Звезда с нулевым проводом

Cтраница 1

Ток нулевого провода, равный геометрической сумме токов трех фаз, при равномерной нагрузке равен нулю. Следовательно, в нулевом проводе ток протекать не будет и надобность в нем отпадает. Так, например, трехфазные двигатели переменного тока включаются в сеть звездой без нулевого провода.  

Так как ток нулевого провода равен сумме линейных токов, то при одинаковой нагрузке фаз суммы токов прямой и обратной систем будут равны нулю и в нулевом проводе будут только токи нулевых систем.  

Электрический ток представляет собой поток электрического заряда. Для большинства устройств с питанием от сети требуется три провода для безопасной работы: живая, нейтральная и заземленная. Сопротивление — это мера того, как трудно протекать ток через компонент схемы. Размер протекающего тока зависит от разности потенциалов, приводящих его в движение, и от количества сопротивления, которое он должен протекать.

Для того, чтобы течь, электрический ток требует. Полная схема, которая толкает ток вокруг цепи. . Обычный ток течет от положительного вывода источника питания к отрицательному терминалу. В проводах заряд переносится отрицательно заряженными электронами. Они могут свободно перемещаться от атома к атому в металлах. Они движутся в противоположном направлении к традиционному току.

Разновидностью проверки является определение тока нулевого провода в схеме полной звезды. Теоретически при симметричной трехфазной нагрузке ток в нулевом проводе должен быть равен нулю. Практически за счет несимметрии первичных токов, несимметрии вторичной нагрузки и неидентичности, характеристик ТТ ток в нулевом проводе обычно не равен нулю.  

Многие устройства, работающие от сети, нуждаются в трех проводах для безопасной работы. Только два провода используются, когда прибор работает правильно. Это живые и нейтральные провода. Живой провод переносит ток на прибор при высоком напряжении. Нейтральный провод завершает цепь и переносит ток подальше от прибора. Третий провод, называемый провод заземления, представляет собой защитный провод и соединяет металлический корпус прибора с землей. Это останавливает неисправность, приводящую к тому, что прибор работает в режиме реального времени.

Как видно из векторной диаграммы, при неполнофазном режиме ток ID нулевого провода может быть достаточно большим. Это приходится учитывать в условиях эксплуатации, так как заземление нулевой точки обычно не рассчитывается на длительное протекание больших токов.  

Если для кабелей с медными жилами сечением 35 ми и более ток нулевого провода составляет более 50 % фазного тока, то сечение гибкого медного провода (перемычки) принимается на одну ступень больше.  

Если возникает ошибка, когда живая проводная связь подключается к корпусу, провод заземления позволяет пропускать большой ток через живые и заземляющие провода. Это перегревает плавкий предохранитель, который тает и разрушает цепь. Такие устройства, как фены, называются «двойной изоляцией», и нет необходимости в заземляющем проводе, потому что корпус изготовлен из непроводящего пластика. Если неисправная живая проволока касается внутренней части пластикового корпуса, существует небольшой риск так как это изолятор.

Например, после прохождения электрической нагрузки электрический ток находится под нулевым давлением, отказавшись от своих вольт. Поэтому нейтральный обратный провод переносит заряд под нулевым напряжением, но все еще есть ток. Если единицы электрической мощности измеряются в ваттах и ​​ватт = вольт х ампер, то поток тока в нулевом вольтах будет равняться нулю единиц электрической энергии, независимо от того, сколько ампер? Поэтому нейтраль — это безопасная проводка для касания по сравнению с горячим электродом, который полностью заряжен. Утонченная аналогия, помогающая понять эти термины, — это система сантехнических труб. Напряжение эквивалентно давлению воды. Ток эквивалентен скорости потока. Кроме того, в нейтральном проводе есть ток, но разность потенциалов между ним и землей очень близка к нулю. Некоторая дополнительная информация для вас. решите прикоснуться к тостеру одной рукой, когда вы будете прислоняться к ободу раковины из нержавеющей стали другой рукой. Вы только что дали «электричество» параллельный путь, чтобы закончить цепь на землю. Он может проходить либо через белый провод или через раковину. Что произойдет, так это то, что большинство будет продолжаться в белом проводе — это хороший проводник. Хороший урок: выключатели 15 ампер и 20 ампер должны защитить ваш дом от сжигания. Они не защищают вас от поражения электрическим током. Провод заземления защищает вас от короткого замыкания и отключения выключателя, если шасси должно быть подключено к горячему. Земля и нейтраль будут соединены в некоторой точке от вас. Один из них состоит в том, что он должен быть проводником непрерывности — это код. Обычно электрический диапазон использует 240 вольт. о том, что вы думаете о том, что происходит с белым проводом, равным нулю вольт в конце тостера. Если черное или красное питание на одной стороне тостера выходит из тостера обратно в нейтральное положение, не имеет значения, какой цвет подходит для провода из тостера. Если вы возьмете зубчик, выходящий из тостера, на землю одной рукой и коснитесь заземленной розетки другой рукой, тогда вы поместите себя в цепь с тостером. Ваша высокая сопротивляемость тела должна препятствовать тому, чтобы вы плохо себя чувствовали или быстро готовили. Если это расстояние велико или потенциальный градиент в земле большой, тогда все еще может быть достаточно большая разность потенциалов между нейтральным проводом и вашими ногами, чтобы быть летальным. Мы обсуждаем использование жилья так, как и было бы. Примечание. Все нейтральные провода должны быть привязаны к заземленной шине внутри служебной панели. Проблема в том, что вам нужно убедиться, что нейтраль действительно нейтральна, прежде чем вы ее касаетесь. Никогда не принимайте ничего с электричеством. Используйте известный хороший измерительный прибор, чтобы проверить, прежде чем прикасаться к чему-либо. «Отверстие в вашей теории» — это ваше предположение о том, что все падение напряжения происходит во всей нагрузке, и поэтому нет падения напряжения на горячих и нейтральных проводах. Вместо «всего» это подавляющее большинство. Это может помочь рассмотреть традиционный тостер, используя высокопрочные провода для производства тепла. Полный путь от вашего выключателя имеет сопротивление горячего провода, сопротивление тостера и сопротивление нейтрального провода все последовательно. Напряжение падает равномерно по объединенному сопротивлению. Большая часть падения напряжения происходит через высокое сопротивление тостера, но все еще есть небольшие падения напряжения на горячих и нейтральных проводах. Мы обсуждаем использование в жилых помещениях, поэтому оно будет заземлено в панели выключателя. Используйте известный хороший измерительный прибор, чтобы проверить, прежде чем прикасаться к чему-либо. Нейтраль и земля могут соединяться только с основной панелью, поэтому их нельзя склеивать на дополнительной панели. Это означает, что напряжение на выходе выше нуля. Этот недостаток также приведет к выделению тепла на неисправном стыке, но это тепло может быть настолько малым, что оно остается необнаруженным, тогда как напряжение на выходе из такой нейтральной линии может быть достаточно высоким, чтобы вызвать травму. Даже без таких дефектные соединения, нейтральный провод имеет ненулевое сопротивление, и, таким образом, когда он переносит ток, он всегда будет немного выше нуля вольт на выходе. Сколько выше зависит от многих факторов, поэтому снова будьте осторожны и никогда не предполагайте, что это достаточно близко к нулю, чтобы быть безвредным. Это имеет два эффекта для безопасности пользователя: во-первых, это гарантирует, что даже в этом ненормальном случае напряжение на заземленной внешней поверхности устройства настолько низкое, что оно вряд ли приведет к травме; во-вторых, обычным результатом такой неисправности является то, что ток, который течет, настолько велик, что он отключает подачу питания выключателя через горячий провод, тем самым полностью останавливая весь ток и устраняя опасное ненормальное состояние. Более низкая функция заземления с надежным состоянием нулевого напряжения и хорошей проводимостью к истинной земле. Земля заключается в том, что ее можно использовать в электронных устройствах в качестве надежного заземления на шасси и в определенной цепи. Точки заземления, такие как экранирующие соединения. Это может направлять очень маленькие индуцированные шумовые сигналы на линиях на землю так, чтобы они были эффективно удалены с устройства и не мешали его спокойной правильной работе. Если вы должны были отключить его и измерить с помощью вольтметра, на двух концах будет напряжение. Он также соединен с землей. Именно тогда нарушается основная нейтраль. Он по существу ставит обе 120-футовые «ноги» последовательно друг с другом, и в зависимости от нагрузки могут произойти действительно странные вещи. Тяговое электрическое тяговое устройство можно разделить на жесткий, электрический и движущийся электропривод, который является частью тягового транспортного средства.

К задаче 5 — 1.  

Обрыв нулевого провода не влияет на работу цепи, так как ток нулевого провода равен нулю.  

На одну из первичных обмоток с числом витков w подается фазный ток, а на другую с числом витков / з w i — ток нулевого провода. Наличие второй первичной обмотки с числом витков 11 / з w i необходимо для компенсации токов нулевой последовательности.  

Рисунок 42 — Передача верхнего конвейера. Тяговые линии, используемые для распределения электроэнергии и электрических транспортных средств, в основном управляются тележкой и обратным каналом. На практике существует два типа троллейных линий — простые и цепные. В случае простого воздуховода тросовые проушины изолированы по прямой линии на поднутрениях. Второй тип — цепная пила, в которой тележка нагружена несущей цепью, которая является цепной связью. Высота тележки регулируется с помощью троса. Этот тип линии используется на железной дороге.

В симметричных трехфазных системах ток нулевого провода равен нулю. На практике при неидеальной симметрии ток нулевого провода хотя и отличен от нуля, но остается значительно меньше токов фаз. Поэтому возможность выбора меньшего сечения нулевого провода в сравнении с сечением фазных проводов приводит к более эффективному использованию токопроводящих материалов в трехфазных системах.  

Основными элементами линии контактных контактов являются троллейные провода, несущие канаты и линии армирования. Тележка имеет свою характерную форму, которая исходит от круглого обода, оборудованного двумя боковыми возвышениями. Детали контакта тележки очевидны сбоку. Конструкция боковой линии контакта служит для надежного и надежного крепления зажимов, удерживающих проводников, чтобы предотвратить их заклинивание транспортного средства. В большинстве случаев накладные расходы в сторону. Это чистая швабра или муп, дополненная потоками, кадмием или хобби.

В схеме дифференциальной защиты (рис. 13.10, в) применен один трансформатор тока нулевой последовательности TAZ. Ток в реле КА пропорционален разности магнитного потока, создаваемого токами фазных проводов, и потока, создаваемого током нулевого провода. При внешних коротких замыканиях на землю эта разность близка к нулю и ток в реле недостаточен для срабатывания защиты. В случае повреждения на землю в зоне действия защиты магнитные потоки суммируются, ток в реле превышает ток срабатывания и защита отключает генератор.  

Такие композиции служат для увеличения прочности и износостойкости. В зависимости от тяговой системы и предполагаемой текущей нагрузки трека размер контакта контактной катушки впоследствии снижается — от 50 мм2 до 150 мм. В центральной системе электропитания контактный провод короче, чем система постоянного тока.

Возврат тягового тока осуществляется с помощью рельсов, из которых поток от ближайшей станции к электросети отводится через обратные кабели. Для системы постоянного тока рельсовые перемычки могут использоваться для увеличения проводимости. Они могут устанавливаться только в тех местах, где цепи слежения и защиты отсутствуют.

В схеме дифференциальной защиты, показанной на рис. 12.2, в, применен один трансформатор тока нулевой последовательности TAZ. Ток в реле КА пропорционален разности магнитного потока, создаваемого токами фазных проводов, и потока, создаваемого током нулевого провода. При внешних коротких замыканиях на землю эта разность близка к нулю и ток в реле недостаточен для срабатьшания защиты. В случае повреждения на землю в зоне действия защиты магнитные потоки суммируются, ток в реле превышает ток срабатьшания и защита отключает генератор.  

Через тяговые электростанции тяговая линия снабжается требуемым типом тока и требуемыми напряжениями. Система контроля тягового усилия мы знаем, что в Республике Чехия на железной дороге есть четыре основных железнодорожных состава. Это постоянное напряжение 1, 5 кВ и 3 кВ и среднее напряжение 25 кВ, 50 Гц и 15 кВ, 16, 7 Гц. Для пояснения мы сосредоточимся на основном 3 кВ и 25 кВ, 50 Гц мэйнфреймах.

Тяговые электростанции различны для обеих энергосистем. Для питания системы постоянного тока используется тяговый шкив с использованием тягового трансформатора для подачи однофазной системы тока. Обе так называемые комбинированные электростанции настроены для подключения к обеим силовым системам, которые позволяют управлять обеими системами тягового тока. В секциях между тяговыми станциями создаются так называемые спальные станции. Для этих коммутационных станций существует ряд причин, например, повышение надежности линий электропередач и производительности фиксированных тяговых устройств, а также разделение отдельных участков тягового канала.

Понятие «отгорание нуля» появилось в электротехническом лексиконе в результате частого выгорания так называемого «нулевого проводника», который в промышленных трехфазных сетях переменного тока используется в качестве рабочего проводника и по нему протекает ток.
В случае квартирной однофазной цепи «нулевым проводом» считается проводник, имеющий нулевой потенциал по отношению к земле. Второй проводник в этом случае называют «фазным»; он имеет по отношению к земле более высокий потенциал, равный 220 вольт, и никаких проблем при этом с отгоранием нуля не возникает.

Отгорание нуля возможно лишь в трёхфазных сетях переменного тока и только при появлении разбаланса нагрузок в каждой из фаз питающей электросети. Само же понятие «нулевой провод» применимо лишь к схеме соединения трёхфазных источников тока и нагрузок по схеме «звезда», поэтому и анализировать имеет смысл только эту схему. Хорошо известно также, что переменные токи в каждой из фазных линий (в случае одинаковых нагрузок) сдвинуты по фазе на одну треть периода, в результате чего векторная сумма обратных токов в нейтральном (нулевом) проводнике равна нулю.

Поскольку через нулевой провод в этом случае электрический ток не протекает, то практически можно обходиться и без него. Небольшие токи появляются в нулевом проводнике лишь в том случае, когда нагрузки в различных фазах начинают различаться и перестают компенсировать друг друга. Именно поэтому большинство трёхфазных четырёхжильных проводов имеют нулевая жилу вдвое меньшего сечения, поскольку нет смысла тратить довольно дорогую медь на проводник, по которому ток всё равно не протекает. Проблемы в трёхфазной электрической сети начинают появляться тогда, когда в них в качестве однофазных нагрузок включаются приборы, имеющие различные величины сопротивлений.

Любые попытки каким-то образом получить равномерно распределённые по мощности однофазные нагрузки в этом случае не дают положительного результата. Вызвано это тем, что потребитель совершенно случайным образом подключает свои бытовые электроприборы, постоянно меняя, таким образом, величину нагрузки на каждой отдельной фазе. При этом протекающий по нулевому проводу ток не превышает, как правило, критической величины, и рассчитанная на определённые токи проводка выдерживает их без особых последствий.

Но совершенно иная картина стала наблюдаться в последние годы, когда широкое распространение получили импульсные источники питания, устанавливаемые сегодня практически во всю современную домашнюю технику (компьютеры, телевизоры, DVD-проигрыватели и т. п.).

Токи нагрузки в цепях новых источников питания протекают только в течение определённого периода времени, и характер их потребления существенно отличается от режима потребления обычных приборов. Как следствие этого — в трёхфазной цепи возникают дополнительные токи, и, с учётом несогласованности нагрузок, по нулевому проводу может начать протекать ток, равный или даже больший, чем максимальный ток фазы. Всё это способствует возникновению условий, при которых может произойти опасное для электросети «отгорание нуля».

Связано это с тем, что все проводники (в том числе — и нулевой), работающие в составе трёхфазных проводных линий, имеют одно и то же сечение, выбираемое из расчёта максимального тока, протекающего в нагрузке. В особо неблагоприятных условиях (описанных выше) через нулевой проводник начинает протекать ток, значительно превышающий допустимые значения. В этом случае вероятность его отгорания резко возрастает.

Подобную ситуацию, вызывающую значительный «перекос фаз» и повышающую вероятность «отгорания нуля», обязательно нужно учитывать при подготовке рабочего проекта вашей домашней электросети.

Почему ток в нулевом (нейтральном) проводе может превысить ток в фазном проводе

В трехфазной системе, при симметричной линейной нагрузке (например трехфазный электродвигатель) ток в нулевом проводе отсутствует. В реальности идеальной симметрии не существует, ток в нулевом проводе будет присутствовать, но он будет меньше фазных (если совсем отключить нагрузку с двух фаз он станет равен току оставшейся фазы).
Поскольку ток в нулевом проводе был меньше тока в фазном проводнике (раньше было мало нелинейных нагрузок), то для экономии нулевой проводник делался тоньше фазных, теперь сечение нулевого проводника совпадает с сечением фазного.
Если основное потребление энергии приходится на нелинейные нагрузки (импульсные блоки питания без ККМ, люминесцентные лампы с электронными балластами без ККМ и т.п. — ток потребляется узкими импульсами вблизи пика питающего напряжения) встречаются рекомендации по увеличению сечения нулевого проводника в два раза (относительно сечения, рассчитанного для фазных проводников). Это обусловлено тем, что в нулевом проводе будет протекать еще и значительная сумма гармоник тока кратных трем (особенно будет сильна третья — 150 Гц) .
Поскольку от перегрузки по току защищаются только фазные повода, перегрузка нулевого (нейтрального) провода может привести к его повреждению, «отгоранию нуля» — что может привести к значительному перекосу фазных напряжений и повреждению потребителей.
Получается, что мощные потребители с несинусоидальным входным током (нелинейные нагрузки) могут не только вызывать искажение формы напряжения сети и «загрязнять» сеть помехами, но и привести к аварийной ситуации, выведя из строя кабель и других потребителей.
Примеры нелинейных нагрузок, способных вызвать рост тока в нулевом проводнике (если в них нет 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)
Форма тока, потребляемого нелинейной нагрузкой, значительно отличается от чистой синусоиды (совсем на нее не похожа). Математически форму несинусоидального тока можно представить в виде суммы, уменьшающихся по амплитуде, синусоид кратных частоте питающего напряжения (50 Гц, 100 Гц, 150 Гц, 200 Гц….).
ГОСТ 30804.4.30-2013 предписывает учитывать гармоники не менее 40-го порядка. Но только гармоники, кратные третьей (остальные взаимно компенсируются складываясь), суммируются в нейтральном проводнике и вызывают весьма значительный ток, к которому еще добавляется ток обусловленный несимметрией питающего напряжения, его несинусоидальностью и несимметрией нагрузки. Основной вклад вносит третья гармоника (в нейтрале течет ток с частотой 150 Гц) — прочие гармоники малы.
ГОСТ Р 50571.5.52-2011:
предлагает узнать ток и в нулевом проводнике и выбрать сечение всех проводников по наиболее нагруженному проводу;
следует указать, что ситуация ухудшается, если в трехфазной системе нагружены только две фазы. В этом случае ток высших гармоник в нейтральном проводнике будет суммироваться током дисбаланса;
если доля третьей гармоники превышает 33%, необходимо увеличить площадь поперечного сечения нейтрального проводника.
Источники информации:
Теоретические основы электротехники. Бессонов Л.А.
ПУЭ
ГОСТ 30804_4_30-2013 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Методы измерений показателей качества электрической энергии.
http://www.ups-info.ru/for_partners/library/probleme_vesshih_garmonik_v_sovremenneh_sistemah_i/ Проблемы высших гармоник в современных системах электропитания Климов В.П., Москалев А.Д.
http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/313523
http://forca.ru/knigi/rzia/zaschita-ot-zamykaniya-na-zemlyu-3.html
http://www.at-systems.ru/library/book/chap8.shtml
http://www.pro-schneider.ru/content/files/140.pdf
http://www.news.elteh.ru/arh/2003/18_19/14.php
http://www.colan.ru/support/artview.php?idx=233

ПРИ СОЕДИНЕНИИ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЗВЕЗДОЙ

⇐ Предыдущая12

Цель работы: исследование трехфазной цепи при соединении потребителей звездой с симметричной и несимметричной нагрузками при наличии нейтрального провода и без него.

Краткие сведения из теории

Трёхфазная система используется для электроснабжения благодаря следующим своим преимуществам:

– малые потери напряжения в линии электропередачи;

– малые потери электроэнергии в проводах линии;

– увеличенная пропускная способность линии электропередачи по сравнению с однофазной;

– возможность подключения однофазных потребителей с двумя значениями номинального напряжения питания;

– возможность подключения трёхфазных потребителей звездой Y либо треугольником D;

– выпрямление переменного тока с малыми пульсациями.

Трёхфазная система питающих напряжений представляет собой три источника одинаковой частоты (рисунок 1) с одинаковым значением электродвижущих сил, сдвинутых по фазе на треть периода или 120º (электрических):

eA = Eмsin ω t;

eB = Eмsin (ω t – 120°);

eC = Eмsin (ω t + 120°).

Рисунок 1 – Система из трех ЭДС и создаваемые ими напряжения

Один из выводов каждого из источников подключён к линейному проводу (рисунок 2) соответствующей фазы A(L1), B(L2) и С(L3), вторые выводы всех трёх источников объединены в нейтраль, соединённую с нейтральным проводом N или нулевым PEN.

Напряжения линейных проводов относительно нейтрали UA, UB и UC называются фазными, а напряжения между линейными проводами питающей линии UAB, UBC и UCA называются линейными. Линейные напряжения больше фазных, . В обычной распределительной сети линейное напряжение U = 380 В, а фазное UФ = 220 В. При обозначении применяется запись 380/220 В. Иногда, с целью уменьшения опасности поражения электрическим током, применяют трёхфазную сеть пониженного напряжения 220/127 В (линейное напряжение равно 220 В, а фазное – 127 В).

Рисунок 2 – Трехфазная цепь с подключением нагрузки звездой

В схеме подключения нагрузки звездой один из выводов каждой фазы потребителя подключается к фазному проводу питающей линии, а вторые выводы соединяются вместе в нейтраль. В трёхпроводной схеме нейтраль потребителя изолирована, такая схема применяется только при симметричной нагрузке, когда в каждую фазу включены одинаковые потребители. В четырёхпроводной схеме нейтраль потребителя подключается к нулевому проводу PEN (protect electric and neutral). Этот провод одновременно служит для защитного зануления (защитный) и для выравнивания напряжений на фазах при несимметричной нагрузке (рабочий). В последнее время происходит переход на пятипроводную распределительную сеть, в которой применяют раздельные нулевой рабочий проводник (нейтральный) N и нулевой защитный проводник PE.

Ток нейтрального провода является суммой фазных токов. На векторной диаграмме (рисунок 3, а) видно, что при симметричной нагрузке сумма фазных токов равняется нулю.

Рисунок 3 – Векторная диаграмма токов при симметричной (а)

и несимметричной нагрузке (б); перекосе фаз (в)

Таким образом, при симметричной нагрузке отсутствуют потери в нейтральном проводе и из формул потерь напряжения и мощности, выведенных для однофазной линии переменного тока, исчезает двойка

; .

Кроме того, в формулах используется линейное напряжение, которое больше фазного, . Поэтому потери напряжения и мощности в линии при трёхфазном подключении в шесть раз меньше, чем при однофазном подключении потребителей такой же мощности.

При несимметричной нагрузке нейтральный провод необходим, по нему должен проходить выравнивающий ток. На векторной диаграмме (рисунок 3, б) видно, что при несимметрии фазных токов появляется ток в нейтральном проводе. Если попытаться включить несимметричную нагрузку без нейтрального провода, получится перекос фаз, при котором на нагруженных фазах напряжение понизится, а на разгруженных появляется перенапряжение (рисунок 3, в). Снижение напряжения нарушает работу потребителей, а перенапряжение может вывести их из строя. Одновременно появляется напряжение смещения нейтрали потребителя относительно нейтрали источника UnN. Поэтому в нейтральном проводе не устанавливают предохранители. С подключением нейтрального провода в нём появляется выравнивающий ток, нейтраль потребителя «притягивается» к нейтрали источника, а фазные напряжения выравниваются. Однако преимущества трёхфазной системы частично утеряны. Потери энергии в нейтральном проводе снижают коэффициент полезного действия линии. Из-за потери напряжения в нейтральном проводе, а также из-за разности потерь напряжения в фазных проводах возникает несимметрия трёхфазной системы напряжений, которая ухудшает качество электроснабжения. Поэтому с целью получения симметричной нагрузки однофазные потребители стараются равномерно распределять по фазам.

Мощность трёхфазного потребителя равна сумме мощностей отдельных фаз. При симметричной нагрузке

; ; .

Ток в проводах линии электропередачи при подключении симметричного трехфазного потребителя

Порядок выполнения работы

1 Собрать схему исследования трёхфазной цепи по рисунку4. Для исследования режима симметричной нагрузки включаются резисторы R37, R39 и R40. При этом резистор R38, конденсатор С11 и цепочка из катушки индуктивности L2 и резистора R18 должны быть закорочены перемычками (места установки перемычек выделены на схеме).

2 Тумблером SA14 и SA15 подключить функциональный блок для исследования трёхфазной цепи и измерить значения фазных напряжений, тока фазы С и мощности.

Убедиться в том, что ток нейтрального провода равен нулю. Результаты измерений внести в таблицу 1.

Таблица 1 – Исследование трёхфазной цепи при симметричной нагрузке

И з м е р е н о Рассчитано
UA, B UВ, B UС, B UCA, B IC, A IN, A P, Вт U/UФ R, Ом I, А

3 Отключая и подключая нейтральный провод тумблером SA15, убедиться, что эти коммутации не отражаются на показаниях приборов.

4 Отключить перемычку вольтметра PV4 от провода A и на это гнездо переключить перемычку вольтметра PV3.

Измерить линейное напряжение UCA. Вернуть перемычки на прежнее место. Рассчитать отношение линейного напряжения к фазному U/UФ.

5 Рассчитать сопротивление фазы нагрузки R по закону Ома и ток I в проводах линии.

6 Построить диаграмму напряжений и токов при симметричной нагрузке.

7 Установить режим несимметричной нагрузки, для чего удалить перемычку с резистора R38.

8 Отключить перемычки фаз В и С, расположенные под контактами тумблера SA14. Амперметром РА2, вольтметром PV4 измерить, соответственно, ток и напряжение фазы А. Аналогично измерить напряжение и ток фаз В и С. Результаты измерений внести в таблицу 2.

Таблица 2 –Несимметричная нагрузка трёхфазной цепи с нейтральным проводом

И з м е р е н о
UA, B IA, A UВ, B IB, A UC, B IC, A IN, A

9 Восстановить все перемычки и измерить амперметром РА2 ток нейтрального провода.

10 Построить векторную диаграмму токов при несимметричной нагрузке.

11 Отключить нейтральный провод тумблером SA15. Измерить фазные напряжения. Результаты измерений внести в таблицу 3.

Таблица 3 –Несимметричная нагрузка трёхфазной цепи без нейтрального провода

И з м е р е н о
UA, B UВ, B UC, B UnN, B

12 Подключить нейтральный провод тумблером SA15 и отключить его перемычкой, расположенной ниже амперметра РА2. Отключить вольтметр PV3 от провода С и подключить его к нейтрали n. Измерить вольтметром PV3 напряжение смещения нейтрали UnN.

13 Построить диаграмму напряжений трёхфазной цепи при несимметричной нагрузке без нейтрального провода (при перекосе фаз).

Наименование и цель работы; схема исследования; таблицы результатов измерений и расчётов; расчёт сопротивления фазы нагрузки; векторные диаграммы токов и напряжений; заключение.

Контрольные вопросы

1 В чём заключаются преимущества трёхфазной системы электроснабжения?

2 Что такое линейные и фазные напряжения? Какое соотношение между ними?

3 В чём разница между трёх-, четырёх — и пятипроводной схемами подключения?

4 Как выглядит векторная диаграмма токов при симметричной нагрузке?

5 Чему равны потери напряжения в трёхфазной линии?

6 Чему равны потери мощности в трёхфазной линии?

7 Во сколько раз потери напряжения и мощности при трёхфазном подключении меньше, чем при однофазном (при той же мощности потребителей)? Почему?

8 Почему необходим нейтральный провод при несимметричной нагрузке?

9 Как выглядит векторная диаграмма токов при несимметричной нагрузке с нейтральным проводом?

10 Как выглядит диаграмма напряжений при несимметричной нагрузке без нейтрального провода?

11 Как рассчитать мощность симметричного трёхфазного потребителя?

Соединение потребителей звездой

Последовательное соедин активного сопрот и катушки индуктивности. Схема, ур-я напряжений, треуг напряжений. Векторная диаграмма.

Таким образом, средняя, или активная, мощность Р переменного тока зависит не только от величин напряжения U и тока I, но также и от сдвига фаз φ между ними. Активное падение напряжения определяется по формуле: Ua=I*r, индуктивное падение напряжения UL=I*XL, Полное падение напряжения равно напряжению сети:

9. Последоват соедин активного и емкостного сопрот. Схема. Треуг напряж. Диаграмма.

Из графика видно, что в течение некоторой части периода энергия затрачивается в цепи на нагрев сопротивления г и образование электрического поля (мощность положительная). В течение другой части периода энергия, накопленная в электрическом поле конденсатора, возвращается обратно в сеть.

Активное падение напряжения определяется по формуле: Ua=I*r, емкостное падение напряжения UС=I*XС, Полное падение напряжения равно напряжению сети:

10. Последоват соедин активного, емкостного и активно-индукт сопрот. Второй закон Кирхгофа для напряжений. Схема. Векторная диаграмма. Из свойства последовательного соединения следует, что ток во всех элементах цепи одинаковый. Напряжения на элементах определяются по формулам UR = I R, ψuR = ψi ;

UL = I XL, ψuL = ψi + 90° ;

UC = I XC, ψuC = ψi — 90°.

Для напряжений выполняется второй закон Кирхгофа в векторной форме Ú = ÚR + ÚL + ÚC.

В зависимости от величин L и С возможны следующие варианты: XL > XC; XL < XC; XL = XC. Для варианта XL > XC угол φ > 0, UL > UC. Ток отстает от напряжения на угол φ. Цепь имеет активно-индуктивный характер. Векторная диаграмма напряжений имеет вид

Для варианта XL < XC угол φ < 0, UL < UC. Ток опережает напряжение на угол φ. Цепь имеет активно-емкостный характер. Векторная диаграмма напряжений имеет вид

Для варианта XL = XC угол φ = 0, UL = UC. Ток совпадает с напряжением. Цепь имеет активный характер. Полное сопротивление z=R наименьшее из всех возможных значений XL и XC. Векторная диаграмма напряжений имеет вид

Этот режим называется резонанс напряжений (UL = UC). Напряжения на элементах UL и UC могут значительно превышать входное напряжение.

11. Резонанс напряж. Усл получ резонанса напряж. Общ сопрот, коэф мощн, велич тока и мощн при резонансе напряж.График и векторная диаграмма для резонанса напряжений выглядят след образом: Условием резонанса напряжений является равенство ХL =Xс. Поэтому резонанс напряжений в цепа с последовательным соединением r, L и С может наступить: 1) если при постоянной индуктивности емкость меняется и становится равной 2) если при постоянной емкости меняется индуктивность и становится равной 3) если изменение обеих величин L и С приводит к равенству 4) если, наконец, угловая частота сети, изменяясь, становится равной Учитывая, что w= 2πf, получаем следующее выражение для частоты f0: Эту частоту принято называть резонансной.

Резонанс напряжений – это неприятное явление в электрических цепях, т.к. сопровождается повышением напряжения на L и C, которое может оказаться значительно выше Uвх. Это может вызвать пробой изоляции индуктивной катушки и конденсатора. В такой цепи Z=r. Ток в цепи по закону Ома будет равен I= Uвх/r=Imax. Поскольку при резонансе в цепи действует только активное сопротивление r, то φr=0, cosφ=1.Это значит что общее реактивное сопротивление X=XL-XC=0. Емкостное и индуктивное сопротивление компенсируют друг друга.

12. Параллельное соедин сопрот в цепи перемен тока. Схема. Общий ток и сдвиг фаз между током и напряж каждой цепи. Треуг токов. Активная, реактивная и полная мощн. Векторная диаграмма.Разветвленными цепями являются цепи, содержащие параллельные ветви.

I1=U/z1, z1=r12+XL2

I2=U/z2, z2=r22+XC2

Ip, Ip1, Ip2 – реактивная составляющая токов

Ia,Ia1,Ia2 – активные токи 1 и 2-ой ветвей и общ

Проводимость измеряется в Симменсах (Си)

Активные и реактивные составляющие тока можно выразить через сопротивление ветвей r1 и XL; r2 и XC и напряжение U по закону Ома.

Ia1=I1*cosφ1=U*r1/z2=U1*g1, где

g1= r1/z2 — активная проводимость первой ветви

Ip1=I1*sinφ1=U*XL/z2=U1*b1, где

b1= XL/z2 — реактивная проводимость первой ветви. Аналогично для второй ветви.

Для всей цепи:

Ia=Ia1+Ia2=Ug1+Ug2=U(g1+g2)=Ug

Ip=Ip1-Ip2=Ub1-Ub2=U(b1-b2)=Ub, где

g — активная проводимость всей цепи

b – реактивная проводимость всей цепи

Угол сдвига tgφ=bL-bC/g1+g2=b/g

Активная провоимость равна арифметической сумме проводимостей параллельных цепей. Реактивная проводимость равна алгебраической сумме проводимостей параллельных цепей.

Q=U*I*sinφ=QL-QC, QL>0, QC≤0

P=P1+P2=U*I*cosφ

S= =U*I

а) цепь с параллельным соединением R,L,C

б) треугольник токов

в) треугольник проводимостей

Общий ток в цепи будет иметь только активную составляющую и будет совпадать по фазе с напряжением(при резонансе токов).

IL/I=bL/g IC/I=bC/g, т.к. bL=bC, то IL=IC

13. Проводимости цепи переменного тока. Треуг провод. Коэф мощн. Выражения провод ч\з сопрот цепи.Активные и реактивные составляющие тока можно выразить через сопротивление ветвей r1 и XL; r2 и XC и напряжение U по закону Ома.

Ia1=I1*cosφ1=U*r1/z2=U1*g1, где

g1= r1/z2 — активная проводимость первой ветви

Ip1=I1*sinφ1=U*XL/z2=U1*b1, где

b1= XL/z2 — реактивная проводимость первой ветви. Аналогично для второй ветви.

Для всей цепи:

Ia=Ia1+Ia2=Ug1+Ug2=U(g1+g2)=Ug

Ip=Ip1-Ip2=Ub1-Ub2=U(b1-b2)=Ub, где

g — активная проводимость всей цепи

b – реактивная проводимость всей цепи

Угол сдвига tgφ=bL-bC/g1+g2=b/g

Активная провоимость равна арифметической сумме проводимостей параллельных цепей. Реактивная проводимость равна алгебраической сумме проводимостей параллельных цепей.

Q=U*I*sinφ=QL-QC, QL>0, QC≤0

P=P1+P2=U*I*cosφ

S= =U*I

Коэффициент мощности — безразмерная физическая величина, показывает, насколько сдвигается по фазе переменный ток, протекающий через нагрузку, относительно приложенного к ней напряжения.

Здесь P — активная мощность,S — полная мощность, Q — реактивная мощность.

14. Повышение коэф мощн цепи. Схема. Векторная диаграмма. Расчет емкости для компенсации.Повышение коэффициента мощности на промышленных предприятиях.

cosφ≈0,7÷0,8 — это значит, что предприятие потребляет из сети 70-80% активного тока, а 20-30% реактивного. Поскольку активный ток идет на получение полезной мощности, а реактивный ток никакой полезной работы не выполняет, а только сдвигает ток по отношению к U в магнитных цепях, поэтому государство заинтересовано в передаче только активного тока и заставляет предприятия повышать cosφ до 1, а активный ток = 100%. При этом полностью используются проводниковые материалы и получ повыш коэф КПД.

Для того чтобы увеличить cosφ требуется большая емкость (большое кол-во конденсаторов).

15. Резонанс токов. Условия получ резонанса токов. Общая проводимость, коэф мощности, величина тока и мощности при резонансе. Область примен резонансов.В цепи переменного тока, в которой индуктивность и емкость соединены параллельно может возникнуть резонанс токов при условии равенства токов в индуктивности IL и емкости IC. В результате резонанса токов общий ток в цепи может быть относительно мал, а в контуре индуктивности и емкости, где происходят электрические колебания, протекает переменный ток, значительно больший общего.

Известно, что при резонансе токов (при r = 0) индуктивное сопротивление равно емкостному и реактивные проводимости равны между собой. отсюда следует, что

Извлечем корень квадратный из этой величины. Тогда получим, что частота свободных электрических колебаний в контуре

где f—частота тока, гц

L — индуктивность, гн;

С — емкость, ф.

Из формулы (73) следует, что, изменяя величину емкости или индуктивности контура, можно изменять — регулировать частоту свободных колебаний, т, е. можно настраивать контур на определенную частоту. Как известно, чтобы в рассматриваемой цепи наступил резонанс токов, необходимо создать такие условия, при которых ток в индуктивности IL ток в емкости Iс были бы равны друг другу. Допустим, что подбором индуктивности и емкости или изменением частоты созданы условия для резонанса токов, т. е. На параллельно соединенных сопротивлениях ХL и Хс напряжение одинаково. Ток в индуктивности , а ток в емкости

На векторной диаграмме видно, что ток в индуктивности и том в емкости сдвинуты по фазе на угол j=180о и равны друг другу. Отсюда следует, что общий ток при резонансе токов равен нулю, а полное сопротивление цепи бесконечно велико. В действительности общий ток будет относительно мал, но не равен нулю. Этот ток, который вырабатывает генератор, является активным и покрывает потери энергии в контуре. Резонанс применяется в приемниках, полосовых фильтрах, генераторах.

16. Электрич измерения, единицы измер. Классифик эектроизмерит приборов.ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ — измерение электрических величин, таких, как напряжение, сопротивление, сила тока, мощность. Измерения производятся с помощью различных средств – измерительных приборов, схем и специальных устройств. Тип измерительного прибора зависит от вида и размера (диапазона значений) измеряемой величины, а также от требуемой точности измерения. В электрических измерениях используются основные единицы системы СИ: вольт (В), ом (Ом), фарада (Ф), генри (Г), ампер (А) и секунда (с). Значения единиц электрических величин определяются международным соглашением в соответствии с законами физики и единицами механических величин. Электрические измерения проводятся в соответствии с государственными эталонами единиц напряжения и силы постоянного тока, сопротивления постоянному току, индуктивности и емкости. Такие эталоны представляют собой устройства, имеющие стабильные электрические характеристики, или установки, в которых на основе некоего физического явления воспроизводится электрическая величина, вычисляемая по известным значениям фундаментальных физических констант. Эталоны ватта и ватт-часа не поддерживаются, так как более целесообразно вычислять значения этих единиц по определяющим уравнениям, связывающим их с единицами других величин. Электроизмерительные приборы чаще всего измеряют мгновенные значения либо электрических величин, либо неэлектрических, преобразованных в электрические. Все приборы делятся на аналоговые и цифровые. Первые обычно показывают значение измеряемой величины посредством стрелки, перемещающейся по шкале с делениями. Вторые снабжены цифровым дисплеем, который показывает измеренное значение величины в виде числа. Цифровые приборы в большинстве измерений более предпочтительны, так как они более точны, более удобны при снятии показаний и, в общем, более универсальны. Цифровые универсальные измерительные приборы («мультиметры») и цифровые вольтметры применяются для измерения со средней и высокой точностью сопротивления постоянному току, а также напряжения и силы переменного тока. Аналоговые приборы постепенно вытесняются цифровыми, хотя они еще находят применение там, где важна низкая стоимость и не нужна высокая точность. Для самых точных измерений сопротивления и полного сопротивления (импеданса) существуют измерительные мосты и другие специализированные измерители. Для регистрации хода изменения измеряемой величины во времени применяются регистрирующие приборы – ленточные самописцы и электронные осциллографы, аналоговые и цифровые.

17. Шунты и добавочные сопрот для расширения переделов измерения токов и напряж.Измерительные шунты. Шунт является простейшим измерительным преобразователем тока в напряжение. Измерительный шунт представляет собой четырехзажимный резистор. Два входных зажима шунта, к которым подводится ток I, называются токовыми, а два выходных зажима, с которых снимается напряжение U, называются потенциальными. К потенциальным зажимам шунта обычно присоединяют измерительный механизм измерительного прибора. Измерительный шунт характеризуется номинальным значением входного тока Iном и номинальным значением выходного напряжения Uном. Их отношение определяет номинальное сопротивление шунта: Rш= Uном / Iном

Шунты применяются для расширения пределов измерения измерительных механизмов по току, при этом большую часть измеряемого тока пропускают через шунт, а меньшую — через измерительный механизм. Шунты имеют небольшое сопротивление и применяются, главным образом, в цепях постоянного тока с магнитоэлектрическими измерительными механизмами.

Добавочные резисторы. Добавочные резисторы являются измерительными преобразователями напряжения в ток, а на значение тока непосредственно реагируют измерительные механизмы вольтметров. Добавочные резисторы служат для расширения пределов измерения по напряжению вольтметров различных систем и других приборов, имеющих параллельные цепи, подключаемые к источнику напряжения. Сюда относятся, например, ваттметры, счетчики энергии, фазометры и т. д. Добавочный резистор включают последовательно с измерительным механизмом. Ток Iи в цепи, состоящий из измерительного механизма с сопротивлением Rи и добавочного резистора с сопротивлением Rд, составит:

Iи = U / (Rи + Rд),

где U — измеряемое напряжение.

Если вольтметр имеет предел измерения Uном и сопротивление измерительного механизма Rи и при помощи добавочного резистора Rд надо расширить предел измерения в n раз, то, учитывая постоянство тока Iи, протекающего через измерительный механизм вольтметра, можно записать:

Uном / Rи = n U ном / (Rи + Rд)

откуда

Rд = Rи (n — 1)

Добавочные резисторы бывают внутренние и наружные. Последние выполняются в виде отдельных блоков и подразделяются на индивидуальные и калиброванные. Индивидуальный резистор применяется только с тем прибором, который с ним градуировался. Калиброванный резистор может применяться с любым прибором, номинальный ток которого равен номинальному току добавочного резистора. Калиброванные добавочные резисторы делятся на классы точности 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 и 1,0. Они выполняются на номинальные токи от 0,5 до 30 мА.

Добавочные резисторы применяются для преобразования напряжений до 30 кВ.

18. Трехфазн электрич цепи. Принцип получения трехфазного тока. Соединение фазовых обмоток генератора звездой. Векторная диаграмма. ЭДС. Трехфазная цепь является частным случаем многофазных электрических систем, представляющих собой совокупность электрических цепей, в которых действуют ЭДС одинаковой частоты, сдвинутые по фазе относительно друг друга на определенный угол. Каждую из частей многофазной системы, характеризующуюся одинаковым током, называют фазой, т.е. фаза – это участок цепи, относящийся к соответствующей обмотке генератора или трансформатора, линии и нагрузке. Источником трехфазного напряжения является трехфазный генератор, на статоре которого размещена трехфазная обмотка. Фазы этой обмотки располагаются таким образом, чтобы их магнитные оси были сдвинуты в пространстве друг относительно друга на 2π/3 эл. рад. При вращении ротора с равномерной скоростью в обмотках фаз статора индуцируются синусоидальные ЭДС одинаковой частоты и амплитуды, но отличающиеся друг от друга по фазе на 2π/3 рад. Векторная диаграмма для симметричной системы ЭДС, соответствующей трехфазной системе выглядит:

Все симметричные трех- и m-фазные (m>3) системы являются уравновешенными. Это означает, что хотя в отдельных фазах мгновенная мощность пульсирует (см. рис. 5,а), изменяя за время одного периода не только величину, но в общем случае и знак, суммарная мгновенная мощность всех фаз остается величиной постоянной в течение всего периода синусоидальной ЭДС (см. рис. 5,б).

Уравновешенность имеет важнейшее практическое значение. Если бы суммарная мгновенная мощность пульсировала, то на валу между турбиной и генератором действовал бы пульсирующий момент. Такая переменная механическая нагрузка вредно отражалась бы на энергогенерирующей установке, сокращая срок ее службы. Эти же соображения относятся и к многофазным электродвигателям.

Для уменьшения количества проводов в линии фазы генератора гальванически связывают между собой. Различают два вида соединений: в звезду и в треугольник. В свою очередь при соединении в звезду система может быть трех- и четырехпроводной.

На рис. 6 приведена трехфазная система при соединении фаз генератора и нагрузки в звезду. Здесь провода АА’, ВВ’ и СС’ – линейные провода.

Векторная диаграмма трехфазной симметричной системы ЭДС показана на рис а)

19. Соедин звездой с нулевым проводом. Электрическая схема. Определение фазных и линейных токов и напряж; осн матем соотнош между ними. Топографич диаграмма.Провод, соединяющий нейтральные точки генератора и приемника, называется нейтральным (на рис. 6 показан пунктиром). Трехфазная система при соединении в звезду без нейтрального провода называется трехпроводной, с нейтральным проводом – четырехпроводной.

Все величины, относящиеся к фазам, носят название фазных переменных, к линии — линейных. Как видно из схемы на рис. 6, при соединении в звезду линейные токи и равны соответствующим фазным токам. При наличии нейтрального провода ток в нейтральном проводе . Поскольку напряжение на источнике противоположно направлению его ЭДС, фазные напряжения генератора (см. рис. 6) действуют от точек А,В и С к нейтральной точке N; — фазные напряжения нагрузки. Линейные напряжения действуют между линейными проводами. В соответствии со вторым законом Кирхгофа для линейных напряжений можно записать , , ,

На рис. 7 представлена векторная диаграмма для симметричной системы напряжений. Как показывает ее анализ (лучи фазных напряжений образуют стороны равнобедренных треугольников с углами при основании, равными 300), в этом случае

Напряжение между линейным проводом и нейтралью (Ua, Ub, Uc) называется фазным. Напряжение между двумя линейными проводами(UAB, UBC, UCA) называется линейным. Для соединения обмоток звездой, при симметричной нагрузке, справедливо соотношение между линейными и фазными токами и напряжениями:

20. Представление лин напряж векторами фазных напряж. Определ числовых соотнош между лин и фазными напряж с помощью равнобедрен треуг из векторн диаграммы. Назначение нейтрального провода.Провод, соединяющий нейтральные точки генератора и приемника, называется нейтральным (на рис. 6 показан пунктиром). Трехфазная система при соединении в звезду без нейтрального провода называется трехпроводной, с нейтральным проводом – четырехпроводной.

Все величины, относящиеся к фазам, носят название фазных переменных, к линии — линейных. Как видно из схемы на рис. 6, при соединении в звезду линейные токи и равны соответствующим фазным токам. При наличии нейтрального провода ток в нейтральном проводе . Поскольку напряжение на источнике противоположно направлению его ЭДС, фазные напряжения генератора (см. рис. 6) действуют от точек А,В и С к нейтральной точке N; — фазные напряжения нагрузки. Линейные напряжения действуют между линейными проводами. В соответствии со вторым законом Кирхгофа для линейных напряжений можно записать , , ,

На рис. 7 представлена векторная диаграмма для симметричной системы напряжений. Как показывает ее анализ (лучи фазных напряжений образуют стороны равнобедренных треугольников с углами при основании, равными 300), в этом случае

Соединение нейтральных точек генератора и приёмника электроэнергии нейтральным проводом позволяет снизить напряжение смещения нейтрали (в случае, если к каждой фазе подключается разная нагрузка, в системе возникнет так называемое напряжение смещения нейтрали, которое вызовет несимметрию напряжений нагрузки) практически до нуля и выровнять фазные напряжения на приёмнике электроэнергии. Небольшое напряжение будет обусловлено только сопротивлением нулевого провода.

21. Соединение звездой без нулевого провода в трехвазн цепях. Схема. Векторная диаграмма для чисто активн нагрузки (сим нагрузка).При наличии нейтрального провода ток в нейтральном проводе . Если система фазных токов симметрична, то . Следовательно, если бы симметрия токов была гарантирована, то нейтральный провод был бы не нужен. Отсутствие нейтрального провода устраняет жёсткую привязку напряжения на нагрузке к напряжению источника питания, и в случае несимметричной нагрузки по фазам эти напряжения не равны между собой. В схеме звезда без нулевого провода в каждое мгновение ток по одному или двум проводам проходит от источника трехфазного тока к приемнику, а по двум другим или по одному протекает обратно от приемника к источнику.

На рис. 2 приведена векторная диаграмма напряжений для устройства при чисто активной нагрузке R в каждой ветви.

22. Соедин звездой в трехфазн цепях без нулевого провода при несим нагрузке. Эл схема и векторн диаграмма. Определ напряж смещ. Выраж для фазн токов.Для определения фазных напряжений при несимметричной нагрузке, соединённой звездой без нейтрального провода, используют метод двух узлов. В соответствии с этим методом расчёт начинают с определения напряжения UN между нейтральными точками источника питания и нагрузки, называемого напряжением смещения нейтрали: где ya , yb , yc – полные проводимости соответствующих фаз нагрузки в комплексной форме

Напряжения на фазах несимметричной нагрузки находят из выражений:

В частном случае несимметрии нагрузки, когда при отсутствии нейтрального провода происходит короткое замыкание одной из фаз нагрузки, напряжение смещения нейтрали равно фазному напряжению источника питания той фазы, в которой произошло короткое замыкание. Напряжение на замкнутой фазе нагрузки равно нулю, а на двух других оно численно равно линейному напряжению. Фазные токи в нагрузке, они же и токи линейных проводов при любом характере нагрузки:

23. Соедин потребит треугольником. Эл схема. Определ лин токов по фазн токам по 1 зак Кирхгофа для узлов A, B, C. Векторная диагр напряж и токов.Если обмотки генератора соединены треугольником, то, линейное напряжение создает каждая фазная обмотка. У потребителя, соединенного треугольником, линейное напряжение подключается к зажимам фазного сопротивления. Следовательно, при соединении треугольником фазное напряжение равно линейному Ua=Uф. Определим зависимость между фазными и линейными токами при соединении треугольником, если нагрузка фаз будет одинакова по величине и характеру.

Составляем уравнения токов по первому закону Кирхгофа для трех узловых точек А1, В1 и С1 потребителя: откуда

Отсюда видно, что линейные токи равны геометрической разности фазных токов. При симметричной нагрузке фазные токи одинаковы по величине и сдвинуты один относительно другого на 120°. Производя вычитание векторов фазных токов согласно полученным уравнениям, получаем линейные токи (рис. 181). Зависимость между фазными и линейными токами при соединении в треугольник показана на рис. 182:

Следовательно, при симметричной нагрузке, соединенной треугольником, линейный ток в раз больше фазного тока. На рис. 183 дана векторная диаграмма токов и напряжений при равномерной активно-индуктивной нагрузке, соединенной треугольником. Построение диаграммы производится следующим образом. В выбранном масштабе строим равносторонний треугольник линейных напряжений сети Uав, Ubc и Uас, которые равны фазным напряжениям потребителя. В сторону отставания под углами jAB, jBC, jCA к линейным напряжениям UAB, Uвс и Uса строим в масштабе векторы фазных токов IAB, IBC и ICA. Затем, как было указано раньше, определяем линейные токи IA, IB и IC. У двигателей и у других потребителей трехфазного тока в большинстве случаев наружу выводят все шесть концов трех обмоток, которые по желанию можно соединять либо звездой, либо треугольником. Обычно к трехфазной машине крепится доска из изоляционного материала (клеммная доска), на которую и выводят все шесть концов.

24. Определ мощностей в 3-фазн цепях при соедин звездой и треуг. Схемы включ и осн соотнош.В трехфазных цепях, так же как и в однофазных, пользуются понятиями активной, реактивной и полной мощностей.

В общем случае несимметричной нагрузки активная мощность трехфазного приемника равна сумме активных мощностей отдельных фаз

P = Pa + Pb + Pc, где

Pa = Ua Ia cos φa;

Pb = Ub Ib cos φb;

Pc = Uc Ic cos φc;

Ua, Ub, Uc; Ia, Ib, Ic – фазные напряжения и токи;

φa, φb, φc – углы сдвига фаз между напряжением и током.

Реактивная мощность соответственно равна алгебраической сумме реактивных мощностей отдельных фаз

Q = Qa + Qb + Qc, где

Qa = Ua Ia sin φa;

Qb = Ub Ib sin φb;

Qc = Uc Ic sin φc.

Полная мощность отдельных фаз

Sa = Ua Ia;

Sb = Ub Ib;

Sc = Uc Ic.

Полная мощность трехфазного приемника

При симметричной системе напряжений (Ua = Ub = Uc = UФ) и симметричной нагрузке (Ia = Ib = Ic = IФ; φa = φb = φc = φ) фазные мощности равны Pa = Pb = Pc = PФ = UФ IФ cos φ; Qa = Qb = Qc = QФ = UФ IФ sin φ.

Активная мощность симметричного трехфазного приемника P = 3 PФ = 3 UФ IФ cos φ.

Аналогично выражается и реактивная мощность

>Отгорание нуля. Однофазные потребители в трехфазной сети.

Сечение – нулевой провод

Для питания электроприемников предприятий химических волокон в большинстве случаев применяются трехфазные сети напряжением 380 / 220 в с нулевым проводом и глухим заземлением нейтрали. Сечение нулевого провода в электрических сетях, питающих производственные помещения, начиная от трансформаторной подстанции и во всех внутренних сетях должно быть равно сечению фазных проводов независимо от материала. Выбор сечения проводов и кабелей по нагреву производится по таблицам длительно допускаемых токовых нагрузок.  

Шинопроводы обычно выполняют трех – или четырехпроводными с нулевым проводом. Сечение нулевого провода может быть равно 25; 50 и 100 % сечения фазного провода. Нулевые провода сечением 25 и 50 % фазного провода характерны для магистральных шинопроводов.  

Отсюда следует, что в сетях с симметричной нагрузкой с газоразрядными источниками света ( в отличие от симметричной нагрузки с лампами накаливания) выбор сечения нулевого провода обусловливается главным образом токами высших гармоник. Поэтому сечение нулевого провода выбирается равным сечению фазных проводов.  

Практически ток в нулевом проводе бывает значительно меньше токов в фазных проводах. Поэтому в трехфазных сетях сечение нулевого провода выбирают в два – три раза меньшим, чем сечение фазного провода.  

В двухфазных и трехфазных линиях с неравномерной нагрузкой фаз сечение нулевого провода рассчитывается. В том случае, если сечение нулевого провода будет больше сечения фазного провода, допускается при защищенных кабелях и специальных проводах использовать по возможности в качестве нулевого провода одну из фазных жил, а в качестве наименее загруженной фазы – нулевую жилу.  

Возможности снижения тока / 0 ограничиваются пределами возможностей выравнивания нагрузок фаз. Сопротивление нулевой последовательности Z0 зависит от сечения нулевого провода. его длины и включаемых в нейтраль аппаратов. Но определяющее значение на величину Z0 оказывает сопротивление нулевой последовательности трансформаторов, питающих сеть напряжением 380 – 660 В, которое зависит от группы соединения их обмоток.  

В однофазных и двухфазных линиях сечение нулевого или заземляющего провода должно быть равно фазному. В трехфазных линиях с пофазным отключением сечение нулевого провода принимается равным сечению наибольшего фазного. При этом в кабельных линиях допускается при обосновании расчетом использование в качестве нулевого провода одной из фазных жил, а в качестве фазного с минимальной нагрузкой – нулевой жилы.  

При наличии повторного заземления ток однофазного замыкания будет больше, чем без него, так как при повторном заземлении в цепи замыкания образуется параллельная ветвь в цепи тока через человека. В однофазных ответвлениях от магистралей ( фаза – нуль) сечение нулевого провода должно быть равно сечению фазных проводов. На нулевом защитном проводе не должно быть выключателей и плавких предохранителей.  

Несимметрию нагрузок в промышленных сетях напряжением 380 В стремятся ограничивать путем возможно более равномерного распределения однофазных нагрузок по фазам. Благодаря этому уменьшается ток / 0 и может быть снижено до 50 % сечение нулевого провода по сравнению с проводами фаз.  

При расчете потерь напряжения в сетях НН, как правило, не следует пренебрегать реактивной нагрузкой и реактивным сопротивлением линий. Допускается в расчетах использование средних реактивных сопротивлений сети НН: кабеля – 0 06 Ом / км, воздушной линии 0 3 Ом / км. Сечение нулевого провода в четырехпроводной сети трехфазного тока принимают равным половине сечения фазного провода, в одно – и двухфазных ответвлениях – сечению фазного провода.  

Фразу об «отгорании нуля » слышал, наверное, каждый из нас. Почему же таинственный ноль имеет тенденцию всё время отгорать? Для того чтобы внести некоторую ясность в этот вопрос, необходимо вспомнить кое-что из курса физики средней школы.

Для однофазной цепи «ноль» — это просто название для проводника, не находящегося под высоким потенциалом относительно земли. Второй проводник в однофазной цепи называется «фазой» и имеет относительно земли высокий потенциал переменного напряжения (в нашей стране чаше всего 220 В). Никакой тенденции к отгоранию однофазный ноль не проявляет.

Беда в том, что все электрические коммуникации (т. е. линии электропередачи) являются трёхфазными. Рассмотрим схему «звезда», в которой появляется понятие «нулевой провод».

Переменные токи каждой фазы в трёх одинаковых нагрузках сдвинуты по фазе ровно на одну треть и в идеале компенсируют друг друга, поэтому нагрузка в такой схеме обычно называется трёхфазной сосредоточенной нагрузкой. При такой нагрузке векторная сумма токов в средней точке равна нулю. Нулевой провод. подключённый к средней точке, практически не нужен, т. к. ток через него не течёт. Незначительный ток появляется только тогда, когда нагрузки на каждой фазе не полностью одинаковые и не полностью компенсируют друг друга. И действительно, на практике многие виды трёхфазных четырёхжильных кабелей имеют нулевую жилу вдвое меньшего сечения. Нет смысла тратить дефицитную медь на проводник, по которому ток практически не течёт. Никакой тенденции к отгоранию трёхфазный ноль при трёхфазной сосредоточенной нагрузке тоже не проявляет.

Чудеса начинаются тогда, когда к трёхфазным цепям подключаются однофазные нагрузки. На первый взгляд это тот же самый случай, но есть одно маленькое отличие. Каждая однофазная нагрузка представляет собой совершенно случайно выбранное устройство, т. е. однофазные нагрузки не одинаковые. Глупо думать, что различные однофазные потребители всегда будут потреблять одинаковый ток. Однофазные нагрузки в трёхфазных цепях всегда стараются максимально приблизить к трёхфазным нагрузкам. Это означает, что при подключении однофазных потребителей в трёхфазную сеть их стараются так распределить по мощности по разным фазам, чтобы на каждую фазу приходилась примерно одинаковая нагрузка. Но полного равенства никогда не достигается и понятно почему. Потребители случайным образом включают и выключают своё электрооборудование, тем самым постоянно меняя нагрузку на свою фазу.

В результате полной компенсации фазных токов в средней точке практически никогда не происходит, но ток в нулевом проводе обычно не достигает своего максимального значения равного самому большому току по одной из фаз. То есть ситуация неприятная, но предсказуемая. Вся проводка рассчитана на неё, и отгорания нуля обычно не происходит, а если и происходит, то крайне редко.

Такая ситуация сложилась к 90-м годам XX века. Что же изменилось к этому времени? В обиход широко вошли импульсные источники питания. Такой источник питания практически у всей современной бытовой аппаратуры (телевизоров, компьютеров, радиоприёмников и т. п.). Весь ток такого источника протекает в течение только одной трети полупериода, т. е. характер потребления тока очень сильно отличается от характера потребления тока классическими нагрузками. В результате в трёхфазной сети возникают дополнительные импульсные токи, не компенсирующиеся в средней точке. Не забудьте прибавить к этому некомпенсированные токи, вызванные наличием однофазных нагрузок в трёхфазной сети. В такой ситуации по нулевому проводу часто течёт ток, близкий или превышающий самый большой ток одной из фаз. Это и есть условия, благоприятные для «отгорания нуля».
Проводники в трёхфазных кабелях имеют одинаковое сечение, рассчитываемое согласно максимальной мощности нагрузки, следовательно, нулевой проводник имеет такое же сечение, как и любой из фазных проводников, а ток через него сегодня может течь больший, чем через любой фазный проводник. Получается, что нулевой проводник работает в условиях перегрузки, и вероятность его отгорания возрастает.

Так в 90-х годах прошлого века мы незаметно для самих себя вступили в эпоху «отгорания нуля». С каждым днём ситуация всё ухудшается. Высокую вероятность «отгорания нуля» необходимо учитывать и при построении домашней электропроводки.

ГЛАВНАЯ » МАТЕРИАЛЫ » Что такое фаза и ноль в электричестве – просто о сложном

Зачем нужно зануление

Человечество активно использует электричество, фаза и ноль – важнейшие понятия, которые нужно знать и различать. Как мы уже выяснили, по фазе электричество подается к потребителю, ноль отводит ток в обратном направлении. Следует различать нулевой рабочий (N) и нулевой защитный (PE) проводники. Первый необходим для выравнивания фазового напряжения, второй используется для защитного зануления.

В зависимости от типа линии электропередач может использоваться изолированный, глухозаземленный и эффективно-заземленный ноль. Большинство ЛЭП, питающих жилой сектор, имеет глухозаземленную нейтраль. При симметричной нагрузке на фазных проводниках рабочий ноль не имеет напряжения. Если нагрузка неравномерна, ток небаланса протекает по нулю, и схема электропитания получает возможность саморегулирования фаз.

Электросети с изолированной нейтралью не имеют нулевого рабочего проводника. В них используется нулевой заземляющий провод. В электросистемах TN рабочий и защитный нулевой проводники объединены на всем протяжении цепи и имеют маркировку PEN. Объединение рабочего и защитного нуля возможны только до распределительного устройства. От него к конечному потребителю пускается уже два нуля – PE и N. Объединение нулевых проводников запрещается по технике безопасности, так как в случае короткого замыкания фаза замкнется на нейтраль, и все электроприборы окажутся под фазным напряжением.

Как различить фазу, ноль, землю

Проще всего определить назначение проводников по цветовой маркировке. В соответствие с нормами, фазный проводник может иметь любой цвет, нейтраль – голубую маркировку, земля – желто-зеленого цвета. К сожалению, при монтаже электрики цветовая маркировка соблюдается далеко не всегда. Нельзя забывать и вероятности того, что недобросовестный или неопытный электрик легко может перепутать фазу и ноль или подключить две фазы. По этим причинам всегда лучше воспользоваться более точными способами, чем цветовая маркировка.

Определить фазный и нулевой проводники можно с помощью индикаторной отвертки. При соприкосновении отвертки с фазой загорится индикатор, так как по проводнику проходит электроток. Ноль не имеет напряжения, поэтому индикатор загореться не может.

Отличить ноль от земли можно с помощью прозвонки. Сначала определяется и маркируется фаза, затем щупом прозвонки нужно прикоснуться к одному и проводников и клемме заземления в электрощитке. Ноль звониться не будет. При прикосновении к земле раздастся характерный звуковой сигнал.

Определение тока в нулевом проводе

Ток в нулевом проводе Io равен геометрической сумме трех фазных токов.

Измеряядлину вектора тока Io, получаем в нормальном режиме 4,5 см, поэтому Io =45 А. Векторы линейных напряжений на диаграмме не показаны, чтобы неусложнять чертеж.

Задача 3.Для трехфазного трансформатора мощностью S=180кВА, соединение обмоток которого Y⁄Y – 0 , известно; номинальное напряжение на зажимахпервичной обмотки U1Н = 10000В; напряжение холостого хода на зажимахвторичной обмотки U20 = 525В; напряжение короткого замыкания UК%=5,0%, мощность короткого замыкания PК= 4100 Вт, мощность холостогохода Р0=1200 Вт, ток холостого хода 𝐼0= 0,07 𝐼1Н.

Определить сопротивления обмоток трансформатора и сопротивлениянамагничивающего контура. Построить:

1) зависимость напряжения вторичной обмотки U2от коэффициентазагрузки β (U2 =𝑓(β) – внешняя характеристика),

2) зависимость коэффициента полезного действия 𝜂 от коэффициентазагрузки β.

Составить Т-образную схему замещения трансформатора

S U1H U20 UK PK P0 I0
кВА В В % Вт Вт %
5,0 7,0

Решение:

1.Определяем номинальный ток первичной обмотки:

=

2.Определяем ток холостого хода и cos φ 0:

I0= 0,07∙ 𝐼1Н= 0,07∙10,39 = 0,73 А

3.Сопротивления короткого замыкания:

4.Сопротивления первичной обмотки и приведенных к первичной обмотке сопротивления вторичной обмотки:

Коэффициент трансформации

Сопротивление вторичной обмотки

5. Сопротивления контура намагничивания

6. Для построения внешней характеристики U2 =𝑓(β) определяем потерю напряжения во вторичной обмотке трансформатора:

где cos — коэффициент мощности нагрузки.

𝑈𝑎%, 𝑈р%- активное и реактивное относительные падения напряжений:

где cosφК= 𝑅К⁄𝑍К ; sinφК = 𝑋К⁄𝑍К

Напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора определяется по формуле:

Задаваясь различными значениями β, определяем падения напряжения на обмотке трансформатора ΔU2% и напряжения на зажимах вторичной обмотки.Построение зависимости

𝜂 = 𝑓(𝛽) производится по формуле:

Т- образная схема замещения (эквивалентная схема) показана на рис.17

Рис. 17

Задача 4.Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором типа 4А25034У3,номинальная мощность которого 𝑃н, включен в сеть под номинальноенапряжение 𝑈н с частотой 𝑓 = 50 Гц. Определить : номинальный 𝐼н ипусковой 𝐼п токи, номинальный 𝑀н, пусковой 𝑀п при 𝑆 = 1 и максимальный𝑀к моменты, полные потери в двигателе при номинальной нагрузке Δ 𝑃н.

Построить механическую характеристику двигателя n = 𝑓(𝑀) .Данные для расчета приведены в табл.4.

𝑈н 𝑃н 𝑆н 𝜂н cos 𝜑н p (число пар полюсов) 𝑀к⁄𝑀н = λ
В кВт % %
2,0 0,87 2,2 7,5

частота вращения ротора n2= 1480об/мин; кратность пускового моментаМПУСК/МНОМ=1,2; Частота токав сети f =50 Гц.

Решение:

1. Мощность, потребляемая из сети:

Р1 = РН/ηН= 75/0,93 = 80,6 кВт

2. Номинальный момент, развиваемый двигателем

= 9550 Нм

3. Пусковой и максимальный моменты

Мmax= λMH=2,2 484 =1064,8Нм

Мпуск = 1,2 Мн = 1,2 484 = 581 Нм

4. Номинальный и пусковой токи

= 7,5 Iн = 7,5 141 =1057,5 А

6. Суммарные потери в двигателе:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *