Однофазное электроснабжение: типы и применение.

Введение

Тип распределения электрической энергии

В электротехнике однофазная электрическая мощность (сокращенно 1φ) – это система распределения переменного тока, в которой все напряжения источника изменяются одновременно. Однофазное распределение применяется там, где основными нагрузками являются освещение и отопление, с небольшим количеством мощных электродвигателей. Однофазное питание, подключенное к электродвигателю переменного тока, не создает вращающееся магнитное поле; однофазным двигателям требуются дополнительные схемы для запуска (например, пусковой конденсатор), и такие двигатели редко встречаются мощностью более 10 кВт. Поскольку напряжение в однофазной системе достигает пикового значения дважды за каждый цикл, мгновенная мощность непостоянна. Стандартные частоты однофазных энергосистем – 50 или 60 Гц. Специальные однофазные сети тягового питания могут работать на частоте 16,67 Гц или других частотах для электроснабжения электрифицированных железных дорог.

Приложения

В Северной Америке отдельные жилые дома и небольшие коммерческие здания с мощностью до 100 кВА (417 ампер при 240 вольт) обычно имеют трехпроводную однофазную систему распределения, особенно в сельской местности, где нагрузка от двигателей невелика и встречается редко. В сельских районах, где отсутствует трехфазное питание, фермеры или домохозяйства, желающие использовать трехфазные двигатели, могут установить фазовый преобразователь. Крупные потребители, такие как крупные здания, торговые центры, заводы, офисные здания и многоквартирные дома, используют трехфазное электроснабжение. В густонаселенных городских районах применяется сетевое распределение электроэнергии, к которому подключены множество потребителей и трансформаторов, обеспечивающих сотни или тысячи киловольт-ампер, сконцентрированных на площади в несколько сотен квадратных метров. Высокомощные системы, например, мощностью в сотни киловольт-ампер и более, почти всегда трехфазные. Максимальная доступная мощность однофазного электроснабжения варьируется в зависимости от стандартов электроснабжающей компании. В Соединенном Королевстве однофазное домашнее электроснабжение может быть рассчитано на 100 А или даже 125 А, что означает, что в бытовых или небольших коммерческих условиях потребность в трехфазном электроснабжении невелика. В остальной Европе традиционно существуют более строгие ограничения на мощность однофазного электроснабжения, в результате чего даже частные дома могут быть подключены к трехфазной сети (в городских районах с трехфазными сетями электроснабжения). Если нагревательное оборудование, рассчитанное на систему 240 вольт, подключено к двум фазам источника питания 208 вольт, оно будет выдавать только 75% своей номинальной тепловой мощности. Однофазные двигатели могут иметь отводы для работы от сети 208 или 240 вольт. Однофазная нагрузка может питаться непосредственно от трехфазного распределительного трансформатора двумя способами: подключением между одной фазой и нейтралью или подключением между двумя фазами. Эти два способа обеспечивают разные напряжения от одного и того же источника. Например, в трехфазной системе 120/208, распространенной в Северной Америке, напряжение между фазой и нейтралью составляет 120 вольт, а напряжение между фазами – 208 вольт. Это позволяет подключать однофазное освещение к фазе и нейтрали. Однофазное электроснабжение может использоваться для электрических железных дорог; крупнейший в мире однофазный генератор, расположенный на атомной электростанции Некарвестхайм, обеспечивал электроэнергией железнодорожную систему по выделенной сети тягового питания.

In North America, individual residences and small commercial buildings with services up to about 100 kVA (417 amperes at 240 volts) will usually have three wire single phase distribution, especially in rural areas where motor loads are small and uncommon. In rural areas where no three phase supply is available, farmers or households who wish to use three phase motors may install a phase converter. Larger consumers such as large buildings, shopping centers, factories, office blocks, and multiple unit apartment blocks have three phase service. In densely populated areas of cities, network power distribution is used with many customers and many supply transformers connected to provide hundreds or thousands of kilo volt amperes, a load concentrated over a few hundred square meters. High power systems, say hundreds of kilovolt amperes or larger, are nearly always three phase. The largest supply normally available as single phase varies according to the standards of the electrical utility. In the United Kingdom a single phase household supply may be rated 100 A or even 125 A, meaning that there is little need for three phase in a domestic or small commercial environment. Much of the rest of Europe has traditionally had much smaller limits on the size of single phase supplies resulting in even houses being supplied with three phase (in urban areas with three phase supply networks). If heating equipment designed for a 240 volt system is connected to two phases of a 208 volt supply, it will produce only 75% of its rated heating effect. Single phase motors may have taps to allow their use on either 208 volt or 240 volt supply. A single phase load may be powered directly from a three phase distribution transformer in two ways: by connection between one phase and neutral or by connection between two phases. These two give different voltages from a given supply. For example, on a 120/208 three phase system, which is common in North America, the phase to neutral voltage is 120 volts and the phase to phase voltage is 208 volts. This allows single phase lighting to be connected phase to neutral. Single phase power may be used for electric railways; the largest single phase generator in the world, at Neckarwestheim Nuclear Power Plant, supplied a railway system on a dedicated traction power network.

Заземление

Обычно используется третий проводник, называемый заземлением (или "защитным заземлением") (США) или защитной землей (Великобритания, Европа, МЭК), для защиты от поражения электрическим током и, как правило, несёт значительный ток только при возникновении неисправности в цепи.