Как определить ток в нейтральном проводе: Вопрос Ток в нейтральном проводе в трехфазных цепях.

Содержание

Вопрос Ток в нейтральном проводе в трехфазных цепях.




⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 4Следующая ⇒

Трехфазные цепи с нейтральным проводе называют четерехпроводными цепями.

Обычно сопротивлением проводов не учитывается /

Тогда фазные напр. приемника будут равны фазн. напряжением генератора. .

При том что комплексные сопротивления равны , то токи определяются

В соответствии с 1 зак. Киргофа ток в нейтр. проводе

При симмет. напр.

При несим. напр.

Нейтр провод выравнивает фазные напряжения.

Режимы работы трехфазного премника.

Различают два вида соединений: в звезду и в треугольник. В свою очередь при соединении в звезду система может быть трех- и четырехпроводной.

Соединение в звезду

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

Линейнымназывается провод, соединяющий начала фаз обмотки генератора и приемника. Точка, в которой концы фаз соединяются в общий узел, называется нейтральной(на рис. 6 N и N’ – соответственно нейтральные точки генератора и нагрузки).

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 . Если система фазных токов симметрична, то . Следовательно, если бы симметрия токов была гарантирована, то нейтральный провод был бы не нужен. Как будет показано далее, нейтральный провод обеспечивает поддержание симметрии напряжений на нагрузке при несимметрии самой нагрузки.

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


 

Отметим, что всегда — как сумма напряжений по замкнутому контуру.

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

 

(4)

Обычно при расчетах принимается . Тогда для случая прямого чередования фаз , (при обратном чередовании фазфазовые сдвиги у и меняются местами). С учетом этого на основании соотношений (1) …(3) могут быть определены комплексы линейных напряжений. Однако при симметрии напряжений эти величины легко определяются непосредственно из векторной диаграммы на рис. 7. Направляя вещественную ось системы координат по вектору (его начальная фаза равна нулю), отсчитываем фазовые сдвиги линейных напряжений по отношению к этой оси, а их модули определяем в соответствии с (4). Так для линейных напряжений и получаем: ; .

Соединение в треугольник

В связи с тем, что значительная часть приемников, включаемых в трехфазные цепи, бывает несимметричной, очень важно на практике, например, в схемах с осветительными приборами, обеспечивать независимость режимов работы отдельных фаз. Кроме четырехпроводной, подобными свойствами обладают и трехпроводные цепи при соединении фаз приемника в треугольник. Но в треугольник также можно соединить и фазы генератора (см. рис. 8).

Для симметричной системы ЭДС имеем

.

Таким образом, при отсутствии нагрузки в фазах генератора в схеме на рис. 8 токи будут равны нулю. Однако, если поменять местами начало и конец любой из фаз, то и в треугольнике будет протекать ток короткого замыкания. Следовательно, для треугольника нужно строго соблюдать порядок соединения фаз: начало одной фазы соединяется с концом другой.



Схема соединения фаз генератора и приемника в треугольник представлена на рис. 9.

Очевидно, что при соединении в треугольник линейные напряжения равны соответствующим фазным. По первому закону Кирхгофа связь между линейными и фазными токами приемника определяется соотношениями

Аналогично можно выразить линейные токи через фазные токи генератора.

На рис. 10 представлена векторная диаграмма симметричной системы линейных и фазных токов. Ее анализ показывает, что при симметрии токов

 

. (5)

В заключение отметим, что помимо рассмотренных соединений «звезда — звезда» и «треугольник — треугольник» на практике также применяются схемы «звезда — треугольник» и «треугольник — звезда».

 



Рекомендуемые страницы:

Соединение фаз потребителей электроэнергии в звезду

Схема соединения фаз электроприемников «звезда» получила очень широкое распространение в электроэнергетике. Принципиальная схема соединения звездой показана ниже:

soedinenie-faz-elektropriemnikov-v-zvezdu

Из схемы видно, что фазные напряжения приемника Ua, Ub, Uc не равны линейным напряжениям Uab, Ubc, Uca. Если применить к контурам aNba, bNcb, cNac второй закон Кирхгофа получим соотношение для фазных и линейных напряжений:

sootnosheniya-mezhdu-faznymi-i-linejnymi-napryazheniyami

Если сопротивления нейтрального провода и линейных проводов не учитывать, то можно предположить, что напряжение на клеммах генератора и электроприемника равны. Вследствие указанного равенства векторные диаграммы для источника и приемника электрической энергии будут одинаковы.

vektornaya-diagramma-pri-soedinenii-elektropriemnikov-zvezdoj-i-simmetrichnoj-nagruzke

Фазные и линейные напряжения приемника, как и источника, будут образовывать две симметричные системы напряжений. Соответственно между фазными и линейными значениями напряжений будет существовать определенная зависимость:

sootnoshenie-mezhdu-faznymi-i-linejnymi-znacheniyami-napryazhenij-dlya-simmetrichnoj-zvezdy

Далее будет показано, что соотношение (2) будет справедливо лишь при определенных условиях, а также в случае отсутствия нулевого провода, то есть в трехпроводной сети.

Исходя из указанного выше соотношения (2) можно сделать вывод, что соединение звездой лучше применять в случае, когда каждая фаза трехфазного электроприемника или однофазные приемники рассчитаны на напряжение вkoren-s-trex раз меньше, чем номинальное линейное напряжение сети.

Также из схемы соединения звезда (смотри схему выше) видно, что при соединении приемников звездой фазные токи будут равны линейным:

sootnosheniya-mezhdu-faznymi-i-linejnymi-tokami

Применив первый закон Кирхгофа можно получить соотношение между токами при соединении электроприемников звездой:

sootnoshenie-mezhdu-tokami-pri-soedinenii-elektropriemnikov-zvezdoj

Зная фазные токи с помощью формулы (4) можно вычислить ток нейтрального провода IN. В случае отсутствия нейтрального провода справедливо будет выражение:

v-sluchae-otsutstviya-nejtralnogo-provoda-spravedlivo-budet-vyrazhenie

Симметричная нагрузка при соединении приемников звездой

Нагрузка считается симметричной тогда, когда реактивные и активные сопротивления каждой фазы будут равны, то есть выполняется равенство:

uslovie-simmetrichnosti-nagruzki-pri-soedinenii-priemnikov-zvezdoj

Условие симметричности также может быть выражено через комплексные сопротивления Za = Zb = Zc.

Симметричная нагрузка в сети возникает при подключении трехфазных электроприемников. Будем считать, что данная система имеет нейтральный провод.

В отношении любой из фаз при симметричной нагрузке будут справедливы все формулы, полученные для однофазной сети, например для фазы А:

sootnoshenie-dlya-odnoj-fazy-pri-simmetrichnoj-nagruzke

Так как в четырехпроводной цепи Ua = Ub = Uc = Uлkoren-s-trex , то при симметричной нагрузке:

sootnosheniya-trexfaznoj-cepi-pri-simmetrichnoj-nagruzke

Векторная диаграмма при симметричной активно-индуктивной нагрузке приведена выше. Из приведенных выражений и векторной диаграммы следует, что при симметричной нагрузке образуется симметричная система токов, поэтому ток в нейтральном проводе будет равен IN = Ia + Ib + Ic = 0.

Отсюда можно сделать вывод, что при симметричной нагрузке отключение нейтрального провода не приведет к серьезным нарушениям работы электроприемников, то есть не произойдет изменение фазных напряжений, углов сдвига, токов, мощностей.

Из сказанного выше следует, что при симметричной нагрузке в нейтральном проводе нет необходимости, и довольно часто в симметричных системах нейтральный провод не применяется.

Мощность трехфазного приемника электрической энергии при симметричной нагрузке можно выразить формулами:

moshhnost-trexfaznoj-cepi-pri-simmetrichnoj-nagruzke

Как правило, для трехфазных приемников электрической энергии в качестве номинальных параметров указываются линейные напряжения и токи. Исходя из этого, целесообразней выражать мощность трехфазной цепи тоже через линейные напряжения и тока, поэтому подставим в формулу (6) линейные значения и получим:

moshhnost-simmetrichnoj-trexfaznoj-cepi-vyrazhennaya-cherez-linejnye-napryazheniya-i-toki

Пример

К трехфазной электрической цепи с линейным напряжением Uл = Uab = Ubc = Uca = 380 В необходимо подключить трехфазный электроприемник, каждая фаза которого рассчитывается на фазное напряжение в 220 В и имеет активное сопротивление rф = 10 Ом и индуктивное сопротивление хф = 10 Ом, которые соединены последовательно. Необходимо определить мощности, углы сдвига между токами и напряжениями (cos φ) и фазные токи.

Решение

Каждая фаза потребителя электрической энергии рассчитана на напряжение в koren-s-trexраз меньше номинального, то фазы потребителя нужно соединять в звезду. Поскольку нагрузка в данном случае симметричная, то нулевой провод (нейтраль) к потребителю можно не подводить.

Фазные тока, углы сдвига cos φ, а также полны сопротивления фаз будут иметь вид:

primer-rascheta-trexfaznoj-simmetrichnoj-seti1

Активная, реактивная и полная мощности  приемника, а также любой фазы будут равны:

primer-rascheta-trexfaznoj-simmetrichnoj-seti2

Векторная диаграмма для данной системы приводилась выше.

Несимметричная нагрузка при соединении приемников звездой

Нагрузка трехфазной электрической сети будет считаться несимметричной, если хотя бы одно из фазных сопротивлений не равно другим. Проще говоря, сопротивления фаз не равны, например: ra = rb = rc, xa = xb ≠ xc. В общем случае  считают, что несимметричная нагрузка возникает при отключении одной из фаз.

Возникает не симметрия чаще всего при подключении к трехфазной сети однофазных электроприемников. Они могут иметь различные мощности, режимы работы, различное территориальное расположение, что тоже влияет на величину фазной нагрузки.

В случае, когда необходимо подключить однофазные потребители электрической энергии, для более равномерной загрузки их делят на три примерно одинаковые по мощности группы.

nesimmetrichnoe-podklyuchenie-elektropriemnikov-zvezdoj

Один вывод однофазных потребителей подключают к одной из трех фаз, а второй вывод подключают к нейтральному проводу. Так как все электроприемники рассчитываются на одно напряжение, то в пределах каждой фазы они соединяются параллельно.

Главной особенностью электрической сети несимметричной нагрузкой является то, что она должна в обязательном порядке иметь нейтральный провод. Это объяснимо тем, что при его отсутствии величины фазных напряжений будут в значительной степени зависеть от величины не симметрии сети, то есть от величин и характера сопротивления каждой из фаз. Поскольку сопротивления фаз могут варьироваться довольно в широких пределах в зависимости от количества подключенных электроприемников, также широко будет варьироваться и напряжения на потребителях электрической энергии, а это недопустимо.

Для иллюстрации выше сказанного ниже приведена векторная диаграмма для трехфазной несимметричной цепи при наличии нейтрального провода:

vektonaya-diagramma-nesimmetrichnoj-trexfaznoj-cepi-s-nulevym-provodom

Ниже приведена приведена векторная диаграмма для этой же цепи, но при отсутствии нулевого рабочего (нейтрального) провода:

vektonaya-diagramma-nesimmetrichnoj-trexfaznoj-cepi-bez-nulevogo-provoda

Также можно посмотреть видео, где объясняется, что может произойти в электрической цепи при обрыве нулевого провода:

Необходимость нулевого провода станет еще более очевидной, если представить, что вам необходимо подключить однофазного потребителя к одной из фаз, при этом остальные две подключать нельзя, так как приемник рассчитан на фазное напряжение 220 В, а не на линейное 380В, как в таком случае получить замкнутый контур для протекания электрического тока? Только использовать нулевой рабочий проводник.

Для повышения надежности соединения электроприемников в цепь нулевого рабочего проводника не устанавливают коммутационную аппаратуру (автоматические выключатели, предохранители или разъединители).

Фазные токи, углы сдвига, а также фазные мощности при несимметричной нагрузке будут различными. Для вычисления их фазных значений можно применить формулу (5), а вот для вычисления трехфазной мощности формула (6) уже не подходит. Для определения мощностей необходимо пользоваться выражением:

moshhnost-trexfaznoj-cepi-pri-nesimmetrichnoj-nagruzke

Если существует необходимость определения тока нейтрального провода, то необходимо решать задачу комплексным методом. Если существует векторная диаграмма, то определить ток можно по ней.

Пример

В осветительной электрической сети с напряжением в 220 В в фазе А включено 20 ламп, фазе В – 10 ламп, а в фазе С – 5 ламп. Параметры лампы Uном = 127 В, Рном = 100 Вт. Необходимо определить ток нейтрального провода и каждой лампы.

Решение

Если учесть, что лампы накаливания имеют только активное сопротивление (реактивное слишком мало и им пренебрегают), то по формуле мощности определим ток лампы, а по закону Ома ее сопротивление:

primer-rascheta-trexfaznoj-nesimmetrichnoj-seti1

Зная число и сопротивление ламп нетрудно определить сопротивления фаз, а также фазные токи:

primer-rascheta-trexfaznoj-nesimmetrichnoj-seti2

Для определения тока в нейтральном проводе IN решим задачу комплексным методом. Так как при сделанных ранее допущениях комплексные напряжения приемника равны комплексным ЭДС источника, получим:

primer-rascheta-trexfaznoj-nesimmetrichnoj-seti3

Где комплексные значения фазных сопротивлений будут равны Za = 8,05 Ом, Zb = 16,1 Ом, Zс = 32,2 Ом.

Комплексные значения токов, а также действующее значение тока нейтрального провода будут иметь вид:

primer-rascheta-trexfaznoj-nesimmetrichnoj-seti4

Расчет трехфазных цепей (Лекция №17)

Трехфазные цепи являются разновидностью цепей синусоидального тока, и, следовательно,
все рассмотренные ранее методы расчета и анализа в символической форме в полной
мере распространяются на них. Анализ трехфазных систем удобно осуществлять с
использованием векторных диаграмм, позволяющих достаточно просто определять
фазовые сдвиги между переменными. Однако определенная специфика многофазных
цепей вносит характерные особенности в их расчет, что, в первую очередь, касается
анализа их работы в симметричных режимах.

Расчет симметричных режимов работы трехфазных систем

Многофазный приемник и вообще многофазная цепь называются симметричными,
если в них комплексные сопротивления соответствующих фаз одинаковы, т.е.
если . В противном случае они являются
несимметричными. Равенство модулей указанных сопротивлений не является
достаточным условием симметрии цепи. Так, например трехфазный приемник на рис.
1,а является симметричным, а на рис. 1,б – нет даже при условии: .

Если к симметричной трехфазной цепи приложена симметричная трехфазная система
напряжений генератора, то в ней будет иметь место симметричная система токов.
Такой режим работы трехфазной цепи называется симметричным. В этом режиме
токи и напряжения соответствующих фаз равны по модулю и сдвинуты по фазе друг
по отношению к другу на угол . Вследствие указанного расчет
таких цепей проводится для одной – базовой – фазы, в качестве которой
обычно принимают фазу А. При этом соответствующие величины в других фазах получают
формальным добавлением к аргументу переменной фазы А фазового сдвига при сохранении неизменным ее модуля.

Так для симметричного режима работы цепи на рис. 2,а при известных линейном
напряжении и сопротивлениях фаз можно записать

,

где
определяется характером нагрузки .

Тогда на основании вышесказанного

;

.

 

Комплексы линейных токов можно найти с использованием векторной диаграммы на
рис. 2,б, из которой вытекает:

При анализе сложных схем, работающих в симметричном режиме, расчет осуществляется
с помощью двух основных приемов:

Все треугольники заменяются эквивалентными звездами. Поскольку треугольники
симметричны, то в соответствии с формулами преобразования «треугольник-звезда»
.

Так как все исходные и вновь полученные звезды нагрузки симметричны, то потенциалы
их нейтральных точек одинаковы. Следовательно, без изменения режима работы цепи
их можно (мысленно) соединить нейтральным проводом. После этого из схемы выделяется
базовая фаза (обычно фаза А), для которой и осуществляется расчет, по результатам
которого определяются соответствующие величины в других фазах.

Пусть, например, при заданном фазном напряжении необходимо определить линейные
токи и в схеме на рис. 3, все сопротивления
в которой известны.

В соответствии с указанной методикой выделим расчетную фазу А, которая представлена
на рис. 4. Здесь , .

Тогда для тока можно записать

,

и соответственно .

Расчет несимметричных режимов работы трехфазных систем

Если хотя бы одно из условий симметрии не выполняется, в трехфазной цепи имеет
место несимметричный режим работы. Такие режимы при наличии в цепи только статической
нагрузки и пренебрежении падением напряжения в генераторе рассчитываются для
всей цепи в целом любым из рассмотренных ранее методов расчета. При этом фазные
напряжения генератора заменяются соответствующими источниками ЭДС. Можно отметить,
что, поскольку в многофазных цепях, помимо токов, обычно представляют интерес
также потенциалы узлов, чаще других для расчета сложных схем применяется метод
узловых потенциалов. Для анализа несимметричных режимов работы трехфазных цепей
с электрическими машинами в основном применяется метод симметричных составляющих,
который будет рассмотрен далее.

При заданных линейных напряжениях наиболее просто рассчитываются трехфазные
цепи при соединении в треугольник. Пусть в схеме на рис. 2,а . Тогда при известных комплексах
линейных напряжений в соответствии с законом Ома

; ; .

По найденным фазным токам приемника на основании первого закона Кирхгофа определяются
линейные токи:

.

Обычно на практике известны не комплексы линейных напряжений, а их модули.
В этом случае необходимо предварительное определение начальных фаз этих напряжений,
что можно осуществить, например, графически. Для этого, приняв , по заданным модулям напряжений,
строим треугольник (см. рис.5), из которого (путем замера) определяем значения
углов a и b.

Тогда

Искомые углы a и b могут быть также найдены аналитически
на основании теоремы косинусов:

При соединении фаз генератора и нагрузки в звезду и наличии нейтрального провода
с нулевым сопротивлением фазные напряжения нагрузки равны соответствующим напряжениям
на фазах источника. В этом случае фазные токи легко определяются по закону Ома,
т.е. путем деления известных напряжений на фазах потребителя на соответствующие
сопротивления. Однако, если сопротивление нейтрального провода велико или он
отсутствует, требуется более сложный расчет.

Рассмотрим трехфазную цепь на рис. 6,а. При симметричном питании и несимметричной
нагрузке ей в общем случае будет соответствовать
векторная диаграмма напряжений (см. рис. 6,б), на которой нейтральные точки
источника и приемника занимают разные положения, т.е. .

Разность потенциалов нейтральных точек генератора и нагрузки называется напряжением
смещения нейтральной точки
(обычно принимается, что ) или просто напряжением смещения
нейтрали.
Чем оно больше, тем сильнее несимметрия фазных напряжений на нагрузке,
что наглядно иллюстрирует векторная диаграмма на рис. 6,б.

Для расчета токов в цепи на рис. 6,а необходимо знать напряжение смещения нейтрали.
Если оно известно, то напряжения на фазах нагрузки равны:

.

 

Тогда для искомых токов можно записать:

.

Соотношение для напряжения смещения нейтрали, записанное на основании метода
узловых потенциалов, имеет вид


.(1)

При наличии нейтрального провода с нулевым сопротивлением , и из (1) . В случае отсутствия нейтрального
провода . При симметричной нагрузке с учетом того, что , из (1) вытекает .

В качестве примера анализа несимметричного
режима работы цепи с использованием соотношения (1) определим, какая из ламп
в схеме на рис. 7 с прямым чередованием фаз источника будет гореть ярче, если
.

Запишем выражения комплексных сопротивлений фаз нагрузки:

Тогда для напряжения смещения нейтрали будем иметь

Напряжения на фазах нагрузки (здесь и далее индекс N у фазных напряжений источника
опускается)

Таким образом, наиболее ярко будет гореть лампочка в фазе С.

В заключение отметим, что если при соединении в звезду задаются линейные напряжения
(что обычно имеет место на практике), то с учетом того, что сумма последних
равна нулю, их можно однозначно задать с помощью двух источников ЭДС, например,
и . Тогда, поскольку при этом , соотношение (1) трансформируется
в формулу


.(2)

Литература

  1. Основы теории цепей: Учеб. для вузов /Г.В.Зевеке, П.А.Ионкин, А.В.Нетушил,
    С.В.Страхов. –5-е изд., перераб. –М.: Энергоатомиздат, 1989. -528с.
  2. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники: Электрические
    цепи. Учеб. для студентов электротехнических, энергетических и приборостроительных
    специальностей вузов. –7-е изд., перераб. и доп. –М.: Высш. шк., 1978. –528с.

Контрольные вопросы и задачи

  1. Какой многофазный приемник является симметричным?
  2. Какой режим работы трехфазной цепи называется симметричным?
  3. В чем заключается специфика расчета симметричных режимов работы трехфазных
    цепей?
  4. С помощью каких приемов трехфазная симметричная схема сводится к расчетной
    однофазной?
  5. Что такое напряжение смещения нейтрали, как оно определяется?
  6. Как можно определить комплексы линейных напряжений, если заданы их модули?
  7. Что обеспечивает нейтральный провод с нулевым сопротивлением?
  8. В цепи на рис. 6,а ; ; ; . Линейное напряжение равно 380
    В.
  9. Определить ток в нейтральном проводе.

    Ответ: .

  10. В схеме предыдущей задачи ; . Остальные параметры те же.
  11. Определить ток в нейтральном проводе.

    Ответ: .

  12. В задаче 8 нейтральный провод оборван.
  13. Определить фазные напряжения на нагрузке.

    Ответ: ; ; .

  14. В задаче 9 нейтральный провод оборван.
  15. Определить фазные напряжения на нагрузке.

    Ответ: ; ; .

Расчет тока в нулевом проводе при неравномерной нагрузке

Совсем недавно, при обсуждении темы на форуме, попросили сделать программу для расчета тока в нулевом проводе при неравномерной нагрузке. Какое практическое значение она имеет? Это уже второй вопрос В общем, об программе и не только…

В общем случае, ток в нулевом проводе не может быть больше тока в фазном проводе, если в сети отсутствует нелинейная нагрузка.

Я уже когда-то писал про выбор кабеля для нелинейной нагрузки.

Чтобы найти ток в нулевом проводнике необходимо найти результирующий вектор тока, образованный тремя фазными токами.

Ток в нулевом проводе

Чтобы ускорить этот процесс, я создал простую программу, которая позволяет быстро найти ток в нулевом проводе при неравномерной нагрузке.

Внешний вид программы:

Внешний вид программы

А теперь самое главное, что хотел рассказать вам. У меня есть как хорошие, так и плохие новости.

В настоящее время на блоге происходят перемены и эти перемены в лучшую сторону. Я стремлюсь к тому, чтобы каждый смог найти для себя здесь полезную информацию. Все что здесь не делается — все для вас, уважаемые читатели! Если бы не было вас, не было бы и этого блога.

Особенно хочу всех поблагодарить за теплые слова, которые шлете мне на почту, именно они меня мотивируют делать сайт еще лучше.  Например, посмотрите последний отзыв. Лично я к отзывам на других сайтах отношусь насторожено, т.к. закрадывается мысль, что все они куплены. Но, у меня все по-другому, я даже приветствую критику, т.к. именно критика позволяет ставить перед собой новые цели и задачи. Не стесняйтесь оставлять отзывы, критиковать меня.

Всех подписчиков блога я перенес на новый сервис рассылки. Туда даже попали не активированные адреса. Если вдруг вы не желаете или просто не хотите получать автоматические письма о новых статьях – просто нажмите «отписаться».

Кроме автоматических писем, теперь я буду вам высылать письма с различными полезными штучками. Каждый раз архив будут накапливаться, так что новые подписчики смогут получить «плюшку», например, которую я отправлял 3 месяца назад.

Первая такая «плюшка» – программа для расчета тока в нулевом проводе.

Следующая хорошая новость: уже практически готов «Практический курс проектирования кабельных сетей» и ориентировочно через 2 недели будет более подробный обзор. Поэтому у вас еще имеется возможность зарезервировать курс по скидке, которую устраиваю в честь первого своего курса. Если наберется нужное количество желающих, то обзора на блоге возможно и не будет, вернее будет рассылка с ссылкой на страницу курса лишь тем, кто уже изъявил желание получить данный курс и научиться проектировать так, как это умею я, используя мой шаблон проекта и мои динамические блоки.

Реализация курса будет проходить в 2 этапа – сначала по скидке, затем будет перерыв для записи дополнительного бонуса. После этого будет запущен курс в продажу по стандартной цене и, конечно же, об этом еще напишу.

Зачем я это все делаю? Цель: все 100% должны быть довольны, а по-другому наверное и не будет, я готов каждому уделить нужное количество времени. Подобных аналогов в проектировании я не встречал. Где вы еще получите знания-опыт-шаблон проекта и все это в одном флаконе?

Если бы мне предложили такой инструмент 8 лет назад, я бы даже и не думал…

По поводу конкурса. Конкурс будет продлен, жаль, что практически никто не хочет получить данный курс совсем бесплатно. Неужели трудно написать статью?) У меня их на блоге более 400. Ожидаю хотя бы 3-х участников, чтобы раздать подарки.

Есть у меня еще и плохая новость, хотя…как посмотреть…

С выходом курса будут введены новые условия получения программ. Расчетные программы, формы – один из основных инструментов проектировщика, который способен сократить сроки проектирования. Я намерен сделать их еще лучше. После завершения работы над курсом, скорее всего займусь программами для ВЛИ, т.к. уже давно обещаю… В конце месяца будет рассылка архива программ, где все версии программ примут «v.1».

Следите за новостями и будьте на шаг впереди своих конкурентов

Советую почитать:

Трехфазное соединение звездой с нейтральным проводом




⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 5Следующая ⇒

 

В звезде с нейтральным проводом каждая фаза нагрузки с помощью нейтрального провода и соответствующей линии независимо подключена к своему генератору. Следовательно, если не учитывать малые падения напряжения в линии, фазные напряжения, также как ЭДС генератора равны по величине и сдвинуты по фазе на 1200.

 

 

Соответственно, линейные напряжения

 

 

 

Из векторной диаграммы линейных и фазных напряжений можно найти соотношение между ними. По теореме косинусов для любого линейного напряжения (учитывая, что cos1200 = – 0.5) получим

 

=

Следовательно, в звезде с нейтральным проводом при любой нагрузке линейные напряжения (Uл) равны по величине и в раз больше фазных (Uф).

Uл = UAB = UBC = UCA = Uф = Ua = Ub = Uc

 

Из схемы соединения нагрузки звездой следует, что линейные токи равны соответствующим фазным

 

 

Ток в нейтральном проводе можно определить из I закона Кирхгофа для нейтральной точки нагрузки “n” – сумма геометрическая (векторная), следовательно, для определения In нужно построить векторную диаграмму.

 

 

Пример расчета трехфазной нагрузки, соединенной

Звездой с нейтральным проводом

 

 

Пусть известно линейное напряжение и сопротивления

всех фаз

 

 

1. Определяем фазные напряжения

Ua = Ub = Uc = Uл /

2. Определяем сопротивления фаз, фазные токи и углы сдвига фаз между током и напряжением

 

Аналогично определяются Zb, Ib, φb; Zc, Ic, φc

3. Ток в нейтральном проводе определяется по векторной диаграмме (ВД)

Порядок построения ВД

3.1. Строим 3 вектора фазных напряжений со сдвигом на 1200

3.2. Относительно каждого из этих напряжений строим фазные токи , учитывая величину и направление угла сдвига фаз между током и напряжением.

3.3.Складываем геометрически

фазные токи и находим ток

в нейтральном проводе

 

 

 

Трехфазное соединение нагрузки треугольником

При соединении нагрузки треугольником каждая фаза нагрузки включена между двумя линейными проводами, следовательно, фазные напряжения равны соответствующим линейным


 

Пример расчета трехфазной нагрузки, соединенной треугольником.

 

1. Определяем сопротивления фаз (Zab, Zbc, Zca) , фазные токи и углы сдвига фаз между током и напряжением

Аналогично определяются Zbc, Ibc, φbc ; Zca, Ica, φca

2. Линейные токи можно определить по векторной диаграмме (ВД) на основания I закона Кирхгофа в векторной форме

Для узла “a”

=>

Аналогично для узлов “b” и “c” получим

;

 

Порядок построения ВД

2.1. Строим 3 вектора фазных напряжений со сдвигом на 1200

2.2. Относительно каждого из этих напряжений строим фазные токи , учитывая величину и направление угла сдвига фаз между током и напряжением.

2.3. Строим вектор линейного тока по соотношению

– из фазного тока вычитаем фазный ток (т.е. из конца вектора строим вектор минус ) – получаем линейный ток . Аналогично находим линейные токи и .

 

 

 

При обрыве одной из фаз ток в этой фазе равен 0, токи в двух оставшихся фазах и все фазные напряжения не изменяются. Линейные токи определяются по векторной диаграмме, как и в предыдущем случае.

При обрыве линейного провода система перестает быть трехфазной. Схема представляет из себя две параллельные ветви, включенные между двумя оставшимися линейными проводами. Фазные и линейные токи можно определить на основе методов расчета цепи с параллельным соединением элементов.
Тема 3 Трансформаторы

Назначение –преобразование переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения без изменения частоты, т.е. для повышения или понижения напряжения. Без трансформаторов передача электроэнергии на большие расстояния была бы невозможна.

Применение –очень широкое – вся силовая энергетика, практически все бытовые и промышленные электронные устройства и т.д.



Устройство –две или более обмоток, расположенных на замкнутом ферромагнитном сердечнике (ФМС). Обмотка, которая подключается к сети, называется первичной.К остальным обмоткам (вторичным) подключаются нагрузки.

Принцип действия трансформатораоснован на явлении электромагнитной индукции – законе Фарадея. При подключении первичной обмотки W1 к сети переменного тока с напряжением ~ U1 по ней течет переменный ток ~ I1, который будет создавать переменный магнитный поток Ф1. Основная часть этого потока Ф распространяется по ФМС (основной поток), пронизывает витки вторичной обмотки W2 и индуктирует в них ЭДС E2 (закон Фарадея).

(при любом изменении магнитного потока в каждом витке индуктируется ЭДС, пропорциональная скорости изменения магнитного потока e ~ – dФ/dt. Если же ток постоянный, то Ф–const, => dФ/dt = 0, => e = 0, т.е. постоянный поток ЭДС не создает, => трансформатор не работает на постоянном токе).

Если W2 > W1 то ЭДС вторичной обмотки Е2 > E1 => U2 > U1 – трансформатор повышающий.

Если W2 < W1 то ЭДС вторичной обмотки Е2 < E1 => U2 < U1 – трансформатор понижающий.

Назначение ФМС –ФМС служат для усиления магнитного поля и придания ему нужной конфигурации. При введении в катушку ФМС он намагничивается и его собственное магнитное поле складывается с полем катушки. В результате магнитный поток (МП) резко возрастает (приблизительно в m раз).

m – магнитная проницаемость ФМС (до 10 000).

Следовательно, используя ФМС, при том же токе в катушке можно получить в m раз больший МП, или заданный МП получить при в m раз меньшем токе в обмотке.

Это огромный плюс использования ФМС.Но есть и минусы.

––В ФМС возникают дополнительные потери энергии (потери в стали)

Рст = Рвт + Рг

1. Вихревые потери Рвт –ток переменный => МП переменный, он будет в самом ФМС индуктировать ЭДС (закон Фарадея), сердечник проводящий, по нему текут вихревые токи, которые разогревают сердечник. Для уменьшения этих потерь сердечники делают не сплошными, а набирают из тонких изолированных пластин, или прессуют из ферромагнитного порошка с диэлектрическим связующим.

2. Гистерезисные потери Рг –или потери на перемагничивание. Ток переменный, при каждом изменении направления тока ФМС перемагничивается, на это тратится энергия, пропорциональная частоте и площади петли гистерезиса. Для уменьшения этих потерь ФМС изготавливают из магнито-мягких материалов с узкой петлей гистерезиса.

Потоки в трансформаторе

Ф – основной поток – в ФМС

Фs1 и Фs2 – потоки рассеяния каждой обмотки. Это часть потока, которая распространяется не по ФМС, а по воздуху. Но эти потоки малы, т.к. магнитное сопротивление воздуха в mФМС раз больше чем у ФМС (mвоздуха=1, а mФМС до 10000).



Рекомендуемые страницы:

13. Элементы трехфазной электрической цепи. Фазные, линейные токи, напряжения.

Трехфазная
цепь состоит из трех основных элементов:
трехфазного генератора, линии передачи
со всем необходимым оборудованием,
приемников (потребителей). 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:

.

14. Симметричный и несимметричный приемники в трехфазных цепях, векторные диаграммы.

Векторная
диаграмма при соединении приемника
звездой в случае симметричной нагрузки
.

Векторная
диаграмма при соединении приемника
звездой в случае симметричной нагрузки
.

15.
Ток в нейтральном проводе в трехфазных
цепях.
Нейтральный
(нулевой рабочий) провод
 — провод,
соединяющий между собой нейтрали
электроустановок в 
трёхфазных
электрических сетях
.
При соединении обмоток 
генератора и
приёмника электроэнергии по схеме
«звезда» фазное 
напряжение зависит
от подключаемой к каждой фазе нагрузки.
В случае подключения, например, трёхфазного
двигателя, нагрузка будет симметричной,
и напряжение между нейтральными точками
генератора и двигателя будет равно
нулю. Однако, в случае, если к каждой
фазе подключается разная нагрузка, в
системе возникнет так называемое 
напряжение
смещения нейтрали
,
которое вызовет несимметрию напряжений
нагрузки. На практике это может привести
к тому, что часть потребителей будет
иметь пониженное напряжение, а часть
повышенное. Пониженное напряжение
приводит к некорректной работе
подключённых электроустановок, а
повышенное может, кроме этого, привести
к повреждению электрооборудования или
возникновению 
пожара.
Соединение
нейтральных точек генератора и приёмника
электроэнергии нейтральным проводом
позволяет снизить напряжение смещения
нейтрали практически до нуля и выровнять
фазные напряжения на приёмнике
электроэнергии. Небольшое напряжение
будет обусловлено только 
сопротивлением нулевого
провода.

15 Вопрос Ток в нейтральном проводе в трехфазных цепях.

Трехфазные
цепи с нейтральным проводе называют
четерехпроводными цепями.

Обычно
сопротивлением проводов не учитывается
/

Тогда
фазные напр. приемника будут равны фазн.
напряжением генератора. .

При
том что комплексные сопротивления равны
,
то токи определяются

В
соответствии с 1 зак. Киргофа ток в нейтр.
проводе

При
симмет. напр.

При
несим. напр.

Нейтр
провод выравнивает фазные напряжения.

16 Режимы работы трехфазного премника.

 Различают
два вида соединений: в
звезду и в
треугольник. В
свою очередь при соединении в звезду
система может быть трех- и четырехпроводной.

Соединение
в звезду

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

Линейным называется
провод, соединяющий начала фаз обмотки
генератора и приемника. Точка, в которой
концы фаз соединяются в общий узел,
называется нейтральной (на
рис. 6  N и N’ – соответственно
нейтральные точки генератора и нагрузки).

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 .
Если система фазных токов симметрична,
то .
Следовательно, если бы симметрия токов
была гарантирована, то нейтральный
провод был бы не нужен. Как будет показано
далее, нейтральный провод обеспечивает
поддержание симметрии напряжений на
нагрузке при несимметрии самой нагрузки.

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

Отметим,
что всегда  —
как сумма напряжений по замкнутому
контуру.

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

(4)

Обычно
при расчетах принимается .
Тогда для случая прямого
чередования фаз 
 (при обратном
чередовании фаз 
фазовые
сдвиги у  и  меняются
местами). С учетом этого на основании
соотношений (1) …(3) могут быть определены
комплексы линейных напряжений. Однако
при симметрии напряжений эти величины
легко определяются непосредственно из
векторной диаграммы на рис. 7. Направляя
вещественную ось системы координат по
вектору  (его
начальная фаза равна нулю), отсчитываем
фазовые сдвиги линейных напряжений по
отношению к этой оси, а их модули
определяем в соответствии с (4). Так для
линейных напряжений  и  получаем: .

Соединение
в треугольник

В
связи с тем, что значительная часть
приемников, включаемых в трехфазные
цепи, бывает несимметричной, очень важно
на практике, например, в схемах с
осветительными приборами, обеспечивать
независимость режимов работы отдельных
фаз. Кроме четырехпроводной, подобными
свойствами обладают и трехпроводные
цепи при соединении фаз приемника в
треугольник. Но в треугольник также
можно соединить и фазы генератора (см.
рис. 8).

  Для
симметричной системы ЭДС имеем

.

Таким
образом, при отсутствии нагрузки в фазах
генератора в схеме на рис. 8 токи будут
равны нулю. Однако, если поменять местами
начало и конец любой из фаз, то  и
в треугольнике будет протекать ток
короткого замыкания. Следовательно,
для треугольника нужно строго соблюдать
порядок соединения фаз: начало одной
фазы соединяется с концом другой.

Схема
соединения фаз генератора и приемника
в треугольник представлена на рис. 9.

Очевидно,
что при соединении в треугольник линейные
напряжения равны соответствующим
фазным. По первому закону Кирхгофа связь
между линейными и фазными токами
приемника определяется соотношениями

Аналогично
можно выразить линейные токи через
фазные токи генератора.

На
рис. 10 представлена векторная диаграмма
симметричной системы линейных и фазных
токов. Ее анализ показывает, что при
симметрии токов

(5)

В
заключение отметим, что помимо
рассмотренных соединений «звезда —
звезда» и «треугольник — треугольник»
на практике также применяются схемы
«звезда — треугольник» и «треугольник
— звезда».

Определение тока в нулевом проводе — Студопедия

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 U = 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 𝐼.

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∙ 𝐼= 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 моментаМПУСКНОМ=1,2; Частота токав сети f =50 Гц.

 

Решение:

1. Мощность, потребляемая из сети:

Р1 = РНН= 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:

 

7. Номинальное скольжение

SHOM= (n1 – n2)/n1=(1500-1480)/1500 = 0,013

 

 

8. Частота тока в роторе:

f2=f1・SH= 50・0,013 = 0,65 Гц

9. Критическое скольжение

𝑆к = 𝑆н ∙ (𝜆 + ) = 0,013 (2,2 + = 0,054

10. Механическая характеристика М = f (S) строится по уравнению:

=

Задаваясь скольжением S от 0 до 1, подсчитываем вращающиймомент.

 

 

Рис. 18.Механическая характеристика

 

Удары по плавающей нейтрали в распределительной сети

Обрыв (неплотно) нейтраль

Если нейтральный провод разомкнут, сломан или потерян на одной из сторон источника (распределительный трансформатор, генератор или на стороне нагрузки — распределительный щит потребителя), нейтральный провод распределительной системы будет « float » или потеряет свою контрольную точку заземления. ,

Floating Neutral Impacts in Power Distribution Floating Neutral Impacts in Power Distribution Удары по плавающей нейтрали в распределительной сети (фото Mardix Limited; Fickr)

Состояние плавающей нейтрали может привести к тому, что напряжения будут плавно достигать максимального значения, равного среднеквадратическому значению фазового напряжения относительно земли, в зависимости от состояния несимметричной нагрузки.Состояние плавающей нейтрали в электросети имеет разное влияние в зависимости от типа источника питания, типа установки и балансировки нагрузки в распределительной сети.

Сломанная нейтраль или Слабая нейтраль может повредить подключенную нагрузку или создать опасное напряжение прикосновения на корпусе оборудования.

Здесь мы пытаемся понять состояние плавающей нейтрали в системе распределения T-T.

Что такое плавающая нейтраль?

Если точка звезды несбалансированной нагрузки не соединена с точкой звезды ее источника питания (распределительного трансформатора или генератора), то фазное напряжение не остается одинаковым для каждой фазы, а изменяется в зависимости от несимметричной нагрузки.

Поскольку потенциал такой изолированной точки звезды или нейтральной точки всегда меняется и не фиксируется, он называется Floating Neutral .

Нормальное состояние питания и состояние плавающей нейтрали

Нормальное состояние питания

В трехфазных системах точка звезды и фазы стремятся к « уравновешивать » в зависимости от отношения утечки на каждой фазе к земле. Точка звезды будет оставаться близкой к 0 В в зависимости от распределения нагрузки и последующей утечки (более высокая нагрузка на фазе обычно означает более высокую утечку).

Трехфазные системы могут иметь или не иметь нейтральный провод. Нейтральный провод позволяет трехфазной системе использовать более высокое напряжение, при этом поддерживая однофазные устройства с более низким напряжением. При распределении высокого напряжения обычно не бывает нейтрального провода, поскольку нагрузки можно просто подключить между фазами (соединение фаза-фаза).

Healthy power system scheme Healthy power system scheme Здоровая схема энергосистемы

Трехфазная трехпроводная система

Три фазы имеют свойства, которые делают его очень желанным в электроэнергетических системах.

Во-первых, фазные токи имеют тенденцию нейтрализовать друг друга (суммируясь до нуля в случае линейной сбалансированной нагрузки). Это позволяет исключить нейтральный провод на некоторых линиях. Во-вторых, передача мощности в линейную сбалансированную нагрузку постоянна.

3-фазная 4-проводная система для смешанной нагрузки

Большинство бытовых нагрузок однофазные. Обычно трехфазное питание либо не поступает в жилые дома, либо распределяется на главном распределительном щите.

Текущий закон Кирхгофа гласит, что сумма со знаком токов, входящих в узел, равна ноль .Если нейтральная точка является узлом, тогда в сбалансированной системе одна фаза соответствует двум другим фазам, в результате чего ток через нейтраль отсутствует. Любой дисбаланс нагрузки приведет к протеканию тока по нейтрали, так что сумма будет равна нулю.

Например, в сбалансированной системе ток, входящий в нейтральный узел с одной стороны фазы, считается положительным, а ток, входящий (фактически выходящий) из нейтрального узла с другой стороны, считается отрицательным.

Это становится более сложным в случае трехфазного питания, потому что теперь мы должны учитывать фазовый угол, но концепция в точности та же.Если мы соединены звездой с нейтралью, тогда нейтральный проводник будет иметь нулевой ток на нем только в том случае, если три фазы имеют одинаковый ток на каждой. Если мы проведем векторный анализ этого, сложив sin (x) , sin (x + 120) и sin (x + 240) , мы получим ноль .

То же самое происходит, когда мы соединены треугольником, без нейтрали, но затем возникает дисбаланс в распределительной системе, за пределами сервисных трансформаторов, потому что распределительная система обычно соединяется звездой.

Нейтраль никогда не должна быть подключена к заземлению, за исключением той точки обслуживания, где нейтраль изначально заземлена (на распределительном трансформаторе). Это может настроить землю в качестве пути, по которому ток возвращается обратно в службу. Любой разрыв цепи заземления может привести к возникновению потенциала напряжения.

Заземление нейтрали в трехфазной системе помогает стабилизировать фазные напряжения. Незаземленная нейтраль иногда называется « плавающая нейтраль » и имеет несколько ограниченных применений.

Состояние плавающей нейтрали

Электроэнергия поступает в помещения клиентов и выходит из распределительной сети, поступая через Фазу и покидая нейтраль. В случае обрыва нейтрального обратного пути электричество может двигаться по другому пути. Поток энергии, поступающий в одну фазу, возвращается через оставшиеся две фазы. Нейтральная точка не находится на уровне земли, но находится на уровне напряжения сети.

Эта ситуация может быть очень опасной, и клиенты могут серьезно пострадать от поражения электрическим током, если они коснутся чего-либо, где присутствует электричество.

Floating neutral condition Floating neutral condition Состояние плавающей нейтрали

Обрыв нейтрали может быть трудно обнаружить, а в некоторых случаях может быть нелегко идентифицировать. Иногда на сломанные нейтрали могут указывать мерцающие огни или покалывание.

Если у вас в доме мерцает свет или постукивают, вы можете получить серьезные травмы или даже смерть.

Измерение напряжения между нейтралью и землей

Практическое правило , используемое многими в промышленности, гласит, что напряжение 2 В или меньше между нейтралью и землей на розетке в порядке, а несколько вольт или более указывают на перегрузку; 5V рассматривается как верхний предел.

Низкое значение

Если напряжение нейтрали относительно земли на розетке низкое, значит система исправна. Если оно высокое, вам все равно необходимо определить, в основном ли проблема на уровне ответвленной цепи или на уровне панели.

Напряжение между нейтралью и землей существует из-за падения IR тока, проходящего через нейтраль обратно в соединение нейтрали с землей. Если система подключена правильно, не должно быть заземления нейтрали, за исключением трансформатора источника (того, что NEC называет источником раздельно производной системы или SDS, который обычно является трансформатором).

В этой ситуации заземляющий провод не должен иметь тока и, следовательно, на нем не должно быть падения IR . Фактически, заземляющий провод используется в качестве длинного тестового провода, соединяющего нейтраль с заземлением.

Высокое чтение

Высокое показание может указывать на общую нейтраль ветви , то есть нейтраль, совместно используемую более чем одной ответвленной цепью. Эта общая нейтраль просто увеличивает возможность перегрузки, а также влияния одной цепи на другую.

Нулевое показание

Определенное напряжение между нейтралью и землей является нормальным для нагруженной цепи. Если показание стабильно близко к 0В. Есть подозрение на незаконное соединение нейтрали с землей в розетке (часто из-за потери жилы нейтрали, касающейся какой-либо точки заземления) или на субпанели.

Любые соединения нейтрали с землей, кроме тех, которые есть у источника трансформатора (и / или главной панели), должны быть удалены, чтобы предотвратить обратные токи, протекающие через заземляющие провода.

Различные факторы, вызывающие смещение нейтрали

Есть несколько факторов, которые определяют как причину смещения нейтрали. Влияние плавающей нейтрали зависит от позиции, в которой нейтраль нарушена:

1) На трехфазном распределительном трансформаторе

Отказ нейтрали в трансформаторе — это, в основном, отказ проходного изолятора нейтрали.

Использование линейного ответвителя на вводе трансформатора определяется как основная причина выхода из строя нейтрального провода на вводе трансформатора.Гайка на линии со временем ослабляется из-за вибрации и разницы температур, что приводит к горячему соединению. Проводник начал плавиться и в результате оборвался нейтраль.

Плохая работа монтажников и технического персонала также одна из причин отказа нейтрали.

Обрыв нейтрали на трех фазах трансформатора вызывает скачок напряжения до линейного напряжения в зависимости от балансировки нагрузки в системе. Этот тип нейтрального положения может повредить оборудование клиента, подключенное к источнику питания.

В нормальных условиях ток течет от фазы к нагрузке к нагрузке обратно к источнику (распределительный трансформатор). При обрыве нейтрали ток из красной фазы вернется в синюю или желтую фазу, в результате чего между нагрузками появится напряжение между линиями.

У некоторых клиентов будет повышенное напряжение, а у некоторых — низкое.

2) Обрыв провода нейтрали в линии низкого напряжения

Влияние обрыва нулевого провода воздушной линии на ВЛ НН будет таким же, как и при обрыве на трансформаторе .Напряжение питания увеличивается до линейного напряжения вместо фазного. Этот тип неисправности может повредить оборудование пользователя, подключенное к источнику питания.

3) Обрыв рабочего нейтрального проводника

Сломанная нейтраль сервисного проводника приведет только к отключению электропитания в точке обслуживания. Никаких повреждений оборудования заказчика.

4) Высокое сопротивление заземления нейтрали распределительного трансформатора:

Хорошее сопротивление заземления заземления Яма нейтрали обеспечивает путь с низким сопротивлением для тока нейтрали , идущего в землю.Высокое сопротивление заземления может обеспечить путь высокого сопротивления для заземления нейтрали распределительного трансформатора.

Предельное сопротивление заземления должно быть достаточно низким, чтобы обеспечить достаточный ток короткого замыкания для срабатывания защитных устройств во времени и уменьшить смещение нейтрали.

5) Перегрузка и дисбаланс нагрузки

Распределительная сеть Перегрузка в сочетании с плохим распределением нагрузки является одной из основных причин отказа нейтрали. Нейтраль должна быть правильно спроектирована так, чтобы минимальный ток проходил через нейтральный проводник.Теоретически ток в нейтрали должен быть равен нулю из-за отмены из-за сдвига фаз фазного тока на 120 градусов.

IN = IR <0 + IY <120 + IB <-120

В перегруженной несбалансированной сети много тока будет протекать через нейтраль, которая размыкает нейтраль в самом слабом месте.

6) Общие нейтральные

В некоторых зданиях разводка такова, что две или три фазы имеют общую нейтраль. Первоначальная идея заключалась в том, чтобы продублировать на уровне ответвленной цепи четырехпроводную (три фазы и нейтраль) разводку панелей управления.Теоретически на нейтраль вернется только несимметричный ток. Это позволяет одной нейтрали выполнять работу для трех фаз. Этот способ подключения быстро зашел в тупик с ростом однофазных нелинейных нагрузок. Проблема в том, что ток нулевой последовательности

От нелинейных нагрузок, в первую очередь третьей гармоники, складывается арифметически и возвращается на нейтраль. Помимо потенциальной проблемы безопасности из-за перегрева нейтрали меньшего размера, дополнительный ток нейтрали создает более высокое напряжение нейтрали относительно земли.

Это напряжение нейтрали относительно земли вычитается из напряжения линии на нейтраль, доступного для нагрузки. Если вы начинаете чувствовать, что общие нейтралы — одна из худших идей, когда-либо воплощенных в меди.

7) Низкое качество изготовления и обслуживания

Обычно обслуживающий персонал не уделяет внимания сетям низкого напряжения. Ослаблено или Неправильная затяжка нейтрального проводника повлияет на непрерывность нейтрали, что может вызвать плавающее положение нейтрали.

Как определить состояние плавающей нейтрали в панели?

Давайте возьмем один пример, чтобы понять Нейтральное состояние с плавающей запятой . У нас есть трансформатор, вторичная обмотка которого соединена звездой, Фаза к нейтрали = 240 В и Фаза к фазе = 440 В .

Условие (1) — Нейтраль не плавающая

Независимо от того, заземлена ли нейтраль, напряжения остаются неизменными: 240 В между фазой и нейтралью и 440 В между фазами. Нейтраль не плавает.

Условие (2) — Нейтраль плавающая

Все приборы подключены: Если нейтральный провод цепи отсоединяется от основной панели электропитания дома, в то время как фазный провод цепи все еще остается подключенным к панели, а приборы в цепи подключены к розеткам. В этой ситуации, если вы поместите тестер напряжения с неоновой лампой на нейтральный провод, он будет светиться так же, как если бы он был под напряжением, потому что на него подается очень небольшой ток, идущий от фазового источника через подключенное устройство ( s) к нейтральному проводу.

Все приборы отключены: Если вы отключите все приборы, освещение и все остальное, что может быть подключено к цепи, нейтраль больше не будет казаться находящейся под напряжением, потому что от нее больше нет пути к фазовому питанию.

  • Междуфазное напряжение: Измеритель показывает 440 В переменного тока. (Не влияет на трехфазную нагрузку)
  • Напряжение между фазой и нейтралью: Измеритель показывает от 110 В до 330 В переменного тока.
  • Напряжение нейтрали относительно земли: Измеритель показывает 110 В.
  • Напряжение между фазой и землей: Измеритель показывает 120 В.

Это потому, что нейтраль «плавает» над потенциалом земли (110 В + 120 В = 230 В переменного тока) . В результате выход изолирован от системного заземления, а полный выход 230 В устанавливается между линией и нейтралью без заземления.

Если внезапно отключить нейтраль от нейтрали трансформатора, но оставить цепи нагрузки такими, какие они есть, тогда нейтраль на стороне нагрузки станет плавающей, поскольку оборудование, которое подключено между фазой и нейтралью, станет между фазой и фазой (R — Y, Y — B). , и поскольку они не имеют одинаковых номиналов, полученная в результате искусственная нейтраль будет плавающей, так что напряжения, присутствующие на различном оборудовании, больше не будут составлять 240 В, а будут где-то между 0 (не точно) и 440 В (также не совсем). ,

Это означает, что на одной линии от фазы к фазе у некоторых будет меньше 240 В, а у других — почти до 415 В. Все зависит от импеданса каждого подключенного элемента.

В системе с дисбалансом, если нейтраль отключена от источника, нейтраль становится плавающей нейтралью и смещается в такое положение, чтобы оно было ближе к фазе с более высокими нагрузками и от фазы с меньшей нагрузкой. Предположим, что несимметричная трехфазная система имеет нагрузку 3 кВт в фазе R, нагрузку 2 кВт в фазе Y и нагрузку 1 кВт в фазе B.Если нейтраль этой системы отключена от сети, плавающая нейтраль будет ближе к R-фазе и дальше от B-фазы.

Таким образом, нагрузки с фазой B будут испытывать большее напряжение, чем обычно, а нагрузки с фазой R будут испытывать меньшее напряжение. Нагрузки в фазе Y будут испытывать почти одинаковое напряжение. Выключатель нейтрали для несбалансированной системы опасен для нагрузок. Из-за более высокого или более низкого напряжения наиболее вероятно повреждение оборудования.

Здесь мы видим, что состояние нейтрального плавающего положения не влияет на 3-фазную нагрузку, а влияет только на 1-фазную нагрузку

Как исключить нейтральное плавание?

Необходимо учитывать некоторые моменты, чтобы предотвратить смещение нейтрали.

a) Используйте 4-полюсный выключатель / ELCB / RCBO в распределительной панели

Плавающая нейтраль может быть серьезной проблемой. Предположим, у нас есть панель выключателя с трехполюсным выключателем для трех фаз и шиной для нейтрали для трехфазных входов и нейтрали (здесь мы не использовали четырехполюсный выключатель). Напряжение между каждой фазой — 440, а напряжение между каждой фазой и нейтралью — 230. У нас есть одиночные выключатели, питающие нагрузки, требующие 230 вольт. Эти 230-вольтовые нагрузки имеют одну линию, питаемую от выключателя и нейтраль.

Теперь предположим, что нейтраль ослабла или окислилась, или каким-то образом отсоединилась в панели или, возможно, даже отключилась от источника питания. Нагрузки 440 В не будут затронуты, однако нагрузки 230 В могут иметь серьезные проблемы. В этом состоянии «плавающая нейтраль» вы обнаружите, что одна из двух линий упадет от 230 В до 340 или 350, а другая линия упадет до 110 или 120 вольт. Половина вашего оборудования на 230 В будет повышена из-за перенапряжения, а другая половина не будет работать из-за низкого напряжения.Так что будьте осторожны с плавающими нейтралами.

Просто используйте ELCB, RCBO или 4-полюсный автоматический выключатель в качестве дохода в 3-фазной системе питания, поскольку при размыкании нейтрали отключится все питание без повреждения системы.

б) Использование стабилизатора напряжения

Когда нейтраль выходит из строя в трехфазной системе, подключенные нагрузки будут подключаться между фазами из-за плавающей нейтрали. Следовательно, в зависимости от сопротивления нагрузки на этих фазах, напряжение продолжает колебаться от 230 В до 400 В.

Подходящий сервостабилизатор с широким диапазоном входного напряжения с высокой и низкой отсечкой может помочь в защите оборудования.

c) Хорошее качество изготовления и техническое обслуживание

Дайте более высокий приоритет техническому обслуживанию сети низкого напряжения. Затяните или примените соответствующий крутящий момент для затяжки нейтрального провода в системе низкого напряжения

Заключение

Состояние неисправности «плавающая нейтраль» (отключенная нейтраль) — ОЧЕНЬ НЕ БЕЗОПАСНО , потому что, если устройство не работает, и кто-то, кто не знает о «плавающем» нейтральном проводе, может легко прикоснуться к нейтральному проводу, чтобы узнать, почему приборы не работают, когда они подключены к цепь и получить плохой шок.Однофазные устройства рассчитаны на работу с нормальным фазным напряжением, когда они получают линейное напряжение. Устройства могут быть повреждены.

Неисправность нейтрали отключена — это очень небезопасное состояние, и ее следует устранить как можно раньше путем поиска неисправностей именно тех проводов, которые необходимо проверить, а затем правильно подключить.

Публикуется в электрических заметках и статьях

,

Зачем нужен нейтральный провод?

Почему интеллектуальные переключатели нельзя использовать без нейтрали

Один из наиболее частых вопросов, которые мы получаем: «Почему нет переключателей включения / выключения Z-Wave, которые работают в 2-проводной системе» или «Какие реле можно использовать без нейтрали ».

В этом случае мы всегда рекомендуем использовать диммер, поскольку он может работать в 2-проводной системе, и объясняем, что нет доступных переключателей, которые можно было бы использовать без нейтрали.

На первый взгляд это не имеет смысла.Диммер кажется более сложным устройством, чем выключатель, поэтому можно ожидать, что все будет наоборот. Я подумал, что это будет хороший пост в блоге, чтобы объяснить, почему это так, и немного углубиться в то, как эти устройства на самом деле работают. Обратите внимание, что в большей части этой статьи я не говорю о простых механических переключателях, я имею в виду интеллектуальные переключатели или реле, которыми можно управлять по беспроводной сети.

Классическая 2-проводная схема

Когда мы говорим о 2-проводной системе освещения, мы имеем в виду, что у нее нет нейтрали на переключателе (см. APNT-23 для получения дополнительной информации).

Если вы посмотрите на рисунок 1, вы увидите, что у выключателя света есть только два провода — Live, который является постоянным током для переключателя, и Switched Live, который подводит питание к лампочке. Когда переключатель замкнут, кабель Switched Live находится под напряжением и питает лампочку, это позволяет току течь от Live через лампочку к нейтрали, заставляя лампочку включаться. Это полная электрическая схема. Когда переключатель разомкнут, ток не может течь, и лампочка выключена.Эта схема должна быть знакома большинству из нас, поскольку это базовая схема освещения, о которой мы все, вероятно, узнали в школе.

z-wave nulák

Рисунок 1: Классическая схема освещения

Добавить диммер

Если мы заменим механический переключатель на диммер, он будет отлично работать в двухпроводной схеме (см. Рисунок 2). Это связано с тем, что диммеры работают, уменьшая ток, протекающий по цепи, до тех пор, пока он не станет настолько низким, что лампа не загорится. Это означает, что даже когда вы уменьшили диммер до 0% и лампочка выключена, фактическая цепь не отключится полностью.Крошечный электрический ток течет от Live через диммер, через лампочку к нейтрали. Этого крошечного тока достаточно для питания диммера и его беспроводной электроники, а также устройства. Это позволяет вам по-прежнему управлять диммером по беспроводной сети (или вручную), независимо от того, включена лампа или нет — это именно то, что вы хотите от интеллектуального устройства!

z-wave nulák

Рисунок 2: Диммер в 2-проводной схеме

Что насчет коммутатора?

Если мы теперь добавим электронный переключатель или реле (например, Z-Wave или LightwaveRF), вы увидите, что электроника переключателя находится на пути переключателя.Затем выключатель замыкается, ток будет течь по цепи, питающей электронику и зажигающей лампочку. Но когда переключатель размыкается, ток прекращается, ток не течет по цепи и нет питания для электроники переключателя или реле — он мертв, и вы не сможете с ним связаться.

Вот почему нет переключателей или реле, которые могут работать в двухпозиционной цепи без прямого подключения к нейтрали.

z-wave nulák

Рисунок 3: Простой переключатель в 2-проводной схеме

Единственный способ использования реле или интеллектуального переключателя в цепи освещения — это убедиться, что он может быть подключен напрямую к фазе и нейтрали, как показано на рисунке 4.

z-wave nulák

Рисунок 4: Коммутатор , подключенный к нейтрали

На данный момент я не понимаю, как можно создать интеллектуальный переключатель, которому не нужна нейтраль, — но я надеюсь, что кто-нибудь умнее меня найдет способ сделайте это, так как есть так много вещей, для которых мы могли бы его использовать.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *