Линейное напряжение в электротехнике¶

Линейное напряжение — это напряжение между двумя фазными (линейными) проводниками трёхфазной электрической сети. В отличие от фазного напряжения, измеряемого между фазой и нулевым проводником, линейное напряжение характеризует разность потенциалов между парами фаз и всегда превышает фазное в √3 (примерно 1,732) раза.

¶Соотношение линейного и фазного напряжений

В трёхфазной сети переменного тока различают два базовых понятия напряжения:

• Фазное напряжение (Uф) — между фазным проводником и нулевым (нейтралью).
• Линейное напряжение (Uл) — между двумя фазными проводниками.

Для симметричной трёхфазной сети соединения обмоток «звезда» справедливо соотношение:

Uл = √3 × Uф ≈ 1,732 × Uф

Это следствие геометрического (векторного) сложения фазных напряжений, сдвинутых относительно друг друга по фазе на 120°. При соединении обмоток генератора или трансформатора «треугольником» линейное напряжение равно фазному: Uл = Uф.

¶Номинальные значения в сетях

В бытовых и распределительных электрических сетях России и большинства стран Европы применяются стандартные пары напряжений:

Таким образом, привычное «380 вольт» — это именно линейное напряжение трёхфазной сети с фазным напряжением 220 В. Соотношение 220 × 1,732 ≈ 381 В объясняет небольшое расхождение с номинальным значением 380 В, принятым по стандарту ГОСТ 29322-2014 «Напряжения стандартные».

¶Системы распределения

В трёхфазных сетях различают системы заземления TN, TT и IT, определяющие способ соединения нейтрали с землёй. В России в распределительных сетях напряжением до 1 кВ преимущественно применяется система TN-S или TN-C-S, где нулевой защитный и нулевой рабочий проводники разделены (или объединены на участке) от подстанции до потребителя. Линейное напряжение 380 В подаётся на вводной распределительный щит, а фазное 220 В — к отдельным однофазным потребителям (розеткам, освещению).

¶Измерение линейного напряжения

Для измерения линейного напряжения вольтметр подключается непосредственно между двумя фазными клеммами (например, L1–L2, L2–L3 или L3–L1). В трёхфазной сети существует три линейных напряжения: U12, U23 и U31. При симметричной нагрузке их модули равны, однако при несимметричной нагрузке возможны отклонения, что является одним из признаков нарушения баланса сети.

В промышленности и энергетике для измерения и учёта электроэнергии применяются трёхфазные счётчики и измерительные трансформаторы напряжения (ТТН), которые понижают высокое линейное напряжение до безопасного уровня (обычно 100 В) для подключения к приборам учёта и защиты.

¶Применение

Линейное напряжение используется для питания:

• трёхфазных электродвигателей (насосов, вентиляторов, станков, компрессоров);
• промышленного нагревательного оборудования (электропечей, ТЭНов, индукционных нагревателей);
• сварочных аппаратов;
• преобразовательной техники (выпрямителей, частотных преобразователей, ИБП);
• распределительных трансформаторов подстанций.

Однофазные потребители подключаются к одной фазе и нулю, получая фазное напряжение 220 В. Для равномерного распределения нагрузки между фазами в многоквартирных домах и на объектах освещение и розеточные группы распределяются по разным фазам трёхфазного ввода.

¶Трёхфазные системы переменного тока

Трёхфазная система переменного тока была разработана в 1880-х годах. В России одним из пионеров внедрения трёхфазных систем был инженер М. О. Доливо-Добровольский, предложивший в 1889 году схему «звезда — треугольник» и разработавший конструкцию асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Именно трёхфазная система обеспечила эффективную передачу электроэнергии на расстояние и стала мировым стандартом.

¶Меры безопасности

Работы с линейным напряжением 380 В и выше относятся к работам повышенной опасности и требуют применения средств индивидуальной защиты (диэлектрических перчаток, инструмента с изолированными рукоятками), а также соблюдения правил технической эксплуатации электроустановок потребителей (ПТЭЭС). Прикосновение к токоведущим частям под линейным напряжением смертельно опасно, поскольку ток проходит через тело человека между двумя фазами или между фазой и землёй.

Источники:

• ГОСТ 29322-2014. Напряжения стандартные.
• Правила устройства электроустановок (ПУЭ), 7-е издание.
• Доливо-Добровольский М. О. Трёхфазный ток и трансформаторы.
• Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники.