№40 Мощность трехфазной цепи и способы ее измерения.
Активная и реактивная мощности трехфазной цепи, как для любой сложной цепи, равны суммам соответствующих мощностей отдельных фаз:
где IA, UA, IB, UB, IC, UC – фазные значения токов и напряжений.
В симметричном режиме мощности отдельных фаз равны, а мощность всей цепи может быть получена путем умножения фазных мощностей на число фаз:
В полученных выражениях заменим фазные величины на линейные. Для схемы звезды верны соотношения Uф/Uл/√3, Iф=Iл, тогда получим:
Для схемы треугольника верны соотношения: Uф=Uл ; Iф=Iл / √3 , тогда получим:
Следовательно, независимо от схемы соединения (звезда или треугольник) для симметричной трехфазной цепи формулы для мощностей имеют одинаковый вид:
В приведенных формулах для мощностей трехфазной цепи подразумеваются линейные значения величин U и I, но индексы при их обозначениях не ставятся.
Активная мощность в электрической цепи измеряется прибором, называемым ваттметром, показания которого определяется по формуле:
где Uw, Iw — векторы напряжения и тока, подведенные к обмоткам прибора.
Для измерения активной мощности всей трехфазной цепи в зависимости от схемы соединения фаз нагрузки и ее характера применяются различные схемы включения измерительных приборов.
Для измерения активной мощности симметричной трехфазной цепи при-меняется схема с одним ваттметром, который включается в одну из фаз и измеряет активную мощность только этой фазы (рис. 40.1). Активная мощность всей цепи получается путем умножения показания ваттметра на число фаз: P=3W=3UфIфcos(φ). Схема с одним ваттметром может быть использована только для ориентированной оценки мощности и неприменима для точных и коммерческих измерений.
Для измерения активной мощности в четырехпроводных трехфазных цепях (при на¬личии нулевого провода) применяется схема с тремя приборами (рис. 40.2), в которой произво¬дится измерение активной мощности каждой фазы в отдельности, а мощность всей цепи оп¬ределяется как сумма показаний трех ваттметров:
Для измерения активной мощности в трехпроводных трехфазных цепях (при отсутствии нулевого провода) применяется схема с двумя приборами (рис. 40.3).
При отсутствии нулевого провода линейные (фазные) ток связаны между собой урав¬нением 1-го закона Кирхгофа: IA+IB+IC=0. Сумма показаний двух ваттметров равна:
Таким образом, сумма показаний двух ваттметров равна активной трехфазной мощности, при этом показание каждого прибора в отдельности зависит не только величины нагрузки но и от ее характера.
На рис. 40.4 показана векторная диаграмма токов и напряжений для сим¬метричной нагрузки. Из диаграммы следует, что показания отдельных ваттметров могут быть определены по формулам:
Анализ полученных выражений позволяет сделать следующие выводы. При активной нагрузке (φ = 0), показания ваттметров равны (W1 = W2).
При активно-индуктивной нагрузке(0 ≤ φ ≤ 90°) показание первого ватт-метра меньше, чем второго (W1 < W2), а при φ>60° показание первого ваттметра становится отрицательным (W1 < 0).
При активно-емкостной нагрузке(0 ≥ φ≥ -90°) показание второго ватт-метра меньше, чем первого (W1 больше W2), а при φ(меньше)-60 ° показание второго ватт-метра становится отрицательным.
Мощность трехфазной сети: активная, реактивная, полная
Значения общей активной и общей реактивной мощностей трехфазной цепи равны соответственно суммам активных и реактивных мощностей для каждой из трех фаз A, B и C. Это утверждение иллюстрируют следующие формулы:
здесь Ua, Ub, Uc, Ia, Ib, Ic – значения фазных напряжений и токов, а φ — сдвиг фаз.
Когда нагрузка является симметричной, то есть в условиях когда активные и реактивные мощности каждой из фаз равны между собой, для нахождения общей мощности многофазной цепи достаточно умножить значение фазной мощности на количество задействованных фаз. Полная мощность определяется исходя из полученных значений активной и реактивной ее составляющих:
В приведенных формулах можно выразить фазные значения величин через линейные их значения, которые для схем соединения потребителей звездой или треугольником будут отличаться, однако формулы для мощности в итоге окажутся одинаковыми:
Из приведенных выражений следует, что вне зависимости от схемы соединения приемников электрической энергии, треугольник ли это или звезда, если нагрузка симметрична, то формулы для нахождения мощности будут иметь одинаковый вид, как для треугольника, так и для звезды:
В данных формулах указаны линейные значения величин напряжения и тока, и они записаны без индексов. Именно такая запись, без индексов, встречается обычно, то есть если нет индексов, то имеются ввиду линейные значения.
Для проведения измерений применительно к активной мощности в электрической цепи, используют специальный измерительный прибор, который называется ваттметром. Его показания определяются в соответствии с формулой:
в приведенной формуле Uw и Iw – векторы приложенного к нагрузке напряжения и протекающего через нее тока.
Характер активной нагрузки и схема соединения фаз могут быть разными, поэтому в зависимости от конкретных обстоятельств и схемы включения ваттметров будут различными.
Для симметрично нагруженных трехфазных цепей, с целью ориентировочного измерения общей активной мощности, если не требуется высокая точность, достаточно одного ваттметра, включенного лишь в одну из фаз. Затем, для получения значения активной мощности полной цепи, остается умножить показания ваттметра на количество фаз:
Для четырехпроводной цепи с нулевым проводом, чтобы точно измерить активную мощность, необходимы три ваттметра, с каждого из которых снимаются показания, и затем суммируются для получения значения общей мощности цепи:
Если нулевой провод в трехфазной цепи отсутствует, то для измерения общей мощности достаточно двух ваттметров, даже если нагрузка несимметрична.
В отсутствие нулевого провода, токи фаз связаны друг с другом в соответствии с первым законом Кирхгофа:
Тогда сумма показаний пары ваттметров будет равна:
Так, если сложить показания пары ваттметров, то получится общая активная мощность в исследуемой трехфазной цепи, причем показания ваттметров будут зависеть как от величины нагрузки, так и от ее характера.
Взглянув на векторную диаграмму токов и напряжений применительно к симметричной нагрузке, можно придти к выводу, что показания ваттметров определяются по следующим формулам:
Проанализировав эти выражения, можно понять, что при чисто активной нагрузке, когда φ = 0, показания двух ваттметров окажутся равны между собой, то есть W1 = W2.
При активно-индуктивном характере нагрузки, когда 0 ≤ φ ≤ 90°, показания ваттметра 1 окажутся меньше чем у ваттметра 2, то есть W1 60° показания ваттметра 1 будут отрицательными, то есть W1
При активно-емкостном характере нагрузки, когда 0 ≥ φ≥ -90°, показания ваттметра 2 будут меньше чем ваттметра 1, то есть W1 > W2. При φ
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Виды электрической мощности
Очень часто сами энергетики путают разные понятия электрической мощности. Из-за этого можно допустить ошибки в определении параметров энергоснабжения и в расчетах цены на электроэнергию.
Чтобы расставить все на свои места, мы сделали небольшой обзор с описанием основных видов электрической мощности.
Первая группа – это мощности, которые указываются в актах технологического присоединения (актах разграничения балансовой принадлежности).
Присоединенная мощность энергопринимающих устройств
Присоединенная мощность – общая величина номинальной мощности оборудования, которое присоединено к электрической сети (в том числе опосредованно). Исчисляется в мегавольт-амперах (МВ*А).
Этот параметр используется при определении возможности для предприятия выхода на оптовый рынок электроэнергии.
Также этот параметр можно использовать при определении максимальной мощности, если она в акте балансовой принадлежности не указана.
Максимальная мощность энергопринимающих устройств
Максимальная мощность – наибольшая величина мощности, определенная к одномоментному использованию энергопринимающих устройств потребителя. Исчисляется в мега-ваттах (МВт).
Максимальная мощность оплачивается владельцем энергопринимающих устройств при технологическом присоединении. Сетевая организация обязана обеспечить передачу данной мощности владельцу энергопринимающих устройств.
Потребитель может осуществлять свое энергопотребление в пределах своей максимальной мощности.
Превышение максимальной мощности является нарушением потребителем своих обязательств перед энергосбытовой и сетевой организацией как бездоговорное потребление.
При превышении максимальной мощности вводится режим ограничения потребления электроэнергии.
При безучетном потреблении расчет производится исходя из максимальной мощности. Расчет по максимальной мощности крайне не выгоден для потребителя, в связи с расчетом по максимуму за 31 день и 24 часа вашего потребления электроэнергии. В нормальном графике работы мощность не всегда используется по максимуму.
Максимальная мощность определяет ту подгруппу по мощности, которая будет использоваться для расчетов за электроэнергию. Подгруппа по мощности влияет на размер сбытовой надбавки гарантирующего поставщика.
Всего сейчас выделяют три подгруппы максимальной мощности:
- до 670 кВт
- от 670 кВт до 10 МВт
- свыше 10 МВт
Самая высокая сбытовая надбавка будет для подгруппы до 670 кВт.
Если в акте технологического присоединения максимальная мощность не указана. Такое может быть если акт старый и получен давно. В этом случае необходимо получать новый акт, а максимальную мощность можно определить одним из способов:
- Обратиться в сетевую организацию для подтверждения максимальной мощности с предоставлением: однолинейной схемы электроснабжения, старого АРБП, профилей потребления электроэнергии, если они имеются, замеров потребления в режимные дни в июне и декабре за последние 3 года
- Исходя из мощности присоединенных трансформаторов в кВА. Максимальная мощность определяется по расчету с использованием коэффициента мощности cos φ (при отсутствии в АРБП принимается равным 0,9 (приказ Минпромэнерго России от 22.02.2007 № 49). Пример: присоединенная мощность 630 кВА*0,9=567 кВт Подтверждается в сетевой организации (приказ Минэнерго России от 23.06.2015 № 380)
- Максимальная мощность может приниматься равной разрешенной, если она отражена в акте
Разрешенная мощность
разрешенная мощность – величина электрической мощности, которую электросетевая организация разрешила абоненту (потребителю) на основании технических условий присоединить к своим сетям. Может приниматься равной максимальной.
Термин может встречаться в старых актах, сейчас он практически не используется.
Установленная мощность
Установленная мощность – сумма номинальных мощностей всех устройств- потребителей мощности в электроустановке.
Не может быть равной и меньше максимальной мощности.
На рынке электроэнергии продается два товара: электроэнергия и мощность. Виды мощностей, которые оплачиваются потребителем в составе цены на электроэнергию мы выделили в отдельную категорию.
Сетевая мощность
Сетевая мощность – это объем мощности оплачиваемой потребителями, применяющими в расчетах за услуги по передаче электрической энергии двухставочный тариф. Это предприятия рассчитывающиеся по четвертой или шестой ценовой категории.
В этом случае сетевая мощность умножается на ставку на содержание объектов электрохозяйства. Ставка на содержание устанавливается Региональными энергетическими комиссиями каждого региона на каждое полугодие.
Объем сетевой мощности определяется как среднее за месяц из максимальных значений потребления предприятия в рабочие дни в часы пиковой нагрузки системного оператора.
Часы публикуются на сайте Системного оператора сроком на 1 календарный год.
Покупная мощность (потребленная, оптовая) мощность
Покупная мощность – это товар, которым торгуют на оптовом рынке электроэнергии и мощности. Оплачивая покупная мощность предприятие оплачивает готовность генерации обеспечить необходимый объем поставки электроэнергии.
Эту составляющую цены на электроэнергию оплачивают все предприятия начиная с третьей ценовой категории.
Объем покупной мощности равен среднему за месяц из значений потребления предприятия в часы пиковой нагрузки гарантирующего поставщика, в которые наблюдалось максимальное совокупное потребление по региону , в котором находится предприятие.
Часы гарантирующего поставщика публикуются на сайте Администратора торговой системы ежемесячно после окончания расчетного периода.
Если предприятие в своем производстве не использует всю выданную ему при технологическом присоединении максимальную мощность, то возникает такое понятие как резервируемая мощность.
Резервируемая мощность
Резервируемая мощность – это разность между максимальной мощностью и фактически потребляемой сетевой, то есть это мощность, которая не используется предприятием и находится в так называемом резерве.
В правительстве активно продвигают проект о том, что такую мощность придется оплачивать, но его меняют уже несколько лет и он до сих пор не принят.
Автор: Тамилла Унщикова
Директор по развитию. Эксперт по вопросам связанным с технологическим присоединением и электроснабжением потребителей. Одно из направлений деятельности — сопровождение технологического присоединения к электросетям с оптимальными условиями. Прямой телефон: 8 800 500 10 25 доб. 270
Трехфазное напряжение: определение, отличия от однофазного
Все начинающие электрики когда-нибудь сталкиваются с вопросом, почему в некоторые электрощиты подведено напряжение в 380 V, а другие являются однофазными? Кратко это объясняется так: трехфазное напряжение 380 V является линейным, оно действует между всеми фазами в этой сети. Напряжение 220V является фазным, и действует между одной из трех фаз и нейтралью.
А теперь рассмотрим более подробно.
Специфика доставки тока потребителю
К конечным потребителям доставка электрического тока осуществляется при помощи высоковольтных линий электропередачи. На этом этапе ток подается под высоким напряжением, поэтому не подходит для непосредственного использования потребителями. Чтобы его можно было использовать, напряжение высоковольтного тока необходимо понизить. С этой целью вблизи потребителями устанавливаются трансформаторы. Это электротехнические установки, с помощью которых происходит понижение высоковольтного напряжения до номинальных значений. После преобразования электрический ток пригоден для бытового потребления.
Однофазное электропитание
Таким видом электроснабжения потребители питаются от линий нулевого развода или одной из фазных линий. Они формируют однофазную электросеть, где номинальное напряжение составляет привычные 220 V. В зависимости от количества рабочих проводников, однофазные сети условно подразделяются на:
- двухпроводные
- трехпроводные
В однофазной двухпроводной сети применяются фазный (L) и нулевой (N) провод, заземление бытовых электроприборов не требуется.
В однофазной трехпроводной сети используются три проводника: фазный (L), нулевой (N) и заземляющий (или защитный). Третий провод применяется для обеспечения дополнительной защиты для человека от поражений электрическим током, а также электрических приборов от перегорания. В случае замыкания фазных проводов на корпус электроустановок, устройство заземления позволяет сразу же отключить питание.
Трехфазное электропитание
Система трехфазного питания предполагает подвод в ВРУ дома или электрический щит квартиры сразу трех фаз (L1, L2, L3) и нулевого рабочего проводника (N). Между любыми фазными проводами действует напряжение 380V. Распределение электропроводки по объекту выполняется от щита, согласно заранее установленной схеме. Обеспечивается питание для бытовых электроприборов 220V или 380V.
Очень важно проводить расчет трехфазной сети правильно, чтобы электрическая нагрузка между всеми 3-я фазами была распределена равномерно. В противном случае высок риск сильного перекоса фаз, что может привести к возникновению аварийных ситуаций, а в некоторых случаях и к обгоранию одной из этих фаз. Чтобы распределение трехфазного питания по дому/квартире было равномерным, специалисты рекомендуют использовать электрические кабеля с 4 или 5 проводами.
Особенности трехфазной четырехпроводной электрической сети
При использовании четырехпроводной проводки питание объекта электроэнергией обеспечивается от трех фазных провода и нейтрали. Распределение электропроводов к приборам освещения и розеткам выполняется от распределительного короба или электрического щитка при помощи двух кабелей: каждым проводом фазного и нулевого значения для сетевого напряжения 220V. На общепринятых схемах фазы обозначаются буквами А, В, С.
Особенности трехфазной пятипроводной электрической сети
От предыдущей версии трехфазная пятипроводная электросеть отличается наличием пятого заземляющего провода (PE), который предназначен для выполнения защитных функций. Также важнейшим условием остается соблюдение принципа равномерности в распределении нагрузок по параметрам потребления мощности между всеми фазами.
В то же время, следует отметить, что в случае трехфазного питания определение степени нагрузки в электросети по всем известному закону Ома не получится. Это объясняется тем, что при проведении расчетов учитываются коэффициенты мощности (cosф) и спроса (Kспроса). При этому среднее значение для городских квартир cosф соответствует диапазону 0.90-0.93, а Kспроса – 0.8 (в случае если количество подключенных потребителей превышает 5).
Преимущества и недостатки обеих систем
Как однофазная, так трехфазная системы электропитания имеют свои преимущества и недостатки. Давайте перечислим их.
Однофазная сеть 220V отличается простотой в монтаже, дешевизной и меньшей степенью опасности подающегося напряжения. Однако к минусам относится ограниченная мощность потребителей.
Преимуществами использования трехфазной сети 380V являются:
- ограничение мощности лишь по сечению проводов;
- существенная экономия при условии трехфазного потребления;
- возможность питания промышленных электроприборов и оборудования;
- в случае пропадания питания или ухудшения его качества – возможность переключиться с однофазных нагрузок к работающей фазе.
К минусам системы относятся: более высокая опасность напряжения, дороговизна оборудования, ограничения по максимальной мощности однофазных нагрузок.
Когда устанавливается система 380 в, а когда 220 в?
Если допускаются к использованию две системы подачи электричества – 220В и 380В, почему же в обычных городских квартирах устанавливается лишь первая? Ответ простой: при подключении потребителей, чья мощность не превышает 10 кВт, используется только одна фаза. Следовательно, к дому подводится одна фаза и нулевой проводник.
В случаях, когда предполагает подключение потребителей мощностью более 10 кВт, рекомендуется прокладка трехфазного ввода. Обязательным трехфазный ввод с линейным напряжением равным 380V, является в зданиях с установленным оборудованием, которе оснащено трехфазными двигателями. Помимо увеличения уровня безопасности, такое решение позволит сэкономить на потреблении электрической энергии, а также на сечении проводов.
Преимущественно, в частном секторе используется однофазное напряжение, а на вводе монтируется электрокабель с сечением проводов 4-6мм2. В качестве ограничителя потребляемого тока используются автоматические выключатели с номинальным током защиты не более 40А.
Если предполагаемая мощность установленных потребителей превышает 15 кВт, обязательной к установке является система трехфазного питания. В этой случае мощность распределяется по фазам, что позволяет снизить нагрузку на электрооборудование. К использованию рекомендованы медные провода с сечением не меньше 10мм2. Как правило, к трехфазному питанию подключаются торговые помещения, офисы и административные объекты, промышленные предприятия.