законов, которые не применяются

до «обычная» практика. Я многому научился вернуться к своему медицинскому устройству

Организация. «

Иван Харлан, P.E.

Tennessee

«. хороший акцент на практическое применение технологии».

 

 

Юджин Бойл, ЧП

California

«Это был очень приятный опыт. Тема была интересной и хорошо представленной,

, а онлайн -формат был очень

, доступный и легкий до

с помощью. Благодарность.»

Патрисия Адамс, ЧП

Канзас

«Отличный способ добиться соответствия непрерывному обучению физкультуры в рамках временных ограничений лицензиата».

 

 

Джозеф Фриссора, ЧП

Нью-Джерси

«Должен признаться, я действительно многому научился. Это помогает иметь

печатный тест во время просмотра текстового материала. предоставлены

фактические случаи.»

Жаклин Брукс, ЧП

Флорида

«Общий документ общие ошибки ADA в дизайне объектов очень полезен. Тест

требовал исследования в

.

Гарольд Катлер, ЧП

Массачусетс

«Это было эффективное использование моего времени. Спасибо за разнообразие выбора

в инженерии дорожного движения, который мне нужен

, чтобы выполнить требования

Сертификация PTOE ». способ заработать CEU для моих требований PG в штате Делавэр. До сих пор все курсы, которые я посещал, были отличными.

Надеюсь увидеть больше 40%

Курсы дисконтирования. «

КРИСТИНКА НИККОЛАС, P.E.

New York

9000 » Radiolab дополнительные

курсы. Процесс прост, и

намного эффективнее, чем

необходимость путешествовать.0057

Айдахо

«Услуги, предоставляемые CEDengineering, очень полезны для инженеров-профессионалов

для получения единиц PDH

в любое время. Очень удобно.»

 

Пол Абелла, ЧП

Аризона

«Пока все было отлично! Поскольку я постоянно работаю матерью двоих детей, у меня не так много

времени, чтобы исследовать, куда

получить мои кредиты от.»

 

Кристен Фаррелл, P.E.

Висконсин

4 90 «Это было очень познавательно. Легко понять с иллюстрациями

и графиками; определенно облегчает

усвоение всех

теорий. »

Виктор Окампо, P.Eng.

Альберта, Канада

»Хороший обзор принципов полупроводника. Мне понравилось пройти курс по телефону

. .»

Клиффорд Гринблатт, ЧП

Мэриленд

«Просто найти интересные курсы, скачать документы и получить

викторина. Я буду EXPLAY Рекомендация

Вам PE, нуждающийся в

CE. тем в различных областях техники».0057

«I have re-learned things I have forgotten. I am also happy to benefit financially

by your promo email which

reduced the price

на 40%.»

Конрадо Касем, ЧП

Теннесси

«Отличный курс по разумной цене. Буду пользоваться вашими услугами в будущем. »

 

 

 

Чарльз Флейшер, П.Е.

Нью-Йорк

«Это был хороший тест, и я фактически проверил, что я прочитал кодексы профессиональной этики

и правила Нью-Мексико

».

 

Брун Гильберт, ЧП

Калифорния

«Мне очень понравились занятия. Они стоили времени и усилий.»

 

 

 

Дэвид Рейнольдс, ЧП

Канзас

«Очень доволен качеством тестовых документов. Будет использовать CEDengineerng

, когда потребуется дополнительная сертификация

.»

 

Томас Каппеллин, ЧП

Иллинойс

«У меня истек срок действия курса, но вы все равно выполнили обязательство и поставили

ME, за что я заплатил — много

Оценка! » для инженера». 0057

Хорошо расположено. «

Глен Шварц, P.E.

New Jersey

» Вопросы хорошо.

для деревянного дизайна.»

 

Брайан Адамс, ЧП

Миннесота

«Отличный звонок по телефону, и мы смогли получить помощь 9.»0057

 

 

 

Роберт Велнер, ЧП

New York

«У меня был большой опыт работы с прибрежным строительством — проектирование

.

 

Денис Солано, ЧП

Флорида

«Очень понятный, хорошо организованный веб-сайт. Материалы курса этики штата Нью-Джерси были очень

хорошо подготовлено.»

 

 

Юджин Брекбилл, ЧП

Коннектикут 90Very experience

4 90Very. Мне нравится возможность загрузить учебный материал на

Обзор везде и

ВСЕГДА. »

Тим Чиддикс, P.E.

Colorado

9004 4″ Отлично

Colorado

9004 «. Сохраняйте широкий выбор тем на выбор».

 

 

 

Уильям Бараттино, ЧП

Вирджиния

«Процесс прямой, никакой чепухи. Хороший опыт.»

 

 

 

Тайрон Бааш, ЧП

Иллинойс

«Вопросы на экзамене были наводящими и демонстрировали понимание

материала. Тщательный

и всеобъемлющий. «

Майкл Тобин, стр. моя линия

работы. Я обязательно воспользуюсь этим сайтом снова.»

 

 

 

Анджела Уотсон, ЧП

Монтана

«Простота в исполнении. Никакой путаницы при подходе к сдаче теста или записи сертификата.»

 

 

 

Кеннет Пейдж, ЧП

Мэриленд

«Это был отличный источник информации о нагревании воды с помощью солнечной энергии.

 

 

Луан Мане, ЧП

Conneticut

«Мне нравится подход, позволяющий зарегистрироваться и иметь возможность читать материалы в автономном режиме, а затем

вернуться, чтобы пройти тест.»

 

 

Алекс Млсна, ЧП

Индиана

«Я оценил количество информации, предоставленной для класса. Я знаю

Это вся информация, которую я могу

Использование в реальных жизненные ситуации. «

Natalie Deringer, P.E.

South Dakota 9000

South Dakota

40004 South Dakota 9000

40004

. достаточно подробно, чтобы я мог успешно завершить

курс.»0057

«Веб -сайт прост в использовании, вы можете загрузить материал для изучения, затем вернуться

и пройти тест. .»

Майкл Гладд, ЧП

Грузия

«Спасибо за хорошие курсы на протяжении многих лет.»

 

 

 

Деннис Фундзак, ЧП

Огайо

«Очень легко зарегистрироваться, получить доступ к курсу, пройти тест и распечатать сертификат PDH

. Спасибо, что сделали этот процесс простым.»

 

Фред Шайбе, ЧП

Висконсин

«Положительный опыт. Быстро нашел курс, который соответствует моим потребностям, и закончил

один час PDH за

Один час. «

Стив Торкильдсон, P.E.

South Carolina

» Мне нравилось загрузить документы для обзора

9004 9005 « , я любил загружать документы для рассмотрения содержимого

9004 9005″ , , , , , и в состоянии загрузить документы для обзора

«.

наличие для оплаты

материалов .»

Richard Wymelenberg, P.E.0005

«Это хорошее пособие по ЭЭ для инженеров, не являющихся электриками.»

 

 

 

Дуглас Стаффорд, ЧП

Техас

«Всегда есть возможности для улучшения, но я не могу придумать ничего в вашем

процессе, который нуждается в

улучшении.»

 

Томас Сталкап, ЧП

Арканзас

«Мне очень нравится удобство прохождения онлайн-викторины и немедленного получения сертификата

.»

 

 

Марлен Делани, ЧП

Иллинойс

«Обучающие модули CEDengineering — это очень удобный способ доступа к информации по

многим различным техническим областям

4 за пределами 0054 Специализация одной из них Без

.

Если вы обучаете учеников-электриков или являетесь профессионалом в области электротехники, вы наверняка слышали термины «нейтральный провод», «нейтральный проводник» или «нейтральный ток» при обсуждении трехфазных цепей. В этом блоге я расскажу о 7 фактах, которые вам нужно знать или объяснить своим ученикам о нейтральном проводе в трехфазной цепи. Этот список ни в коем случае не является исчерпывающим, но охватывает некоторые из наиболее важных аспектов.

Давайте разберемся с основами

Трехфазная система имеет три ответвления, по одному на каждую фазу. Если это трехфазное питание или трансформатор, эти три ветви будут обмотками генератора переменного тока или трансформатора.

Сторона нагрузки может иметь больше вариаций, например, если система представляет собой сбалансированную электрическую нагрузку, то три ветви будут каждой фазой нагрузки, например обмотки двигателя. А если система представляет собой несбалансированную электрическую нагрузку, на каждую фазу может приходиться несколько нагрузок.

Существуют разные способы обозначения фаз, и наиболее популярными способами в Австралии являются A, B и C или U, V и W. Каждая из этих фаз имеет два конца, и они пронумерованы метками, например, концы фазы U являются U1 и U2

Звезда шоу

Вы можете подключить 3-фазные системы двумя способами – звездой и треугольником. В этом посте мы обсудим только соединение по схеме «звезда», потому что для соединения по схеме «треугольник» не требуется нейтральный провод.

Соединение звездой — это когда одна сторона каждой фазы соединена в звезду, а другая сторона соединяется с линиями. Стороны в точке звезды должны быть согласованы; то есть все они должны быть 2 или 1, но никогда не смешиваться.

Изображение клеммной колодки двигателя и цепи обмотки.

Хорошо. Давайте проясним 7 фактов

Факт 1: Вы получаете два напряжения от 3-фазной сети из-за нулевого провода

В Австралии наиболее популярными являются 3-фазные сети питания с напряжением 400 В и 230 В. Возможно, вы также видели 415 В/240 В, это другой способ сказать то же самое. 400 В — это линейное напряжение, а 230 В — фазное.

Эта установка эффективна, поскольку позволяет подключить трехфазную нагрузку таким образом, чтобы каждая фаза имела напряжение 230 В или 400 В, или подключить однофазную нагрузку, для которой требуется 230 В на одну фазу и нейтраль

Если бы не было нейтрального провода, был бы возможен только первый сценарий. Еще один момент, который следует помнить, это то, что линейные и фазные токи в системах, соединенных звездой, одинаковы.

Факт 2: Нейтральный провод не нужен для сбалансированных нагрузок

Сбалансированные нагрузки — это трехфазные электрические нагрузки, такие как трехфазный двигатель или трехфазный водонагреватель. Эти нагрузки спроектированы таким образом, что каждая фаза имеет одинаковое сопротивление или импеданс, поэтому, если они имеют одинаковое напряжение на каждой фазе, ток также будет одинаковым.

Сбалансированная система удовлетворяет следующим критериям

1. Ток в каждой линии одинаков и
2. Коэффициент мощности постоянен, что означает, что фазовый угол каждого тока соответствует их фазным напряжениям

В однофазных , нагрузки нейтральный провод обеспечивает обратный путь для тока, а в сбалансированных трехфазных нагрузках, поскольку они удовлетворяют вышеуказанным критериям, токи входят и возвращаются через линии, создавая 0 А несимметричного тока. Таким образом, нет необходимости в нейтральном проводе.

3-фазная сбалансированная нагрузка, соединенная звездой с нейтралью

Факт 3: Ток в нейтральном проводе представляет собой векторную сумму всех линейных токов

В сбалансированной системе, когда все токи и их коэффициенты мощности одинаковы, векторная сумма всех линейных токов равна 0 А. Вот почему в симметричной системе нет необходимости в нейтральном проводе. Математический расчет может быть довольно сложным, поэтому я расскажу об этом в другом посте, а здесь я покажу вам графический метод или векторный метод.

Допустим, токи равны

IA = 5 А, IB = 5 А и IC = 5 А, а коэффициент мощности электрической нагрузки равен 1, что означает, что фазовые углы равны 0, 120 А и 240 А соответственно.

Воспроизвести видео

Что происходит с током нейтрали, когда линейные токи различны или имеют разный фазовый угол? Как вы понимаете, это будет не 0А, поэтому давайте найдем ток нейтрали для следующего примера

IA = 727 мА при 0 градусах

IB = 727 мА при отставании 120 градусов A

IC = 1,927 A при отставании 240 градусов A

Воспроизвести видео

Поскольку ток нейтрали возвращается к источнику питания, направление вектора будет противоположным. Это означает, что нам нужно измерить фазовый угол в обратном направлении.

Факт 4: Нейтральный провод проводит ток симметрии в несбалансированных нагрузках

Нагрузка, которая не потребляет одинаковый ток в каждой линии или имеет разный фазовый угол тока, считается несимметричной электрической нагрузкой. Обычно это происходит во всех трехфазных установках, потому что в установке может быть несколько однофазных и трехфазных нагрузок, и вы не можете контролировать, какая линия потребляет ток одновременно. В этих случаях токи не уравновешиваются, и остается некоторый остаток. Это небалансный ток, и одно из назначений нейтрального провода — доставить его к источнику питания.

Воспроизвести видео

Без нейтрального провода в системе могут возникать всевозможные нестабильности, такие как нестабильное напряжение, неожиданные токи и даже опасность поражения электрическим током.

Факт 5: Обрыв нейтрального провода изменяет фазные напряжения, когда электрическая нагрузка не сбалансирована к точке звезды снабжения.

Если нейтральный провод оборван или отсоединен, несимметричный ток не может вернуться в сеть через точку звезды, но должен вернуться. Таким образом, этот ток возвращается к источнику питания по линиям.

В идеале точка звезды должна быть на 0 В, и это тот случай, когда нейтральный провод не поврежден, но когда он сломан и из-за того, что токи вынуждены возвращаться по линиям, эта точка смещается к другому напряжению.

Воспроизвести видео

Поскольку точка звезды больше не находится на уровне 0 В, фазные напряжения на нагрузке изменяются, поскольку линейные напряжения от источника питания остаются на том же уровне, что и раньше. Например, если одна точка цепи находится на 12 В, а другая на 0 В, то разница напряжений составляет 12 В, но что, если вторая точка была на 4 В? Теперь разница напряжений будет 8В вместо 12В.

Факт 6: Обрыв нейтрального провода изменяет линейные токи при несбалансированных нагрузках

Ток не может существовать без напряжения, и, как следует из закона Ома, при изменении напряжения ток изменяется вместе с ним и пропорционально ему. Как упоминалось в предыдущем разделе, обрыв нейтрали влияет на фазные напряжения, и это также влияет на фазные токи. Поскольку линейный и фазный токи в системах, соединенных звездой, одинаковы, токи в линиях также изменяются.

Изменение напряжения и тока вызывает изменение электрической мощности, и это является причиной того, что нагрузки работают неожиданным образом. В некоторых случаях это может привести к снижению напряжения или перенапряжению; в любом случае, это плохо для электрической нагрузки и для системы.

3-фазная несимметричная цепь с подключенной нейтралью 3-фазная несимметричная цепь со звездой и обрывом нейтрали

Факт 7: Непредвиденное напряжение в точке обрыва нейтрального провода

При обрыве нейтрального провода напряжение в точке звезды не равно 0 В, а имеет другое значение. Возможно, мы никогда не узнаем, каким может быть это напряжение, потому что оно будет зависеть от подключенных нагрузок в то время, а это означает, что это напряжение может быть близко к 0 В или намного выше.

Чем выше это напряжение, тем выше риск поражения электрическим током человека или животного, завершающего разорванный путь, а это может быть очень опасно.

Заключение

Вот и все, 7 фактов, которые вам нужно знать о нейтральном проводе в трехфазной цепи. Как упоминалось ранее, этот список не является исчерпывающим, и вам может понадобиться знать больше, но это хорошее начало.

Я надеюсь, что этот пост поможет вам или вашим ученикам получить некоторые идеи или освежить в памяти то, что вы, возможно, узнали в прошлом. Пожалуйста, добавляйте свои мысли и другие факты, которые я не перечислил здесь, в комментариях.

Спасибо, что заглянули на

Поделиться этим сообщением

Поделиться на facebook

Поделиться на linkedin

Поделиться на Twitter

Поделиться по электронной почте

Об авторе

Husnen Rupani

Я помогаю организациям по обучению электротехнике повышать вовлеченность учащихся, разрабатывая инновационное учебное оборудование.