Электроэнергия с расщепленной фазой
Двухфазная система представляет или однофазная трехпроводная собой тип однофазного распределения электроэнергии. Это для переменного тока эквивалент оригинальной Edison Machine Works трехпроводной системы постоянного тока (AC) . Его основное преимущество заключается в том, что при заданной мощности распределительной системы он позволяет экономить материал проводника по сравнению с несимметричной однофазной системой. [1]
Эта система распространена в Северной Америке для жилых и легких коммерческих помещений. В помещение подаются две линии переменного тока 120 В , сдвинутые по фазе на 180 градусов друг с другом (при измерении обеих относительно нейтрали), вместе с общей нейтралью. Нейтральный провод соединяется с землей на центральном отводе трансформатора. В цепях освещения и розетках для небольших приборов используются напряжением 120 В, цепи подключенные между одной линией и нейтралью. Приложения с высокими требованиями, такие как духовки, часто питаются от цепей переменного тока 240 В — они подключаются между двумя 120 В. линиями переменного тока Эти нагрузки на 240 В либо имеют жесткое подключение, либо используют розетки, которые намеренно невзаимозаменяемы с на 120 В. розетками
Другие применения системы питания с расщепленной фазой используются для снижения опасности поражения электрическим током или уменьшения электромагнитного шума.
Соединения
[ редактировать ]
Трансформатор , питающий трехпроводную распределительную систему, имеет однофазную входную (первичную) обмотку. Выходная (вторичная) обмотка имеет центральный отвод, соединенный с заземленной нейтралью . Как показано на рис. 1 , напряжение от конца до центра составляет половину напряжения от конца до конца. На рис. 2 представлена векторная диаграмма выходных напряжений расщепленного трансформатора. Поскольку два вектора не определяют уникальное направление вращения вращающегося магнитного поля , разделенная однофазная система не является двухфазной системой.
В США и Канаде эта практика возникла из системы распределения постоянного тока, разработанной Томасом Эдисоном . За счет последовательного соединения пар ламп или групп ламп в одной цепи и удвоения напряжения питания размеры проводников были существенно уменьшены. Соединение места соединения каждой параллельной ветви двух последовательных ламп с общей нейтралью, возвращаемой к центральному отводу питающего напряжения, стабилизировало напряжения ответвлений от изменений при включении и выключении нагрузок. Нейтральный проводник переносил только разбаланс тока, протекающего от одной группы нагрузок к другой.
Напряжение между фазой и нейтралью составляет половину линейного напряжения. Освещение и мелкие бытовые приборы можно подключать между линейным проводом и нейтралью. Приборы большей мощности, такие как кухонное оборудование, системы отопления, водонагреватели, сушилки для белья, кондиционеры и зарядное оборудование для электромобилей, подключаются к двум линейным проводам. Это означает, что для подачи той же мощности ток уменьшается вдвое. Можно использовать проводники меньшего размера, чем потребовалось бы, если бы приборы были рассчитаны на питание от более низкого напряжения. [2]
Если бы нагрузка была гарантированно сбалансированной (одинаковый ток, потребляемый из каждой линии), то нейтральный проводник не пропускал бы никакого тока, и система была бы эквивалентна несимметричной системе с удвоенным напряжением, при этом линейные провода принимали бы половину меньшего тока. текущий. Для этого вообще не потребуется нейтральный проводник, но это будет непрактично для изменяющихся нагрузок; простое последовательное соединение групп приведет к чрезмерному изменению напряжения и яркости при включении и выключении ламп.
При подключении двух групп ламп к нейтрали, промежуточной по потенциалу между двумя токоведущими ветвями, любой дисбаланс нагрузки будет компенсироваться током в нейтрали, обеспечивая практически постоянное напряжение на обеих группах. Общий ток, протекающий по всем трем проводам (включая нейтраль), всегда будет в два раза превышать ток питания наиболее нагруженной половины.
Для коротких участков проводки, ограниченных допустимой токовой нагрузкой проводника , это позволяет заменить три проводника половинного сечения двумя полноразмерными, используя 75% меди эквивалентной однофазной системы.
Длинные прокладки проводов ограничиваются допустимым пределом падения напряжения в проводниках. Поскольку напряжение питания увеличивается вдвое, сбалансированная нагрузка может выдержать двойное падение напряжения, что позволяет использовать проводники четвертьразмерного сечения; при этом используется на 3/8 меньше меди, чем в эквивалентной однофазной системе.
На практике выбирается некоторое промежуточное значение. Например, если дисбаланс ограничен 25% от общей нагрузки (половиной половины), а не 50% в худшем случае, то проводники 3/8 однофазного размера будут гарантировать такое же максимальное падение напряжения, всего 9/8 одного однофазного проводника, 56% меди двух однофазных проводников.
Сбалансированная мощность
[ редактировать ]В так называемой сбалансированной системе питания , иногда называемой «технической мощностью», изолирующий трансформатор с центральным отводом используется для создания отдельного источника питания с проводниками, сбалансированными по отношению к земле напряжениями. Целью сбалансированной системы питания является минимизация шума, создаваемого чувствительным оборудованием от источника питания.
В отличие от трехпроводной системы распределения, заземленная нейтраль не распределяется на нагрузки; только линейные соединения на 120 В. используются Сбалансированная система питания используется только для специализированного распределения в студиях аудио- и видеопроизводства, звукового и телевещания, а также при установке чувствительных научных приборов.
США Национальный электротехнический кодекс содержит правила для технических энергетических установок. [3] Системы не должны использоваться для освещения общего назначения или другого оборудования, и в них могут использоваться специальные розетки, обеспечивающие подключение к системе только одобренного оборудования. Кроме того, в технических энергосистемах особое внимание уделяется заземлению распределительной системы.
Риск использования сбалансированной системы питания в установке, которая также использует «обычное» питание в тех же помещениях, заключается в том, что пользователь может непреднамеренно соединить системы питания вместе через промежуточную систему аудио- или видеооборудования, элементы которой могут быть подключены к разные системы питания. Вероятность этого может быть уменьшена за счет соответствующей маркировки симметричных розеток и использования типа розетки для симметричной системы, который физически отличается от типа розетки «обычной» системы питания, чтобы еще больше их дифференцировать.
Приложения
[ редактировать ]Европа
[ редактировать ]В Европе трехфазное напряжение чаще всего используется 230/400 В. Однако трехпроводные двухфазные отключенные системы электропитания 130/225 В, называемые B1, используются для эксплуатации старых установок в небольших группах домов, когда используются только два из трехфазных высоковольтных проводников. Сдвиг фаз в Европе составляет 120°, как и в случае с трехфазным током. Поэтому рассчитываем 130В * √3 = 225В. Затем используется трехфазный оконечный понижающий трансформатор. Один дом получает фазы A и B, следующий дом получает фазы B и C, третий дом получает фазы A и C. Некоторые установки, такие как фермы (особенно те, которые впоследствии никогда не были переведены на трехфазное питание), могут снабжаться обеими фазами для тот же потребитель. Хотя обычно измерение осуществляется через две выбранные фазы типичного трехфазного счетчика, эти две фазы всегда будут использоваться только индивидуально, а не, как в США, для обеспечения более высокого напряжения. Тем не менее, они помогают в ситуациях, когда один источник питания не может обеспечить достаточную мощность для установки.
В Соединенном Королевстве электрические инструменты и портативное освещение на крупных объектах строительства и сноса регулируются стандартом BS 7375 , и там, где это возможно, рекомендуется питать их от системы с центральным отводом, напряжением всего 55 В между токоведущими проводниками и землей (так называемые CTE или земля центрального отвода , или 55–0–55). Эта уменьшенная низковольтная система используется с оборудованием на 110 В. Нейтральный провод не распределен. дополнительное двухполюсное УЗО В местах повышенной опасности можно использовать . Цель состоит в том, чтобы снизить опасность поражения электрическим током, которая может возникнуть при использовании электрооборудования на влажной или открытой строительной площадке, и исключить необходимость быстрого автоматического отключения для предотвращения поражения электрическим током во время неисправностей. Переносные трансформаторы, которые преобразуют однофазное напряжение 240 В в двухфазную систему на 110 В, являются обычным элементом строительного оборудования. Генераторные установки, используемые на строительных площадках, оборудованы для прямого питания. Однако крупной ферме может быть предоставлено снабжение 230–0–230 (номинальное).
Дополнительным преимуществом является то, что нити ламп накаливания на 110 В , используемых в таких системах, толще и, следовательно, механически более прочны, чем нити ламп на 240 В.
Северная Америка
[ редактировать ]Эта трехпроводная однофазная система распространена в Северной Америке для жилых и легких коммерческих помещений. автоматического Панели выключателя обычно имеют два провода под напряжением (горячие) и нейтральный, подключенный в одной точке к заземленному центральному отводу местного трансформатора. Обычно один из проводов под напряжением черный, а другой красный; нейтральный провод всегда белый. Однополюсные автоматические выключатели питают цепи напряжением 120 В от одной из шин 120 В внутри панели, а двухполюсные автоматические выключатели питают цепи напряжением 240 В от обеих шин. Цепи на 120 В являются наиболее распространенными и используются для питания розеток NEMA 1 и NEMA 5 , а также большинства цепей освещения с прямой проводкой в жилых и легких коммерческих целях. Цепи 240 В используются в приложениях с повышенным спросом, таких как кондиционеры , обогреватели , электроплиты , электрические сушилки для одежды , водонагреватели электромобилей и точки зарядки . В них используются розетки NEMA 10 или NEMA 14 , которые не поддерживают на 120 В. вилки
Правила электромонтажа регулируют применение цепей с расщепленной фазой, чтобы можно было защитить общую нейтраль от избыточного тока. Нейтральный провод может быть общим только для двух цепей, питаемых от противоположных линий электросети, с использованием автоматических выключателей, соединенных шиной так, чтобы оба сработали одновременно ( [4] НЭК 210.4); это предотвращает 120 В подачу напряжения 240 В. в цепи
железные дороги
[ редактировать ]В системе электроснабжения железных дорог Швеции на некоторых железных дорогах также используется расщепленная электроэнергия. Центральный отвод заземляется, и один полюс подается на секцию воздушного провода, а другой провод используется для другой секции.
Распределение разделенной фазы используется в Amtrak с частотой 60 Гц тяговой энергосистеме в Северо-восточном коридоре между Нью-Йорком и Бостоном. По пути проложены два отдельных провода: контактный провод локомотива и электрически отдельный питающий провод. На каждый провод подается напряжение 25 кВ относительно земли, а между ними – 50 кВ. Автотрансформаторы вдоль пути балансируют нагрузки между контактными и фидерными проводами, снижая резистивные потери.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Террелл Крофт и Уилфорд Саммерс (редактор), Справочник американских электриков, одиннадцатое издание , МакГроу Хилл, Нью-Йорк (1987) ISBN 0-07-013932-6 , глава 3, страницы 3–10, 3–14–3–22.
- ^ Гонен, Туран. Проектирование систем распределения электроэнергии, 2-е изд. CRC Press, 2007, с. 284.
- ^ NFPA 70, Национальный электротехнический кодекс 2005 г., Национальная ассоциация противопожарной защиты, Куинси, Массачусетс, США (2005 г.). нет ISBN, статьи 640 и 647
- ^ «Ответственные цепи – Часть 1 | EC&M» .