Обрыв нейтрального провода в несимметричной трехфазной цепи приводит к неравенству

Обновлено: 18.04.2024

Вопрос 9. К чему приведет обрыв нейтрального провода при несимметричной нагрузке?

б) к неравенству фазных напряжений приемника ( и токов в фазах нагрузки).

Вопрос 10. Как изменяется напряжение при обрыве одной фазы в четырехпроводной и трехпроводной сетях?

Ответ 10 а) При обрыве одной фазы (например обрыв фазы а) в четырехпроводной сети фазные напряжения _а, _b, _C останутся прежними, а ток в нейтральном проводе измениться:

б) При обрыве одной фазы (например обрыв фазы а) в трехпроводной сети фазные токи и напряжения изменятся, при этом независимо от предыдущего состояния цепи токи будут равны:

напряжения будут равны :

_b= İ_b·Z_b ; _c= İ_b·Zc , _а= _А- _Nn

_b= _c= _BC/2, _а= 3/2 · _BC=3/2 ·U_Ф

Вопрос 11. А) Как изменяется напряжение при коротком замыкании фазы в трехпроводной сети?

б) К чему приведет короткое замыкание фазы в четырехпроводной сети?

Ответ 11.1. .Короткое замыкание фазы (например фазы «а») в трехпроводной сети приведет к:

1) Фазное напряжения U_а =0.

2) При замыкании фазы «а» и одинаковой нагрузки двух других фаз (то есть при соединении начала нагрузки фазы А с нулевой точкой нагрузки) точка n перемещается в точку А (рис. 9). Фазное напряжение _а становится равным нулю, ток İ_a увеличивается, а фазные напряжения _b и _c становятся равными линейным. При этом вектора U_C и U_СА будут параллельны, а вектора U_b и U_AB будут направлены встречно, U_C = U_СА , U_b = - U_AB.

Ответ 11.2. Короткое замыкание фазы (например фазы «b») в четырехпроводной сети приведет:

1) К замыканию генератора фазы «b», при этом ток короткого замыкания будет ограничен только внутренним сопротивлением генератора фазы «В» Z_int. и сопротивлением линейного и нейтрального проводов.

2) Фазное напряжения U_b станет равным 0.

3) Фазные напряжения U_а и U_c нагрузок не изменятся.

Вопрос 12. К чему приводит обрыв линейного провода в трехфазной установке а) четырехпроводной и б) трехпроводной систем?

Ответ 12 а) В четырехпроводной системе – к изменению тока в нейтральном проводе. Напряжения не изменяются.

б) В трехпроводной системе при обрыве фазы А сопротивление Z_b и Z_c окажутся соединенными последовательно и включенными на линейное напряжение Ů_BC_.

Разность потенциалов между А и n увеличится, а фазные напряжения _b и _c станут равными половине линейного _BC_.

Вопрос 13. Как измеряют мощность трехфазной несимметричной нагрузки в четырехпроводной системе?

Ответ 13. В этом случае применяют три однофазных ваттметра, каждый из которых подключается на соответствующее фазное напряжение и соответствующий фазный ток. Активная мощность системы равна алгебраической сумме показаний трех ваттметров (рис.12).

Вопрос 14. В каких случаях используется метод измерения мощности двумя ваттметрами?

Ответ 14. Этот метод применяют при несимметричной нагрузке без нейтрального провода. Сумма показаний двух ваттметров при этом определяет активную мощность всей системы независимо от того, в звезду или треугольник соединена нагрузка.

***)треугольник нагрузки всегда может быть преобразован в эквивалентную звезду.

Вопрос 15. Написать уравнения для активной, реактивной и полной мощностей при симметричной и несимметричной нагрузках.

Обрыв нуля в трехфазной сети – почему может возникнуть и какие последствия.

В данной статье будем разбираться с очень неприятной ситуацией, которая может возникнуть в результате обрыва (отгорания) нулевого рабочего провода. По факту, это аварийный режим работы трехфазной электросети, и в случае несимметричной нагрузки, на подключенных к данной сети однофазных потребителях возникает напряжение значительно ниже либо наоборот значительно превышающее номинальное напряжение однофазной сети.

В итоге, нагрузка очень редко бывает симметричной (равной).

Рассматриваем схему, разъясняющую данный процесс.

Ситуация штатная, когда все находится в рабочем состоянии.

При измерении вольтметром:

-напряжение между фазами будет 380 вольт (линейное напряжение)

-напряжение между фазой и нейтралью будет 220 вольт

Все как нужно, все параметры в норме.

Теперь ноль отсоединился (оторвался) рассматриваем схему.

Получили классическую схему – треугольник. На потребителей уже будет поступать не фазное и линейное напряжение. При этом напряжение может находиться в диапазоне от 0 до 380 вольт. А также, понятно что напряжение зависит от сопротивления потребителей. В результате повышения уровня напряжения, электрические приборы где будет превышение напряжения выйдут из строя.

Чтобы обезопасить себя от такой аварийной ситуации используют:

- Реле контроля напряжения (например, RNPP-311M)

- повторное заземление нулевого проводника

Реле контроля напряжения предназначено:

–для контроля допустимого уровня напряжения;

–для контроля правильного чередования и отсутствия слипания фаз;

–для контроля полнофазности и симметричности сетевого напряжения (перекоса фаз);

–для отключения нагрузки при некачественном сетевом напряжении;

–для контроля качества сетевого напряжения после отключения нагрузки и автоматического включения ее после восстановления параметров напряжения;

–для индицирования аварии при возникновении аварийной ситуации и индикации наличия напряжения на каждой фазе.

Понятно, что заземление должно быть качественным и соответствовать нормам.

Так что, к электричеству нужно относится с уважением и знанием.

Спасибо, что дочитали. Буду рад вашей поддержке в виде лайка и подписки на канал. И смотрите другие публикации на канале.

Совершенно не важно проживаете вы в частном доме или в квартире, трехфазная у вас сеть или однофазная при обрыве нуля питающей сети и при отсутствии должной защиты вы рискуете стать жертвой подобной аварии.

В данной статье мы разберемся с тем, что происходит при обрыве нуля, откуда в однофазной розетке может появиться 380 Вольт, а так же по каким причинам может произойти обрыв нуля и как от этого защититься.

2. Почему при обрыве нуля повышается напряжение?

Что бы ответить на этот вопрос разберемся с тем как устроена наша электросеть и как в нее подключаются электроприборы.

Именно по такой схеме подключается все электрооборудование в квартирах и частных домах.

Рассчитать общий ток при параллельном подключении можно по формуле:

I=U/R

Из этой формулы видно, что ток в сети обратно пропорционален сопротивлению, т.е. чем выше сопротивление тем ниже ток и наоборот.

Каждый электрический прибор будь то простая лампочка или микроволновая печь имеет свое электрическое сопротивление, причем чем мощнее прибор тем меньше его сопротивление.

Общее сопротивление сети при параллельном подключении определяется по формуле:

При подключении двух резисторов:

При подключении трех и более резисторов:

R_сети=(600*300)/(600+300)=200 Ом

А теперь добавим в нашу сеть третью лампочку мощностью 75 Ватт с сопротивлением R₃= 600 Ом, тогда:

1/R_сети=1/600+1/300+1/600 ➜ 1/R_сети=0,0017+0,0033+0,0017,

отсюда находим общее сопротивление сети:

R_сети=1/(0,0017+0,0033+0,0017)=149 Ом

Как видно из данного расчета при подключении третьей лампочки общее сопротивление сети уменьшилось.

ВЫВОД №1: Чем больше в сеть параллельно подключено электроприемников тем ниже будет ее общее сопротивление.

При последовательном подключении ток протекающий в цепи имеет одинаковую величину на всем ее протяжении (т.е. через обе лампочки протекает одинаковый ток вне зависимости от их мощности)который рассчитывается по той же формуле, что и при параллельном подключении:

Однако общее сопротивление сети при последовательном подключении определяется как сумма сопротивлений всех подключенных электроприемников:

Напряжение сети при последовательном подключении в нее электроприборов разделяется между этими электроприборами пропорционально их сопротивлению. Рассчитать напряжение на каждом приборе можно по следующей формуле:

U_{электроприемника} = I_сети*R_{электроприемника}

Как видно из этой формулы, напряжение на электроприемнике прямо пропорционально его сопротивлению.

Для наглядности произведем расчет напряжения на двух подключенных последовательно в сеть 220 Вольт лампочках мощностью 75 Ватт (сопротивление одной лампочки R=600 Ом) (рис. 1)

В этом случае общее сопротивление сети будет равно:

R_сети= R_{лампочки №1} + R_{лампочки №2}=600+600=1200 Ом

Ток сети будет равен:

Тогда напряжение на лампочке будет равно:

U_{лампочки} = I_сети*R_{лампочки}=0,183*600=110 Вольт

Так как сопротивление (мощность) обоих лампочек одинаково напряжение сети разделится между ними поровну.

Таким образом выполняется подключение лампочек в гирляндах, например, если взять десятивольтовые лампочки одинаковой мощности то подключив 22 таких лампочки последовательно в сеть 220 Вольт на каждой лампочке будет как раз 10 Вольт (220Вольт/22лампочки=10Вольт на каждую лампочку), однако если перегорит одна лампочка цепь разорвется и вся гирлянда погаснет.

Теперь представим, что мы заменили одну из лампочек на лампочку мощностью 150 Ватт, сопротивление которой соответственно будет R_{лампочки №2} =300 Ом (рис. 2)

Тогда общее сопротивление сети будет равно:

R_сети= R_{лампочки №1} + R_{лампочки №2}=600+300=900 Ом

Ток сети будет равен:

Тогда напряжение на лампочке №1 (75 Ватт) будет равно:

U_{лампочки №1} = I_сети*R_{лампочки №1}=0,2444*600=147 Вольт

А напряжение на лампочке №2 (150 Ватт) составит:

U_{лампочки №2} = I_сети*R_{лампочки №2}=0,2444*300=73 Вольта

То есть менее мощная лампочка будет получать большее напряжение и соответственно ярче гореть.

Ну и наконец разберемся почему при обрыве нуля в вашей розетке может появиться 380 Вольт, для этого представим обычную схему подключения квартир в многоквартирном жилом доме (аналогичным образом подключаются так же и частные жилые дома к линиям электропередач):

На схеме представлено подключение трех квартир, т.к. нагрузка по фазам должна разделяться равномерно все квартиры подключены на разные фазы, при этом во всех трех квартирах общий ноль.

Теперь посмотрим что происходит в электросети при обрыве нуля (для большей наглядности и упрощения расчетов представим, что жильцы квартиры №3 уехали в отпуск предусмотрительно отключив все электроприборы в квартире):

На приведенной выше схеме видно, что при обрыве нуля первая и вторая квартиры оказались подключены последовательно в сеть 380 Вольт, ток в этом случае протекает уже не от фазы к нулю, а от фазы к фазе.

Как уже было сказано выше, при последовательном подключении в сеть электроприборов, на менее мощные электроприборы выделяется большее напряжение (вывод №2). Если бы общая мощность включенных в сеть электроприборов в квартире №1 была равна мощности включенных в сеть приборов в квартире №2, то напряжение между квартирами поделилось бы поровну, т.е. по 190 Вольт на квартиру, однако на практике такого как правило не бывает.

В нашем случае у жильцов в квартире №1 в сеть включены только компьютер, телевизор и одна лампочка общей мощностью 475 Ватт в то время как в квартире №2 в сеть включены: стиральная машина, электропечь, и 2 лампочки общей мощностью 3950 Ватт следовательно, т.к. общая мощность квартиры №1 значительно ниже, напряжение в электросети квартиры №1 будет намного выше.

После выхода из строя последнего электроприбора в квартире №1 электрическая цепь будет разорвана (ток перестанет протекать), при этом напряжение в электросети квартиры №2 станет равным нулю, а замерив напряжение в розетке квартиры №1 мы увидим 380Вольт.

Причины обрыва нуля.

Можно выделить несколько причин обрыва нуля:

1) Некачественное и не своевременное техническое обслуживание электрощитков (либо его полное отсутствие). Данная проблема особенно остро стоит в многоквартирных жилых домах.

Пример отгорания нуля от нулевой шинки в результате плохо зажатого контактного соединения:

2) Несимметричное распределение нагрузки.

Как уже было написано выше, нагрузка по фазам должна распределяться как можно более равномерно (симметрично).

Как видно из приведенных выше схем, при симметричной нагрузке (когда подключенная мощность на всех трех фазах одинакова) токи взаимоуравновешиваются, в результате ток в нулевом проводе отсутствует, однако при несимметричной нагрузке на фазах в нулевом проводнике протекает так называемый ток уравнивания компенсирующий неравномерность нагрузки, причем чем выше данная несимметрия, тем больше величина тока уравнивания и следовательно выше риск отгорания нуля.

3) Старая электропроводка. Если вам не посчастливилось жить в новостройке, то вполне возможно, что ваш дом проектировался лет 30-40 назад, когда нагрузка среднестатистической квартиры представляла собой пару лампочек и одно радио, в наше время в каждой квартире есть множество энергоемкого оборудования такого как СВЧ печи, электрочайники, электрические печи и т.д., но на такие нагрузки старая электропроводка конечно же не рассчитывалась.

Защита от обрыва нуля

Есть два основных способа защиты от обрыва нуля: повторное заземление нулевого проводника и установка реле напряжения:

Как видно на схеме, при обрыве (отгорании) нуля, ток уравнивания продолжает протекать к контуру заземления, благодаря чему фазное напряжение сохраняется на уровне 220 Вольт. Подробнее о том как выполнить повторное заземление читайте статью: Заземление в частном доме.

Перекос фаз. Причины возникновения и устранение. Защита

Трёхфазная цепь переменного тока как правило состоит из потребителей, подключенных к одной из её фаз. Потребители, в свою очередь, бывают активными и реактивными.

Напомним . Активные – это элементы типа обычного сопротивления. Они преобразуют электрическую энергию в тепловую. Изменений в графиках напряжения и тока при этом не происходит. Реактивные различаются на индукционные - катушки и ёмкостные- конденсаторы. Графики напряжения и тока для этих нагрузок сохраняют синусоидальную форму, но сдвигаются друг относительно друга. В катушках ток «запаздывает» по сравнению с напряжением. В конденсаторах – опережает.

Фазные нагрузки Источник фото Янедкс Фазные нагрузки Источник фото Янедкс

В одну и ту же трёхфазную сеть включают потребителей малой мощности – электрические лампочки и электродвигатели, создающие, особенно при включении, повышенную нагрузку. При этом происходит так называемый «перекос фаз» - увеличение напряжения на недогруженной фазе и снижение на находящихся под повышенной нагрузкой.

Пример из жизни. В момент запуска насоса окислителя на старом 50-х годов прошлого столетия советском ракетном комплексе для изделий 8К- 63, все светильники дружно притухали, и в подземельях стартовой позиции на несколько секунд наступали «сумерки».

Связанные с такими явлениями перекосы фаз неприятны, но кратковременны и опасности, обычно, не представляют. Хуже, если допущены ошибки при распределении нагрузок по фазам. Скажем, на одну из фаз трёхфазной домашней сети подключили сразу несколько мощных потребителей, например 4-х конфорочную варочную панель, на вторую – домашние светильники, третью –оставили «про запас». Воскресный день. Включают все конфорки, готовя семейный обед. Перекос фаз –гарантирован!

В идеальном случае напряжение по фазам распределяется в соответствии с диаграммой. При этом линейные АВ=ВС=АС=380 В и фазные AN=BN=CN= 220 В

Фаза треугольник Источник фото Яндекс Фаза треугольник Источник фото Яндекс

В реальной жизни ситуация иная:

Искаженный треугольник Источник фото Яндекс Искаженный треугольник Источник фото Яндекс

Линейные напряжения по прежнему равны 380 В, а фазные изменяются в значительных пределах. Допустимые отклонения устанавливаются ГОСТ 13109 97 и СП 31 110. Для вводно-распределительных устройств разница нагрузок по фазам не должна превышать 15%, для распределительных щитов – в пределах 30%.

Кроме неравномерного распределения нагрузки по фазам, причиной перекоса могут быть обрыв нейтрали – провода N на диаграммах, и КЗ одного из фазовых проводов на землю. Обрыв нейтрали особо неприятен, поскольку в некоторых случаях может привести к появлению в розетках напряжения в 380 В.

Признаки возникновения перекоса фаз

Основными признаками возникновения такого перекоса является некорректная работа потребителей электричества:

лампочки накаливания светят тускло, светильники дневного света не желают включаться;
утюг и титан греются долго и слабо;
двигатель пылесоса не запускается или с трудом раскручивает вентилятор.

Крайними проявлениями рассматриваемого явления может быть поломка бытовой техники. Особой опасности подвергаются при перекосе фаз устройства, имеющие электронную начинку:

телевизоры;
стиральные машины-автоматы;
компьютеры.

Отрицательно сказывается перекос фаз и на работе автономных генераторов электроэнергии. Здесь, как минимум, будет наблюдаться перерасход топлива. Соответственно повышается нагрузка на привод генератора, и ускоряется его износ.

Проверить силу тока на каждой из фаз можно при помощи токовых клещей

Токовые клещи. Источник фото Яндекс картинки Токовые клещи. Источник фото Яндекс картинки

Результаты измерений позволят сделать профессиональный вывод о наличии перекоса фаз.

Устранение перекоса фаз

Устраняют перекос фаз правильным перераспределениям нагрузок по фазам. Учитывать следует не только мощность подключаемых потребителей, но и график включения, а также вероятность одновременной работы. В случаях обрывов и т. п. повреждений сети – их следует устранять.

Способы защиты от перекоса фаз

Перекос фаз может возникнуть не только вследствие причин, находящихся внутри сети потребителя. Не исключено получение этого «счастья» извне, т. е. от поставщика электроэнергии. Существуют различные способы защиты от вызываемых им неприятностей:

1. Реле контроля фаз. Устанавливается оно после трёхфазного счётчика, и подключается по приводимой схеме

Трехфазный счетчик. Источник фото Яндекс Картинки Трехфазный счетчик. Источник фото Яндекс Картинки

Указанное реле в состоянии:

контролировать амплитуду тока;
проверять очерёдность подключения фаз;
обнаруживать обрывы на фазах;
отслеживать появление перекоса, отключая оборудование при его появлении.

2. Стабилизаторы напряжения – трёхфазные или однофазные – на каждую фазу. Второй вариант бывает предпочтительней, поскольку сохраняет питание по двум или одной фазе при отключении прочих. Среди многих производителей соотношением «цена-качество» выгодно отличаются стабилизаторы итальянского производителя ORTEA, выпускающего подобную продукцию с середины 60-х годов минувшего столетия. Штаб-квартира фирмы находится в Италии. Там же – основные производственные мощности и научно-конструкторские подразделения. В изделиях широко используются комплектующие известных европейских брэндов. Серьёзное внимание уделяется техническому дизайну, что делает стабилизаторы не только надёжными, но и красивыми. На рынке Российской Федерации изделия фирмы представлены модельными рядами однофазных стабилизаторов «Atlas», «Vega», «Antares», «Gemini», «Saver» предназначенными для использования в быту и трёхфазных «Orion», «Sirius», «Aquarius», «Odyssey» - для производственных потребителей. Мощность предлагаемых стабилизаторов – от 5 до 6000 кVА. О качестве электротехнической продукции ORTEA свидетельствует готовность страховых компаний страховать подключаемое к ним оборудование на сумму до 3000000 рублей. Бонусом для покупателя служит то, что страховой договор заключается за счёт поставщика! К неоспоримым достоинствам стабилизаторов ORTEA относятся:

устойчивость к помехам;
быстрый и точный отклик на изменение входного напряжения;
способность продолжать работу в случае перегрузки
возможность функционирования при отрицательных температурах воздуха – до - 25°С.

3. Использовать специальный трёхфазный стабилизатор, выравнивающий напряжение по фазам. Такой трансформатор называется «симметрирующим» .

Трансформатор. Источник фото Яндекс Картинки Трансформатор. Источник фото Яндекс Картинки

Его применение позволяет:

· равномерно распределить нагрузки между фазами;

· поддерживать заданное значение напряжения по фазам;

· преобразовывать трёхфазную сеть в однофазную;

· в случае трёхпроводной трёхфазной сети, превращать её в четырёхпроводную, вводя рабочий нулевой провод для подключения потребителя на фазу;

· снятие до 50% имеющейся мощности трёхфазной сети на одну фазу;

· при наличии ограничениях по мощности источника электроснабжения, подключать потребителей повышенной мощности.

Почему «горят» нули?

С таким понятием, как «отгорание нуля», так или иначе сталкивались многие. Кто не сталкивался, тот слышал такие слова. Эта тема периодически поднимается на тематических порталах и форумах, а по данным «Yandex Wordstat» об этом спрашивают в среднем 500 раз в месяц. Поэтому мы решили затронуть тему отгорания нуля в трёхфазной сети.

Что это такое?

Для начала разберем, что такое фаза и ноль с точки зрения потребителя. В однофазной цепи фазой называется провод, на котором находится какой-либо потенциал, а нулем — провод, на котором его нет, а, правильнее сказать, провод потенциал, на котором равен потенциалу земли. Это справедливо в сетях с глухозаземленной нейтралью, собственно, от которых мы и получаем заветные 220 вольт в наши дома.

Есть и другое определение: фаза – это провод, по которому ток приходит к потребителю, а ноль – это второй провод, по которому ток возвращается обратно к питающему трансформатору или генератору.

В однофазной сети нет причин отгорать только нулю или фазе, поскольку они находятся в равных условиях. Но что мы имеем на практике? Однофазных сетей нет как класса, все дома и квартиры подключаются к трёхфазной сети, поэтому рассмотрим трёхфазную нагрузку.

На приведенном рисунке вы видите трёхфазную нагрузку, подключенную по схеме «звезда», где в одной точке соединен один из выводов нагрузки в каждой фазе. Токи в каждой из фаз сдвинуты друг относительно друга на 120 градусов или на треть периода. В идеальном случае, если выполняется условие R1=R2=R3 токи компенсируют друг друга, т.е. перетекают только из фазы в фазу, и в нулевом проводе ток равен нулю .

Нагрузка, в которой выполняется условие Z 1 = Z2 = Z3 называется симметричной . (Z — комплексное сопротивление нагрузки)

Такой нагрузкой может быть: трёхфазный электродвигатель, трёхфазный электрокотёл, в котором установлено одинаковое количество одинаковых по мощности ТЭНов и прочее. Так как ток через нулевой провод не протекает, такая нагрузка может подключаться вообще без него.

Но симметричная нагрузка, чаще всего, это какие-то отдельные системы или устройства. Так как дома и квартиры также подключаются к трёхфазной сети, то нагрузка в ней никак не может быть симметричной, потому что никто не может контролировать: в какой квартире, когда и сколько включится электроприборов… Соответственно в каждый момент времени каждый из потребителей потребляет разный ток.

Такая нагрузка в трёхфазной сети, когда Z1≠Z2≠Z3, называется несимметричной , и векторная сумма токов каждой из фаз в средней точке не равна нулю. Поэтому возникает ток в нулевом проводе, или как его еще называют – уравнивающий или компенсирующий ток.

Величина уравнивающего тока зависит как от разницы токов по фазам, так и от характера его потребления (индуктивный или емкостной), т.е. от сдвига фаз токов и угла между лучами векторной диаграммы и обычно он меньше тока самой нагруженной из фаз.

Стоит отметить и то, что раз ток в нулевом проводе протекает только тогда, когда нагрузка несимметричная, и этот ток почти всегда меньше фазного тока, то и в четырёхжильных кабелях сечение нулевой жилы часто бывает меньшим чем сечения фазных жил.

«И что с этого? Почему отгорит именно ноль, если ток в нем всё равно меньше чем в фазе?» — вполне логичный и правильный вопрос.

Дело в том, что в цепях с простой нагрузкой, вроде нагревательных элементов и лампочек накаливания всё именно так. Но сегодня практически в каждом бытовом приборе, будь то компьютер, телевизор или даже привычная всем светодиодная лампа, используется импульсный источник питания. Такое положение дел обостряется с начала 90-х годов, когда импульсные источники питания стали применяться всё чаще и чаще.

Ток, который потребляет из сети простой импульсный источник питания неравномерный, то есть он не повторяет по форме синусоиду, характер потребления здесь также импульсный и, если упростить, во многих случаях приходится на область периода синусоиды в районе амплитудного значения.

Нагрузку ток которой по форме отличается от формы питающего напряжения (в нашем случае синусоиды) называют нелинейной .

Примеры нелинейных нагрузок, из-за которых может возрасти ток в нулевом проводнике (если в составе их источников питания корректора коэффициента мощности): газоразрядные лампы, светодиодные лампы, дуговые и индукционные печи, трансформаторы, работающие в режиме насыщения, компьютеры, мониторы, оргтехника, телевизоры, инверторные кондиционеры, источники бесперебойного питания, микроволновые печи, импульсные блоки питания, инверторы, преобразователи частоты, электродвигатели с регуляторами скорости вращения (инверторами).

Почему так происходит? Так как форма тока, потребляемого нелинейной нагрузкой, значительно отличается от чистой синусоиды, то её можно представить в виде суммы, синусоид кратных частоте питающего напряжения (50 Гц, 100 Гц, 150 Гц, 200 Гц….) это называется гармониками, а с ростом частоты их амплитуда уменьшается. Влияние на амплитуду тока нелинейной нагрузки вносят гармоники, кратные третьей, остальные компенсируются.

В результате такого потребления, ток в нейтральной средней точке не компенсируется, и как следствие возрастает ток в нулевом проводе к тому же он суммируется с и без того имеющимся уравнивающим током до и больше наибольшего значения тока в трёх фазах, что и формирует благоприятные условия для отгорания нуля, особенно если по стояку проложен кабель, в котором нулевой провод имеет меньшее сечение.

Из-за влияния гармоник действующее значение тока в нейтральном проводе может быть больше, чем в фазных. Это может быть даже в том случае, если токи в фазных проводах одинаковы, не смотря на сказанное выше о симметричной нагрузке. Из-за влияния гармоник действующее значение тока в нейтральном проводе может быть больше, чем в фазных. Это может быть даже в том случае, если токи в фазных проводах одинаковы, не смотря на сказанное выше о симметричной нагрузке.

Одно из основных решений рассмотренной проблемы — это использовать корректор коэффициента мощности в схемотехнике импульсных блоков питания . Корректор коэффициента мощности ( ККМ ), или как еще их называют в англоязычных источниках Power Factor Corrector ( PFC ) — это отдельный каскад в схеме блока питания. Выбор схемы и необходимость установки ККМ зависит от потребляемой устройством мощности и его конечной стоимости, например, в компьютерных блоках питания среднего ценового сегмента уже можно встретить активные ККМ, особенно в мощных моделях (550, 600 и более ватт) тогда как в не во всех бюджетных блоках питания можно НЕ найти не то чтобы корректор коэффициента мощности, но и элементарный фильтр электромагнитных помех на входе.

Есть и другие способы решения этой проблемы, например, использования разделительных понижающих трансформаторов, первичная обмотка которых подключается к линейному напряжению трёхфазной сети или трёхфазные online источники бесперебойного питания, но такие решения возможны лишь для питания предприятий с большим числом компьютерной техники и в данном контексте неуместны.

Также при проектировании установки следует выбирать сечение проводов не по фазному току, а согласно ГОСТ Р 50571.5.52-2011:

523.6.2 Если нейтральный проводник пропускает ток, являющийся следствием дисбаланса фазных токов , то увеличение тепловыделения в нейтральном проводнике компенсируется его соответствующим уменьшением в одном или нескольких фазных проводниках. В этом случае сечение всех проводников выбирается по наиболее нагруженному проводу .

Во всех случаях сечение нейтрального проводника должно соответствовать указаниям 523.1.

Последствия

В результате отгорания нуля мы получаем трёхфазную цепь, где несимметричная нагрузка соединена по схеме звезды, но поскольку у нас нет нулевого — уравнивающий ток не протекает. В результате у нас изменяется напряжение на каждой из нагрузки, поскольку фактически каждый из потребителей включается последовательно на линейное напряжение.

И если представить каждую квартиру в виде эквивалентного сопротивления, вычисленного по потребляемому току, то, согласно закона Ома, на том элементе, где больше сопротивление будет большее падение напряжения. Это называется перекосом фаз.

3.5. Несимметричные и аварийные режимы работы трехфазных цепей

Для соединения трехфазной цепи в звезду возможны следующие аварийные режимы работы:

1) обрыв фазы (рис. 3.10);

2) обрыв нулевого провода (рис. 3.11);

3) короткое замыкание фазы при обрыве нуля (рис. 3.12).

4) обрыв фазы и нуля, рис. 3.12.

Для соединения трехфазной цепи в треугольник возможны следующие аварийные режимы:

2) обрыв линейного провода.

Аварийные режимы в нагрузках соединенных звездой

1) При обрыве фазы А , работа нагрузкой не совершается, а остальные нагрузки ( ) свои режимы работы не изменят (рис. 3.13): .

2) Обрыв нулевого провода не всегда вызывает аварию в трехфазных цепях. Если нагрузка симметрична, то обрыв нулевого провода не изменит токов нагрузок, так как для симметричной нагрузки

Для несимметричных нагрузок , и поэтому такой режим может вызвать аварию.

Для того чтобы показать это, используем метод двух узлов:

Напряжение (рис. 3.14) не равно нулю, если нагрузки несимметричны. Фазные токи также будут неодинаковыми.

3) При коротком замыкании фазы А и обрыве нуля напряжение этой фазы равно нулю: , (рис. 3.15).

Нагрузка фазы В увеличится в раз:

Аналогично и в фазе С:

будет увеличен по отношению к исходному в раз.

4) Обрыв фазы и нулевого провода дает:

В оставшихся фазах токи будут одинаковыми, а напряжения на них будут зависеть от сопротивлений нагрузок (рис. 3.16).

Аварийные режимы в нагрузках соединенных треугольником

1) Обрыв фазы.

Ключ к1 замкнут, ключ к2 разомкнут (рис. 3.17). В этом режиме ток в фазе отсутствует, а остальные нагрузки работают как обычно (рис. 3.18). В таком аварийном режиме линейные токи фаз А и В соответствуют фазным токам, а линейный ток фазы С остается таким, каким был прежде.

Обрыв линейного провода. Ключ к1 разомкнут и ключ к2 замкнут (рис. 3.19). Фаза нагрузки с своего режима не изменит, а фазы становятся последовательно соединенными и параллельно подключеннымик линейному напряжению фаз В, С (см. рис. 3.17), то есть цепь становитсяоднофазной. Топографическая и векторная диаграммы в этом случае могут иметьвид, как показано на рис.3.19.

Вопрос 9.К чему приведет обрыв нейтрального провода при несимметричной нагрузке?

б) к неравенству фазных напряжений приемника ( и токов в фазах нагрузки).

_A≠ _а ;_В≠_b;_C≠_c

_а ≠_b≠_c; İ_a≠ İ_b≠İ_c.

Вопрос 10.Как изменяется напряжение при обрыве одной фазы в четырехпроводной и трехпроводной сетях?

Ответ 10а) При обрыве одной фазы (например обрыв фазы а) в четырехпроводной сети фазные напряжения_а,_b,_Cостанутся прежними, а ток в нейтральном проводе измениться:

напряжения будут равны :

_b= İ_b·Z_b ; _c= İ_b·Zc , _а= _А- _Nn

_b= _c= _BC/2, _а= 3/2 ·_BC=3/2 ·U_Ф

Вопрос 11. А) Как изменяется напряжение при коротком замыкании фазы в трехпроводной сети?

б) К чему приведет короткое замыкание фазы в четырехпроводной сети?

Ответ 11.1. .Короткое замыкание фазы (например фазы «а») в трехпроводной сети приведет к:

1) Фазное напряжения U_а=0.

2) При замыкании фазы «а» и одинаковой нагрузки двух других фаз (то есть при соединении начала нагрузки фазы А с нулевой точкой нагрузки) точкаnперемещается в точку А (рис. 9). Фазное напряжение_а становится равным нулю, ток İ_a увеличивается, а фазные напряжения_bи_cстановятся равными линейным. При этом вектораU_C и U_САбудут параллельны, а вектораU_b и U_ABбудут направлены встречно, U_C = U_СА ,U_b = - U_AB.

Ответ 11.2. Короткое замыкание фазы (например фазы «b») в четырехпроводной сети приведет:

1) К замыканию генератора фазы «b», при этом ток короткого замыкания будет ограничен только внутренним сопротивлением генератора фазы «В»Z_int.и сопротивлением линейного и нейтрального проводов.

2) Фазное напряжения U_bстанет равным 0.

3) Фазные напряжения U_аиU_cнагрузок не изменятся.

Вопрос 12. К чему приводит обрыв линейного провода в трехфазной установке а) четырехпроводной и б) трехпроводной систем?

Ответ 12 а) В четырехпроводной системе – к изменению тока в нейтральном проводе. Напряжения не изменяются.

б) В трехпроводной системе при обрыве фазы А сопротивление Z_bиZ_c окажутся соединенными последовательно и включенными на линейное напряжение Ů_BC_.

Разность потенциалов между А и nувеличится, а фазные напряжения_b и_cстанут равными половине линейного_BC_.

Вопрос 13. Как измеряют мощность трехфазной несимметричной нагрузки в четырехпроводной системе?

Вопрос 14. В каких случаях используется метод измерения мощности двумя ваттметрами?

***)треугольник нагрузки всегда может быть преобразован в эквивалентную звезду.

Мощность приемников при любом виде нагрузки

Активная мощность приемников в 3-х фазных цепях равна алгебраической сумме активных мощностей отдельных фаз:

Реактивная мощность приемников в 3-х фазных цепях равна алгебраической сумме реактивных мощностей отдельных фаз:

Полная мощность .

Активная мощность при симметричной нагрузке:

или Р =·U_Л ·I _Л ·cosφ_ф

Реактивная мощность приемников при симметричной нагрузке

Q= ·U_Л I_Л sinφ_ф

Полная мощность приемнико при симметричной нагрузке:

S=·U_Л ·I_Л

Тема № 3. ИССЛЕДОВАНИЕ КАТУШКИ СО СТАЛЬНЫМ СЕРДЕЧНИКОМ

Цель работы: 1) изучить особенности работы катушки со стальным сердечником в цепях переменного тока;

2) снять вольт - амперную характеристику катушки при подключении ее к источнику переменного тока;

3) определить параметры схемы замещения и построить векторную диаграмму катушки с сердечником.

Лабораторная работа проводится на стенде, принципиальная схема которого представлена на рис. 14.

Исследуемый объект - катушка со стальным сердечником L. Стенд питается от регулируемого источника переменного тока промышленной частоты. Измерительные приборы амперметр -РА, вольтметр-PV, ваттметр-PW.

Вопрос9.. К чему приведет обрыв нейтрального провода при несимметричной нагрузке?

б) к неравенству фазных напряжений приемника ( и токов в фазах нагрузки).

Вопрос10. Как изменяется напряжение при обрыве одной фазы в четырехпроводной и трехпроводной сетях?

Ответ10 а) При обрыве одной фазы ( например,обрыв фазы «а» в четырехпроводной сети, фазные напряжения Ů_а,Ů_b,Ů_C останутся прежними, а ток в нейтральном проводе изменится:

б) При обрыве одной фазы ( например обрыв фазы «а» в трехпроводной сети, фазные токи и напряжения изменятся, при этом независимо от предыдущего состояния цепи токи будут равны :

напряжения будут равны :

В случае если Ż_b= Żc, то:

Вопрос11. А) Как изменяется напряжение при коротком замыкании фазы в трехпроводной сети?

б)К чему приведет короткое замыкание фазы в четырехпроводной сети?

Ответ11 1. .Короткое замыкание фазы( например фазы «а») в трехпроводной сети приведет к:

1). Фазное напряжения U_а =0.

2) При замыкании фазы «а» и одинаковой нагрузке двух других фаз (то есть, при соединении начала нагрузки фазы А с нулевой точкой нагрузки) точка А перемещается в точку n.( рис 11.1) Фазное напряжение Ů_а становится равным нулю, ток İ_a увеличивается, а фазные напряжения Ů_b и Ů_c становятся равными линейным. При этом вектора U_C и U_C_А будут параллельны, а вектора U_b и U_AB будут направлены встречно, U_b = ─ U_AB , U_C = U_C_А

Ответ11 2. Короткое замыкание фазы( например фазы «b») в четырехпроводной сети приведет:

2) Фазное напряжения U_b станет равным 0.

3) Фазные напряжения U_а и U_c нагрузок не изменятся.

Вопрос12. К чему приводит обрыв линейного провода в трехфазной установке а)четырехпроводной и б)трехпроводной систем?

Ответ12 а) В четырехпроводной системе – к изменению тока в нейтральном проводе. Напряжения не изменяются.

Разность потенциалов между А и n увеличится, а фазные напряжения Ů_b и Ů_c станут равными половине линейного Ů_BC_.

Вопрос13. Как измеряют мощность трехфазной несимметричной нагрузки в четырехпроводной системе?

Ответ13. В этом случае применяют три однофазных ваттметра, каждый из которых подключается на соответствующее фазное напряжение и соответствующий фазный ток. Активная мощность системы равна алгебраической сумме показаний трех ваттметров.

Вопрос14. В каких случаях используется метод измерения мощности двумя ваттметрами?

Ответ14. Этот метод применяют при несимметричной нагрузке без нейтрального провода. Сумма ( алгебраическая) показаний двух ваттметров при этом определяет активную мощность всей системы независимо от того, в звезду или треугольник соединена нагрузка.

***)треугольник нагрузки всегда может быть преобразован в эквивалентную звезду.

Вопрос15. Написать уравнения для активной, реактивной и полной мощностей при симметричной и несимметричной нагрузках.

Мощность приемников при любом виде нагрузки

Активная мощность приемников в 3-х фазных цепях равнаарифметическойсумме активных мощностей отдельных фаз:

Реактивная мощность приемниковв 3-х фазных цепях равнаалгебраической суммереактивных мощностей отдельных фаз:

Полная мощность .

Активная мощностьпри симметричной нагрузке:

Реактивная мощностьприемников при симметричной нагрузке

Полная мощность приемникопри симметричной нагрузке:

Тема № 4. ИССЛЕДОВАНИЕ КАТУШКИ СО СТАЛЬНЫМ СЕРДЕЧНИКОМ

Цель работы:1) изучить особенности работы катушки со стальным сердечником в цепях переменного тока;

2) снять вольт - амперную характеристику катушки при подключении ее к источнику переменного тока;

3) определить параметры схемы замещения и построить векторную диаграмму катушки с сердечником.

Лабораторная работа проводится на стенде принципиальная схема которого представлена на рис 18.

Читайте также: