WikiDer > Двухфазная электроэнергия

Split-phase electric power
Напольный однофазный трансформатор с трехпроводным центральный "двухфазная" вторичная. На трех клеммах вторичной обмотки центральный отвод заземлен с помощью короткой перемычки на корпус трансформатора.

А двухфазный или однофазный трехпроводной система - это тип однофазная электроэнергия распространение. Это переменный ток (AC) эквивалент оригинального Edison Machine Works трехпроводной постоянный ток система. Его основное преимущество состоит в том, что он экономит материал проводника по сравнению с однофазной однофазной системой, при этом требуется только одна фаза на стороне питания распределительного трансформатора.[1]

Две линии переменного тока 120 В поступают в помещение от трансформатора с напряжением 240 В переменного тока. вторичный обмотка, имеющая центральный кран подключен к земле. Это приводит к появлению двух линейных напряжений 120 В переменного тока, которые не совпадают по фазе на 180 градусов друг с другом. Нейтральный провод системы соединяется с землей на центральном ответвлении трансформатора. 240 В переменного тока можно получить, подключив нагрузку между двумя линиями 120 В переменного тока.

Другие применения системы питания с расщепленной фазой используются для уменьшения опасности поражения электрическим током или уменьшения электромагнитного шума.

Подключения

рисунок 1
Рис. 2

А трансформатор питание трехпроводной распределительной системы имеет однофазную входную (первичную) обмотку. Выходная (вторичная) обмотка имеет средний отвод, а центральный кран подключен к заземленному нейтральный. Как показано на рис. 1, напряжение между концом и центром равно половине напряжения сквозного соединения. Рис. 2 иллюстрирует фазор схема выходных напряжений для двухфазного трансформатора. Поскольку два вектора не определяют однозначное направление вращения для вращающееся магнитное поле, разделенная однофазная система не является двухфазной системой.

В США и Канаде эта практика зародилась в системе распределения постоянного тока, разработанной Томас Эдисон. Путем последовательного соединения пар ламп или групп ламп в одной цепи и удвоения напряжения питания размер проводников был значительно уменьшен.

Напряжение между фазой и нейтралью составляет половину линейного напряжения. Освещение и небольшие приборы, требующие менее 1800 Вт, могут быть подключены между линейным проводом и нейтралью. Приборы с более высокой мощностью, такие как кухонное оборудование, отопление помещений, водонагреватели, сушилки для одежды, кондиционеры и оборудование для зарядки электромобилей, подключаются через два линейных провода. Это означает, что (для подачи того же количества энергии) ток уменьшается вдвое. Следовательно, могут использоваться проводники меньшего диаметра, чем потребовалось бы, если бы приборы были рассчитаны на питание от более низкого напряжения.[2]

Рис. 4
Рис. 5

Если бы нагрузка была гарантированно сбалансирована, то нейтральный проводник не пропускал бы никакого тока, и система была бы эквивалентна несимметричной системе с удвоенным напряжением, а линейные провода потребляли бы половину тока. Для этого вообще не потребуется нейтральный проводник, но это будет совершенно непрактично для различных нагрузок; простое последовательное соединение групп приведет к чрезмерному изменению напряжения и яркости при включении и выключении ламп.

При подключении двух ламповых групп к нейтрали, промежуточной по потенциалу между двумя токоведущими ножками, любой дисбаланс нагрузки будет обеспечиваться током в нейтрали, обеспечивая по существу постоянное напряжение на обеих группах. Общий ток, протекающий по всем трем проводам (включая нейтраль), всегда будет в два раза больше тока питания наиболее сильно нагруженной половины.

Для коротких участков электропроводки, ограниченных проводом емкость, это позволяет заменить три проводника половинного размера на два полноразмерных, используя 75% меди эквивалентной однофазной системы.

Более длинные кабели более ограничены падением напряжения в проводниках. Поскольку напряжение питания увеличивается вдвое, сбалансированная нагрузка может выдерживать удвоенное падение напряжения, что позволяет использовать проводники сечением в четверть; здесь используется 3/8 меди эквивалентной однофазной системы.

На практике выбирается какое-то промежуточное значение. Например, если дисбаланс ограничен 25% от общей нагрузки (половина от половины), а не 50% в наихудшем случае, то проводники 3/8 однофазного размера будут гарантировать такое же максимальное падение напряжения, всего 9/8 одного однофазного провода, 56% меди двух однофазных проводов.

Сбалансированная мощность

В так называемом сбалансированная мощность система, иногда называемая «техническая мощность», изоляция трансформатор с центральным отводом используется для создания отдельного источника питания с проводниками, уравновешенными напряжениями относительно земли. Цель сбалансированной системы питания - минимизировать шум, связанный с чувствительным оборудованием от источника питания.

В отличие от трехпроводной системы распределения заземленная нейтраль не распределяется между нагрузками; используются только линейные соединения на 120 В. Сбалансированная система питания используется только для специализированного распределения в студиях аудио- и видеопроизводства, для звукового и телевизионного вещания, а также для установки чувствительных научных инструментов.

Соединенные штаты. Национальный электротехнический кодекс содержит правила для технических силовых установок.[3] Системы не должны использоваться для освещения общего назначения или другого оборудования, и в них могут использоваться специальные розетки, чтобы гарантировать, что к системе подключено только утвержденное оборудование. Кроме того, в технических системах электроснабжения особое внимание уделяется способу заземления распределительной системы.

Риск использования сбалансированной системы питания в установке, которая также использует «обычную» мощность в тех же комнатах, заключается в том, что пользователь может непреднамеренно соединить системы питания друг с другом через промежуточную систему аудио- или видеооборудования, элементы которого могут быть подключены к разным энергосистемам. Вероятность этого может быть уменьшена за счет соответствующей маркировки симметричных розеток и использования типа розеток для сбалансированной системы, который физически отличается от такового в «традиционной» энергосистеме, чтобы еще больше их дифференцировать.

Приложения

Европа

В Европа, трехфазный Чаще всего используется 230/400 В. Однако 230/460 В, трехпроводный, отдельная фаза системы используются для управления фермами и небольшими группами домов, когда только два из трехфазный используются высоковольтные проводники. Затем используется конечный понижающий трансформатор с расщепленной фазой, центральный отвод которого заземлен, а две половины обычно питают разные здания однофазным питанием, хотя в Великобритании большой ферме может быть предоставлен 230-0-230 ( номинальная) поставка.

в ВеликобританияЭлектроинструменты и переносное освещение на крупных строительных площадках и объектах сноса регулируются BS7375, и, где это возможно, рекомендуется питаться от системы с центральным отводом с напряжением только 55 В между токоведущими проводниками и землей (так называемый CTE или Center Tap Earth, или 55-0-55). Эта система пониженного низкого напряжения используется с оборудованием 110 В. Нейтральный проводник не распределяется. В зонах повышенной опасности дополнительный двойной полюс УЗО может использоваться защита. Цель состоит в том, чтобы снизить опасность поражения электрическим током, которая может существовать при использовании электрического оборудования на мокрой или открытой строительной площадке, и устранить требование быстрого автоматического отключения для предотвращения ударов во время неисправностей. Переносные трансформаторы, которые преобразуют однофазное 240 В в эту расщепленную систему на 110 В, являются обычным строительным оборудованием. Генераторные установки, используемые на строительных площадках, оснащены оборудованием для непосредственного снабжения электроэнергией.

Дополнительным преимуществом является то, что нити 110 В лампы накаливания используемые в таких системах, толще и поэтому механически более прочны, чем лампы на 240 В.

Северная Америка

Эта трехпроводная однофазная система распространена в Северной Америке для жилых и небольших коммерческих помещений. Схема панели выключателя обычно имеют два провода под напряжением и нейтраль, подключенные в одной точке к заземленному центральному отводу местного трансформатора. Обычно один из проводов под напряжением черный, а другой красный; нейтральный провод всегда белый. Однополюсный Автоматические выключатели питают цепи на 120 В от одной из шин на 120 В в панели, или двухполюсные автоматические выключатели питают цепи на 240 В от обеих шин. Цепи 120 В являются наиболее распространенными и используются для питания NEMA 1 и NEMA 5 розеток, а также большинство электрических цепей прямого подключения жилых и коммерческих помещений. Цепи 240 В используются для приложений с высокими требованиями, таких как Кондиционеры, обогреватели, электрические плиты, электрический сушилки для одежды, водонагреватели, и электромобиль пункты зарядки. Эти используют NEMA 10 или NEMA 14 розетки, которые намеренно несовместимы с розетками на 120 В.

Правила электромонтажа регулируют применение цепей с расщепленной фазой. Поскольку нейтральный (обратный) проводник не защищен предохранителем или автоматическим выключателем, нейтральный провод может использоваться совместно только двумя цепями, питаемыми от противоположных линий системы питания. Две цепи из противоположных линий могут иметь общую нейтраль, если оба выключателя соединены перемычкой, так что оба срабатывают одновременно ([4]NEC 210.4), это предотвращает попадание 120 В в цепи 240 В.

Железнодорожные пути

В Швеция на некоторых железных дорогах также используется двухфазная электроэнергия. Центральный отвод заземлен, один полюс запитан с помощью воздушной секции провода, а другой провод используется для другой секции.

Система тягового питания Amtrak 60 Гц в Северо-восточный коридор между Нью-Йорком и Бостоном также используется расщепленная фаза распределения электроэнергии. По рельсу проходят два отдельных провода: контактный провод для локомотива и электрически отдельный питающий провод. На каждый провод подается напряжение 25 кВ по отношению к земле, с 50 кВ между ними. Автотрансформаторы вдоль пути уравновешивают нагрузки между контактным и подводящим проводами, уменьшая резистивные потери.

В Великобритании Network Rail используют автотрансформаторы на всех новых линиях электрификации 50 Гц, и (по состоянию на 2014 год) перестраивают многие старые бустерные трансформаторы [1] установки к автотрансформаторам, для снижения потерь энергии [2] и экспортируемые электромагнитные помехи, которые усиливаются при вводе более длинных, тяжелых или более быстрых поездов, потребляя более высокий пиковый ток от источника питания. Обратите внимание, что бустерные трансформаторы только «увеличивают» возврат тягового тока через намеченный путь, «обратный проводник», а не случайным образом через землю, и не повышают, а, скорее, уменьшают доступное напряжение в поезде и вводят дополнительные убытки. Система автотрансформатора обеспечивает обратный ток тяги, идущий по намеченному пути, при одновременном снижении потерь при передаче и, таким образом, достигает обеих требуемых целей - контроля утечки обратного тока на землю и обеспечения низких потерь энергии одновременно. Имеется начальный штраф, поскольку предыдущий обратный проводник, изолированный до довольно скромного напряжения, должен быть заменен противофазным фидером, изолированным до 25 кВ, а сами автотрансформаторы больше и дороже, чем предыдущие повышающие трансформаторы; но со временем меньшая потеря энергии приводит к общей экономии затрат.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ 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, с 3-14 по 3-22.
  2. ^ Гонен, Туран. Инженерия систем распределения электроэнергии, 2-е изд. CRC Press, 2007, стр. 284.
  3. ^ NFPA 70, Национальный электротехнический кодекс 2005 г., Национальная ассоциация противопожарной защиты, Inc., Куинси, Массачусетс, США (2005 г.). нет ISBN, статьи 640 и 647
  4. ^ http://ecmweb.com/code-basics/branch-circuits-part-1