Dlaczego układ trójfazowy nazywamy siłą? – cz.1

Gdy powstawała idea tego bloga, stworzona została również lista tematów o których wstępnie zamierzałem napisać. Jednym z tych tematów było tytułowe “Dlaczego obwód trójfazowy nazywamy siłą?”. Nie pamiętam już ile maili i ponagleń otrzymałem, aby założenia stały się rzeczywistością. Dziękuję za to wszystkim czytelnikom oraz za… cierpliwość. 🙂

Odpowiedzi na to pytanie nie da się zawrzeć w jednym lub w kilku zdaniach. Zacznijmy od tego, że byłoby bardzo wskazane, jeśli zapoznasz się lub odświeżysz sobie wiedzę w temacie napięcia 230V. Polecam w tym miejscu artykuł: Co drzemie w naszych gniazdkach czyli napięcie 230V bez tajemnic

Przeczytałeś? Świetnie!
To teraz możemy przejść do układu trójfazowego. Chciałbym w tym artykule wyjaśnić kilka spraw:

  • Jak wygląda i skąd się wziął przebieg napięcia w układzie trójfazowym?
  • W jaki sposób wykorzystujemy układ trójfazowy w domowych rozwiązaniach?
  • Skąd bierze się napięcie 400V?

To wszystko w I części artykułu. Zaczynamy!

O czym my w ogóle rozmawiamy?

Zacznijmy od wykresu (przebiegu) napięcia przedstawionego w artykule o 230V.

W idealnych warunkach takie coś powinniśmy mieć w gniazdku, gdy sprawdzimy napięcie pomiędzy przewodem fazowym, a przewodem neutralnym. Innymi słowy szybko zmienna wartość (50 razy na sekundę 325V, i 50 razy na sekundę -325V).
Multimetr oczywiście to sobie przeliczy i wyświetli przyswajalny dla człowieka wynik w postaci  wartości skutecznej napięcia na poziomie 230V.

W ramach instalacji trójfazowej, zamiast jednego przewodu otrzymujemy 3 w których znajduje się potencjał elektryczny o kształcie i wartości identycznej jak to przedstawiono powyżej. Różnica jednak istnieje i jest… subtelna.

Jak widać na powyższych wykresach w każdym przewodzie jest ten sam przebieg napięcia z tym, że każdy z nich jest nieco przesunięty w porównaniu do kolejnego. Ok, zgodzę się, może lepiej będzie widoczne jak pokażę wykres obejmujący dłuższy – powiedzmy dwukrotnie – wycinek czasu.

 

Teraz lepiej? Jeśli nałożymy na siebie te wykresy otrzymamy:

To przesunięcie bierze się z zasady działania prądnicy w zakładzie energetycznym, która obracając się ze stałą prędkością generuje potencjał elektryczny raz na jednym, po chwili na drugim i na trzecim przewodzie i tak w kółko. W równych odstępach czasu. Fachowo mówimy, że przebiegi te są przesunięte względem siebie w fazie.

Ok wszystko fajnie, ale…

… jakie to ma dla nas znaczenie?

Przeskoczmy teraz do czegoś bardziej namacalnego. Budujesz dom, ze skrzynki w której będzie zamontowany licznik energii, do przyszłej rozdzielnicy znajdującej się w domu prowadzisz kabel zasilający. Posiada on 5 żył.

Dla przypomnienia:

  • Przewód czarny – fazowy – L1
  • Przewód brązowy – fazowy – L2
  • Przewód szary – fazowy – L3
  • Przewód niebieski – neutralny – N
  • Przewód żółtozielony – ochronny – PE

Wprowadzasz ten kabel do rozdzielnicy i poprzez główne zabezpieczenia, wyłączniki różnicowo-prądowe i ostatecznie wyłączniki nadprądowe, podajesz napięcie na wybrany obwód.
Pytanie brzmi, którą fazę należy podpiąć do danego obwodu? Trzeba tutaj na pewne rzeczy zwracać uwagę, natomiast z punktu widzenia gniazd w obwodzie czy innych jednofazowych urządzeń, nie ma to znaczenia czy są zasilone fazą L1, L2 czy L3. W końcu napięcie skuteczne pomiędzy każdą z tych faz, a przewodem neutralnym jest 230V i to jest jedynie  urządzeniom jednofazowym do szczęścia (działania) potrzebne.

Do czego więc nam potrzebny podział na 3 fazy? I gdzie jest ta mistyczna “siła”?

Wszystkie trzy fazy naraz wykorzystujemy głównie do zasilenia:

  • Gniazd trójfazowych
  • Płyt grzewczych / indukcyjnych
  • Trójfazowych przepływowych ogrzewaczów wody itp.

Dochodzimy w tym miejscu do pytania…

Gdzie jest to 400V?

No tak, do tej pory kręciliśmy się wokół napięcia 230V nawet w obwodzie trójfazowym. Ale przecież na pewno słyszałeś, że gdy mówimy o gniazdach trójfazowych, mamy na myśli 400V, prawda? W końcu ma być siła i moc…

Otóż, cały czas rozpatrywaliśmy napięcie czyli różnicę potencjałów pomiędzy przewodem fazowym np. L1, a przewodem neutralnym N.
W niektórych momentach to napięcie wynosiło 100V, w niektórych 200V, czasem 0V, a maksymalnie 325V. Suma summarum ustaliliśmy, że napięcie skuteczne wynosi tutaj (nudne) 230V.

A co jeśli zamiast przewodu neutralnego podłączylibyśmy drugi przewód fazowy. Jaka byłaby różnica potencjałów?

W takim przypadku różnicę potencjałów nie stanowi “odległość” od linii 0V do danego punktu na wykresie tylko “odległość” od jednego punktu przebiegu do drugiego. Generalnie wartości napięć są większe i wynoszą maksymalnie ok. 563V. Zróbmy tą różnicę potencjałów (L1 – L2) punkt po punkcie i wrzućmy to na wykres.

Wykres wygląda dość podobnie w porównaniu do jednofazowego przebiegu, jednak jak już ustaliliśmy wartości napięć są większe. Napięcie wynosi 0V w chwili przecięcia się przebiegów dwóch faz. Wartość skuteczna takiego przebiegu napięcia wynosi (niemal) 400V.
Nie wykonuję tutaj żadnych dowodów matematycznych na powyższe twierdzenie. Jeśli o to Ci chodzi, znajdziesz ich pełno w czeluściach internetu.

Dla utrwalenia, w układach trójfazowych spotykamy się z dwoma rodzajami napięć:

  • Napięcie fazowe $U_f$ – napięcie pomiędzy przewodem fazowym a przewodem neutralnym (w domowych aplikacjach jest to 230V)
  • Napięcie międzyfazowe (przewodowe) $U_m$ – napięcie między jednym, a drugim przewodem fazowym (w domowych aplikacjach jest to 400V)

W tego typu (symetrycznym) układzie trójfazowym matematycznie napięcie międzyfazowe jest uzależnione od fazowego w taki sposób, że:

${U_m} = \sqrt{3} \cdot {U_f} = \sqrt{3} \cdot {230V} = 398V$

I to jest dokładna wartość naszego napięcia 400V 🙂 .
Ten pierwiastek będzie nas trochę prześladował w kolejnym artykule, dlatego warto było o nim już teraz wspomnieć.

Podsumowanie

W tym wpisie po nitce do kłębka ustaliliśmy skąd wzięła się wartość napięcia 400V.
Czy odpowiedzieliśmy sobie zatem na tytułowe pytanie? Czy 400V zamiast 230V to jest ta “siła”?
Po części tak ale nie do końca. Powiedzmy, że… jest to jej cząstka 🙂 .

W kolejnej części oprócz odpowiedzi na pytanie główne, zajmiemy się:

  • Połączeniami gwiazda / trójkąt – czym są, jak się je wykonuje i co je charakteryzuje
  • Niuansami typu: jak to jest, że w układzie trójfazowym w zasilającym przewodzie neutralnym może w ogóle nie płynąć prąd.

Już dzisiaj, zapraszam!

Zdjęcie główne: Jani Brumat

print


34
Dodaj komentarz

avatar
19 Comment threads
15 Thread replies
4 Followers
 
Most reacted comment
Hottest comment thread
28 Comment authors
Bo BritanMaciejDominikPawelMarcin Recent comment authors

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

  Subscribe  
najnowszy najstarszy oceniany
Powiadom o
Bo Britan
Gość
Bo Britan

Zgodnie ze sztuką oznaczenia przewodów 400V powinno być :
BRĄZOWY=L1
CZARNY=L2
SZARY=L3

B, C, S,
☝️👉👍‼️

POPRAW A DAM CI LAJKA, BO ŁADNIE OPISANE ‼️👍‼️

Dominik
Gość
Dominik

Fajny artykuł. Mam jednak inne pytanie – czy stosuje się gdzieś układ zasilania z większą ilością faz jak 3?

Maciej
Gość
Maciej

Na przykład prądnice, stosowano je wcześniej w samochodach, obecnie są alternatory, najczęściej trójfazowe. Prądnica miała komutator i on był twornikiem, i miała tyle faz, ile ilość podziałek na komutatorze podzielone przez dwa (wejście i wyjście zasilania na zezwój twornika). Nie wiem, ile ich zazwyczaj było, ale z kilkanaście pewnie. Podczas jej pracy fazy te nakładały się na siebie do tego stopnia, że krzywa wypadkowa prądu była prawie prosta. Ale nawet w alternatorze trójfazowym też jest, gdy nałoży się na siebie górne połówki prądów ze wszystkich trzech faz stojana alternatora. Z tego, co pamiętam, w samolotach były stosowane specjalne prądnice wielofazowe, a także układy selsynowe, elektromechaniczne systemy przekazywania droga elektryczną kąta położenia elementów, tam też były czasami stosowane układy więcej, jak trójfazowe.
W sieci zasilającej są tylko trzy fazy, bo taka konstrukcję mają generatory energii w elektrowniach, tak jest przesyłana energia, transformatory WN, SN i nn mają trzy fazy (choć układy uzwojeń mogą być już bardziej rozbudowane).
No i urządzenia elektroniczne, tzw. falowniki, takie cudo potrafi nawet z jednej fazy zrobić trzy, albo i więcej.

Pawel
Gość
Pawel

No dobrze. Mówi Pan tu o dwóch Fazach L1 i L2 tworzących napięcie ok. 400V. Zatem dlaczego takie połączenie nazywa się trójfazowym ? Gdzie w tym wszystkim jest zero czyli N? Nie rozumiem do czego nam trzecia faza z generatora L3 skoro nie wykorzystujemy jej do tzw. trojfazowego układu, który wydaje mi się być jedynie układem dwufazowy tworzącym Ok. 400 V?

Marcin
Gość
Marcin

Witam,
takie pytanie:
jak podłączyć urządzenie jednofazowe do przewodów L1 L2 L3 bez przewodu neutralnego N?

Mmmmmm
Gość
Mmmmmm

Ok.. Zero może wyjść nie tylko w punkcie przecięcia.. Puść dwie ścieżki dźwięku idealnie równocześnie, jedna normalna druga odwrocona faza. Zniosa się wzajemnie do zera. I nic nie usłyszysz. Faza też może działać jako ziemia… Ale to już temat dla złodziei prądu..

Barbara
Gość
Barbara

Witam, mam pewien dylemat. Otóż chciałam, aby elektryk podłączył mi lampę wiszącą, ale po obejrzeniu przewodów wystających z sufitu powiedział, że: “ja na tych nowoczesnościach się nie znam” 🙂 więc zaczęłam sama szukać informacji w Internecie, widząc niepewność pana elektryka. Więc tak – z sufitu wystają 4 przewody: szary, czarny, brązowy i żółto-zielony. Nie ma przewodu zerowego – N. Czy będzie prawidłowo, jeżeli podłączę nową lampę wiszącą, która posiada tylko dwa przewody: brązowy i niebieski. Niebieski (wychodzący z lampy) z przewodem szarym (wystającym z sufitu), natomiast przewód brązowy (wychodzący z lampy) z przewodem czarnym z sufitu. Zaznaczam, że zaczęłam dopiero interesować się elektryką, bo nikt z moich znajomych nie zna się na tym, a ja bym nie chciała, aby podłączał mi przysłowiowy jakiś pan Zdzisiek, któremu wydaje się, że “coś tam wie o elektryce”. Mnie nie wystarczy takie zapewnienie. Prosiłabym o zweryfikowanie tej mojej “wiedzy” osobę która na tym się zna. Bardzo dziękuję za pomoc 🙂 P.S. Jestem przerażona taką “wiedzą” elektryków – co jeden to leszy! Aż strach ich dopuścić do przewodów!

Dawid
Gość
Dawid

W którą strone biegnie prąd miedzy dwoma fazami miedzy którymi jest 400 v

Mojżesz
Gość
Mojżesz

Raz w te raz we wte. Zależy na którym przewodzie w danej chwili jest większy potencjał.

dawid333
Gość
dawid333

A między 230 a 0 też prąd idzie raz w jedną raz w 2 ??
I gdy prąd idzie raz w te raz w te między dwoma fazami to jak liczy to licznik gdzie jest jego zakończenie itp.

dawid333
Gość
dawid333

I dlaczego silnik kręci się w jedna stronę jak prąd jest zmieny

slayer74
Użytkownik
slayer74

Cytat: “Dla przypomnienia:

Przewód czarny – fazowy – L1
Przewód brązowy – fazowy – L2
Przewód szary – fazowy – L3
Przewód niebieski – neutralny – N
Przewód żółtozielony – ochronny – P..”
W Niemczech jest odwrotnie L1 brązowy L2 czarny. W układach jednofazowych – instalacje mieszkaniowe przewód fazowy musi być koloru brązowego. Przy kompleksowym remoncie (z dokumentacją projektem, kosztorysem, odbiorami i pomiarami) mieszkania np. Berlin – zachodnie dzielnice jeśli stara instalacja miedziana trzyprzewodowa ma przewód fazowy czarny jest traktowana jako do wymiana chociaż może być w stanie idealnym.

witold
Użytkownik
witold

No cóż co kraj to obyczaj

Zbycho
Gość
Zbycho

W Polsce obowiązuje ta sama norma IEC, co w Niemczech i wg niej L1 = brązowy.

http://sklep.pkn.pl/pn-en-60445-2011e.html

pako
Użytkownik
pako

Świetnie się to czytało 😀 czekam na kolejną część

slayer74
Gość
slayer74

Przydatna zasada w praktyce z dawnych lat: kiedyś przy 380V napięcia międzyfazowego można było przyjąć że prąd fazy w urządzeniu trójfazowym jest większy dwa razy niż całkowita moc urządzenia np. 5kW moc = ok. 10 A prąd płynący każdym przewodem fazowym. Poniżej link do kalkulatora
https://www.prs.pl/dzialalnosc-badawczo-rozwojowa/programy-obliczeniowe/kalkulator-mocy-i-pradu-w-ukladach-trojfazowych.html
Przykład
przy napięciu 380V, cos fi =0.8, moc urządzenia 5 prąd 9.5A
przy napięciu 400V, cos fi =0.8, moc urządzenia 5 prąd 9.02A

kamil
Gość

”Wszystkie trzy fazy naraz wykorzystujemy głównie do zasilenia:

1. Gniazd trójfazowych
2. Płyt grzewczych / indukcyjnych
3. Trójfazowych przepływowych ogrzewaczów wody itp”
Z pierwszym twierdzeniem się zgadzam. Z pozostałemi twierdzeniami już się nie zgadzam.
Twierdzenie drugie ”płyty grzewcze i indukcyjne” są rzeczywiście na trzy fazy ale po to by obciążenie poszczególnych faz było w miare równe.Napięcie podawane na poszczególne elementy wynosi 230V.
Twierdzenie trzecie ”Trójfazowych przepływowych ogrzewaczów wody itp ”. Z reguły są to trzy osobne elementy kazdy na napięcie 230V. TRZY fazy jednocześnie wykorzystują silniki trójfazowe gzie na tabliczce znamionowej slinika jest napisane 3X400V

Tomasz
Gość
Tomasz

A co z kablem L3? Czemu nie nałożono go na wykres? I czemu mówimy że 400v to napięcie trójfazowe skoro do uzyskania go wystarczą tylko dwie fazy L1 i L2?

Kamil
Gość
Kamil

400 V to napięcie międzyfazowe. To znaczy, że między L1 i L2 mamy 400 V miedzy L2 i L3 mamy 400 V i między L1 i L3 też mamy 400 V. Autor przedstawił to akurat na przykładzie faz L1 i L2.

Adrian
Gość
Adrian

Pytanie zasadne, skoro mamy 3 fazy, pokazano zastosowanie dwóch, to przydałoby się też wiedzieć, jakie korzyści mamy z 3. Bo to że między wszystkimi fazami mamy takie samo napięcie, to rzecz oczywista po przeczytaniu tego artykułu, jednak dlaczego potrzebujemy 3 zamiast 2, nie jest wyjaśnione.

Pawel
Gość
Pawel

swietny blog! Przyjemnie sie czyta i bardzo dobrze wyjaśniane poszczególne kwestie

Marcin
Gość
Marcin

Ogólnie przyjęta kolorystyka przewodów to BCS czyli brązowy L1, czarny L2, szary
L3. W praktyce nie ma to żadnego odzwierciedlenia, różnie z tym bywa producenci osprzętu trzymają się jednak tej zasady. W większych zakładach produkcyjnych prawidłowa kolejność powinna być zachowana, żeby oszczędzać cierpliwość elektryków;)(zmiana faz przy silnikach trójfazowych)

jahu
Gość
jahu

Co sie stanie jak zewre trzy fazy? Zwarcie trojfazowe czy potencjaly sie wyrownaja (bo kazdy przesuniety o 120).

Kamil
Gość
Kamil

Wtedy będziesz miał połączenie w gwiazdę.

mareczek
Gość
mareczek

Nastąpi zwarcie międzyfazowe. Potencjały będą dążyły do wyrównania, ale przeszkadzać im będzie siła elektromotoryczna sieci energetycznej 😉

Borys
Gość
Borys

Nadal nie wiem dlaczego siła :/ 0/10

Sebastian
Gość
Sebastian

Bardzo dobry artykuł, tylko mam uwage co do kolorystyki. Dlaczego autor pisze, że L1 to czarna, skoro w każdym pięcio żyłowym przewodzie mamy kolejność brązowy, czrny szary itd. Czy są jakieś normy, które o tym mówią

Kacper
Gość
Kacper

Od najcięmniejszych czyli czarny brązowy szary 😉

Patryk
Gość
Patryk

Z tego co mi wiadomo nie ma normy mówiącej o przypisywaniu konkretnego koloru do konkretnej fazy. U mnie w firmie stosuje się zawsze: L1 – brązowy, L2 – czarny, L3 – szary.

krzysztof
Gość
krzysztof

Długo czekałem na ten wątek i z jeszcze większym zaciekawieniem czekam na dalszą jego część.
Wielki szacunek dla autora.

Qqq
Gość
Qqq

Nareszcie cos na co czekalem. Mialem niezla zagwozdke jak zastanawialem sie nad ogrzrwaczem wody podlaczanym do 3faz. Wydedukowalem wtedy ze sa tam 2 obwody 400v i jedna z faz mozna podlaczyc do przekaznika priorytetowego.