Назначение нулевого провода в трехфазных цепях

В настоящее время электрическая энергия переменного тока вырабатывается, передается и распределяется между отдельными токоприемниками в системе трехфазных цепей.

Системой трехфазных цепей называют такую совокупность электрических цепей, в которой токоприемники получают питание от общего трехфазного генератора.

Трехфазным называется генератор, который имеет обмотку, состоящую из трех частей. Каждая часть этой обмотки называется фазой. Поэтому эти генераторы и получили название трехфазные. Следует отметить, что термин «фаза» в электротехнике имеет два значения:

• в смысле определенной стадии периодического колебательного процесса;
• как наименование части электрической цепи переменного тока (например, часть обмотки электрической машины).

Для уяснения принципа действия трехфазного генератора обратимся к модели, схематически изображенной на рисунке 1. Модель состоит из статора, изготовленного в виде стального кольца, и ротора — постоянного магнита. На кольце статора расположена трехфазная обмотка с одинаковым числом витков в каждой фазе. Фазы обмотки смещены в пространстве одна относительно другой на угол 120°.
Представим себе, что ротор модели генератора приведен во вращение с постоянной скоростью против движения часовой стрелки. Вследствие непрерывного движения полюсов постоянного магнита относительно проводников обмотки статора в каждой ее фазе будет наводиться ЭДС.

Применяя правило правой руки, можно убедиться, что ЭДС, наводимая в фазе обмотки северным полюсом вращающегося магнита, будет действовать в одном направлении, а наводимая южным полюсом — в другом. Следовательно, ЭДС фазы генератора будет переменной.

Крайние точки (зажимы) каждой фазы генератора всегда размечают: одну крайнюю точку фазы называют началом, а другую — концом. Начала фаз обозначают латинскими буквами A, B, C, а концы их — соответственно X, Y, Z. Наименования «начало» и «конец» фазы дают, руководствуясь следующим правилом: положительная ЭДС генератора действует в направлении от конца фазы к ее началу.

ЭДС генератора условимся считать положительной, если она наведена северным полюсом вращающегося магнита. Тогда разметка зажимов генератора для случая вращения его ротора против движения часовой стрелки должна быть такой, как показано на рисунке 1.

При постоянной скорости вращения полюсов ротора амплитуда и частота ЭДС, создаваемых в фазах обмотки статора, сохраняются неизменными. Однако в каждое мгновение величина и направление действия ЭДС одной из фаз отличаются от величины и направления действия ЭДС двух других фаз. Это объясняется пространственным смещением фаз. Все явления во второй фазе повторяют явления в первой фазе, но с опозданием.

Говорят, что ЭДС второй фазы отстает во времени от ЭДС первой фазы. Они, например, в разное время достигают своих амплитудных значений. Действительно, наибольшее значение ЭДС,  наведенной в какой-либо фазе, будет в тот момент, когда центр полюса ротора проходит середину этой фазы. В частности, для момента времени, соответствующего расположению ротора, показанному на рисунке 1, электродвижущая сила первой фазы генератора будет положительной и максимальной.

Положительное максимальное значение ЭДС второй фазы наступит позже, когда ротор повернется на угол 120°. Поскольку за один оборот двухполюсного ротора генератора происходит полный цикл изменения ЭДС, то время T одного оборота является периодом изменения ЭДС. Очевидно, что для поворота ротора на 120° необходимо время, равное одной трети периода (T/3).

Следовательно, все стадии изменения ЭДС второй фазы наступают позже соответствующих стадий изменения ЭДС первой фазы на одну треть периода. Такое же отставание в периодическом изменении ЭДС наблюдается в третьей фазе по отношению ко второй. Разумеется, что по отношению к первой фазе периодические изменения ЭДС третьей фазы совершаются с опозданием на две трети периода (2/3 T).

Путем придания соответствующей формы полюсам магнитов можно добиться изменения ЭДС во времени по закону, близкому к синусоидальному.
Следовательно, если изменение ЭДС первой фазы генератора происходит по закону синуса
e1 = Eмsin?t ,
то закон изменения ЭДС второй фазы может быть записан формулой
e2 = Eм sin? (t ? T/3) , а третьей — формулой e3 = Eм sin? (t ? 2/3 T).

Сказанное иллюстрирует график рисунка 2.

Таким образом, можно сделать следующий вывод: при равномерном вращении полюсов ротора во всех трех фазах генератора наводятся переменные ЭДС одинаковой частоты и амплитуды, периодические изменения которых по отношению друг к другу совершаются с запаздыванием на 1/3 периода.

Трехфазный генератор служит источником питания как однофазных, так и трехфазных электрических устройств. Однофазные токоприемники, как известно, имеют два внешних зажима. К ним относятся, например, осветительные лампы, различные бытовые приборы, электросварочные аппараты, индукционные печи, электродвигатели с однофазной обмоткой.

Трехфазные устройства в общем случае имеют шесть внешних зажимов. Каждое такое устройство состоит из трех (обычно одинаковых) электрических цепей, которые называются фазами. Примерами трехфазных токоприемников могут служить электрические дуговые печи с тремя электродами или электродвигатели с трехфазной обмоткой.

fazaa.ru

Получение трехфазной симметричной системы эдс

На электрических станциях трехфазная система ЭДС вырабатывается трехфазными синхронными генераторами, модель которого изображена на рис. 3.1.

На статоре, неподвижной части генератора, расположены три обмотки, сдвинутые относительно друг друга на угол 120° . Эти обмотки называют фазами генератора . Начала фаз обозначают буквами А, в , С , а концы – X , Y , Z .

Ротор представляет собой электромагнит, возбуждаемый постоянным током. При вращении ротора турбиной создаваемое им магнитное поле наводит в обмотках статора синусоидальные ЭДС. В силу идентичности трех обмоток генератора в них наводятся ЭДС, имеющие одинаковые амплитуды и сдвинутые по фазе относительно друг друга на угол 120° .

Такая система ЭДС называется симметричной . Если ЭДС фазы А принять за исходную и считать ее начальную фазу равной нулю, то выражения мгновенных значений ЭДС можно записать в виде:

e A (t)=E m sin(ωt), e B (t)=E m sin(ωt-120°),

e C (t)=E m sin(ωt+120°).

В комплексной форме записи ЭДС каждого источника можно записать:

Г
рафики мгновенных значений фазных ЭДС показаны на рис. 3.2.

Порядок, в котором фазные ЭДС проходят через одинаковые значения, например через положительные максимумы, называют последовательностью фаз, или порядком чередования фаз.

На рис. 3.3, а изображена векторная диаграмма фазных ЭДС для прямого чередования (АВС ), а на рис. 3.3, б – для обратного чередования фаз (АСВ ).

а) б)

От порядка чередования фаз зависит направление вращения трехфазных асинхронных двигателей. У генераторов последовательность фаз никогда не меняется, но при распределении энергии возможно нарушение последовательности фаз.

Фазы трехфазного генератора могут быть соединены по схеме «звезда » и по схеме «треугольник ».

При соединении фаз генератора «звездой » все их концы X , Y , Z соединяют в общий узел 0 (или N ), называемый нулевой или нейтральной точкой генератора (рис. 3.4). Потенциал этого узла при расчетах трехфазных цепей принимается равным нулю.

К четырем зажимам генератора присоединяются провода. Провода, присоединенные к началам фаз трехфазного генератора (А, В, С ), называются линейными. К нулевой точке генератора присоединяется провод, который называется нулевым или нейтральным.

Потенциалы точек A,B,C фаз генератора равны ЭДС соответствующих фаз:

Напряжения между началом и концом фазы генератора называются фазными напряжениями генератора. Учитывая, что напряжение есть разность потенциалов, а потенциал точки 0 равен нулю, фазные напряжения генератора могут быть записаны:

Из полученных выражений видно, что фазные напряжения генератора равны ЭДС соответствующих фаз.

Напряжения между началами фаз генератора, то есть напряжения между линейными проводами, называются линейными напряжениями

и находятся как разность соответствующих потенциалов:

Из полученных выражений видно, что линейные напряжения могут быть определены как разность соответствующих фазных напряжений генератора.

На рис. 3.5 представлена векторная диаграмма фазных и линейных напряжений генератора при соединении его фаз «звездой».

Из рис. 3.5 видно, что векторы линейных напряжений образуют замкнутый треугольник. Они сдвинуты друг относительно друга на угол120° и опережают соответствующие фазные напряжения на 30° . По величине действующее значение линейного напряжения в

раз больше фазного

U Л =

U Ф .

Тогда можно записать еще одно выражение, связывающее линейные и фазные напряжения генератора:

.

При соединении фаз генератора по схеме «треугольник » конец одной фазы соединяется с началом другой (рис. 3.6).

При таком соединении фаз генератора фазные напряжения, как видно из схемы, равны соответствующим линейным напряжениям

На практике обмотки фаз генератора соединяют звездой, у трансформатора – как звездой, так и треугольником.

Схемы соединения фаз нагрузки трехфазных цепей

Фазы трехфазной нагрузки также соединяются по схеме «звезда » или по схеме «треугольник ».

Напряжения между началом и концом фазы преемника называются фазными напряжениями приемников.

Токи, протекающие по фазам приемника, называются фазными токами I Ф . Токи, протекающие по линейным проводам, называются линейными токами I Л .

Трехфазные цепи рассчитываются теми же методами, которые применялись для расчета однофазных цепей синусоидального тока.

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.

Условие: R1 = R2 = R3
I = i 1 + i 2 + i 3 = 0

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 . 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.

Условие: R1 ≠ R2 ≠ R3
I = i 1 + i 2 + i 3 ≠ 0
I max ≤ i n max

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.

Условие: R1 ≠ R2 ≠ R3
I = i 1 + i 2 + i 3 ≠ 0
I max > i n max

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.

electriced.ru

Что такое заземление и нейтральный провод

Прежде всего давайте разберемся, что такое нулевой и что такое защитный провод, в чем их отличия и в чем предназначение? Исходя из этого нам проще будет понимать правила их подключения и те требования которые к ним предъявляет ПУЭ.

Что такое нулевой провод

Прежде всего остановимся на нулевом или как его еще называют нейтральном проводе. Согласно п. 1.7.35 ПУЭ он предназначен для питания электроприемников и соединен с глухозаземленной нейтралью трансформатора.

• Если же говорить простым языком и отбросить некоторые не столь важные для нас нюансы, то нулевой провод — это проводник, соединенный с заземленной частью трансформатора или генератора от которого вы получаете питание.
• В однофазной сети, которая используется у нас практически во всех частных домовладениях и квартирах, для работы электроустановок обязательно необходим фазный и нулевой провод. Нулевой провод по сути непосредственно соединен с землей и в идеале имеет нулевой потенциал. То есть напряжения на нем нет.

Обратите внимание! Напряжения на нулевом проводе нет если он соединен с землей. Если эта связь по какой-либо причине нарушена, то во время работы электроустановки он оказывается под напряжением равном фазному. То есть для однофазной сети равном 220В.

• На схемах нулевой провод обозначается символом «N». Старая советская инструкция рекомендовала применять обозначение «0» и его еще можно встретить на некоторых схемах. А сам провод согласно п.1.1.30 ПУЭ должен быть выполнен проводом синего цвета.

Что такое заземление?

Заземление или защитный проводник согласно п. 1.7.34 ПУЭ предназначен исключительно для целей электробезопасности. В нормальных условиях он не находится под напряжением и выполняет роль проводника только в случаях нарушения изоляции фазного или нулевого проводника. При этом на самой электроустановке он снижает потенциал до безлопастного.

• Если говорить простым языком, то заземление необходимо только на случай поломки. Например, у вас произошел пробой изоляции стиральной машинки. Если она не будет заземлена, то прикосновение к ней равноценно прикосновению к фазному проводу. Если же она будет заземлена, то нечего не произойдет, так как избыточный потенциал через заземление уйдет в землю.
• Заземление может выполняться по разным схемам в зависимости от ваших возможностей и схемы питающей сети. Данный вопрос мы рассмотрим ниже.
• Защитный проводник на схемах принято обозначать символами «PE». Сам же проводник должен быть выполнен из провода желто-зеленого цвета.
• На некоторых схемах вы можете встретить обозначение «PEN». Это обозначает совмещение нулевого и защитного проводов. О нем мы поговорим чуть ниже. Цвет такого провода согласно п.1.1.29 ПУЭ должен быть голубым с желто-зелеными полосами на концах.

Схемы подключения нейтрального провода и заземления

Теперь вы знаете как отличить нулевой провод от заземления и понимаете, что и то, и другое является соединением с землей. Теперь можно рассмотреть возможные схемы подключения нейтрального провода и заземления. Все они четко оговорены в п.1.7.3 ПУЭ. Мы рассмотрим только схемы с глухозаземленной нейтралью которые применяются в наших электрических сетях.

Итак:

• Прежде всего рассмотрим систему ТТ в которой нейтральный провод подключен к заземлению трансформатора, а заземление к независимому источнику. Этот метод применяется очень редко, да и цена монтажа такой системы является наиболее высокой.
• Значительно чаще используются системы типа ТN в которых используются PEN проводники. То есть на всем протяжении или на отдельных участках нулевой и защитный проводники проложены одним проводом, либо подключаются к одной точке заземления.

• Наиболее оптимальной в данном случае в вопросах электробезопасности является система TN-S. В ней нулевой и защитный проводники подключены к единой точке заземления, но на всей протяженности выполнены отдельными проводниками.

• Значительно чаще можно встретить систему TN-C, которую достаточно просто реализовать своими руками. В ней нейтральный провод и заземление выполнены одним проводом по всей длине. Но это наименее безопасный вариант с точки зрения электробезопасности.

• И последним возможным вариантом является система TN-C-S. Как понятно из названия она совмещает в себе две предыдущие системы. То есть на одном участке выполнена совместная прокладка нейтрали и заземления, а на втором участке они разделены.

Правила подключения нейтрального провода и заземления

Зная возможные схемы подключения заземления и нулевого провода можно говорить о правилах и требованиях к их подключению. Ведь они хоть и не значительно, но разняться. Кроме того, мы надеемся, что объясним часто встречающийся вопрос зачем заземлять нулевой провод.

• Прежде всего поговорим о системе ТТ. Согласно п.1.7.59 ПУЭ данная система может применяться только в исключительных случаях, когда не одна из систем TN не может обеспечить должный уровень защиты.

Обратите внимание! При использовании системы ТТ обязательно применение автоматов УЗО. Причём нормы ПУЭ предъявляют к ним отдельные требования по току срабатывания.

• Но и для системы TN все не так просто. Согласно п.1.7.61 ПУЭ на вводе в здание или в электроустановку они должны иметь повторное заземление. Давайте разберемся зачем это необходимо.
• В системе TN как мы уже знаем, нулевой и защитный проводники монтируются одним проводом. В случае обрыва этого совместного провода получается, что нулевой и защитный провод образуют единое целое. Ведь они не соединены с землей.
• Если у нас нет соединения с землей, то как мы уже знаем при включении любого электроприбора или даже лампочки нулевой провод оказывается под фазным напряжением.
• Но для системы TN нулевой и фазный провод частично или полностью объединены. То есть провод заземления тоже оказывается под фазным напряжением. А фазный провод у нас подключен к корпусу нашей стиральной машины, фена, холодильника и другого электрооборудования. Выходит, и на их корпусе появится фазное напряжение. И при прикосновении к ним вы получите удар электрическим током.

• Именно исходя из этих соображений повторное заземление нулевого провода по ПУЭ для систем TN обязательно. Ведь такое повторное заземление снижает риск подобных случаев. А если оно выполнено у всех электропотребителей, то вероятность подобных случаев становится еще ниже.
• Кроме того, нормы ПУЭ в многоэтажных зданиях требуют присоединения PEN шины к шине уравнивания потенциалов, которая согласно п.1.7.82 ПУЭ должна соединяться со всеми заземленными проводниками в доме.
• Отдельные требования ПУЭ предъявляет к потребителям, которые подключены к электрической сети при помощи воздушной линии. Контур повторного заземления нулевого провода и заземления для таких потребителей должен быть оборудован согласно п.17.101 и 1.7.102 ПУЭ.
• Для таких потребителей нормируется не только сопротивление искусственного заземлителя, но и предъявляются требования к его материалу, а также сечению и толщине. Ведь на воздушных линиях обрыв одного провода значительно более вероятно.

Вывод

Как видите вопрос правильного выполнения заземления и монтажа нулевого провода достаточно многогранен. Мы уделили внимание лишь основным аспектам и попытались разъяснить назначение данных проводников. Более детальную информацию по поводу монтажу заземления, зануления и контуров заземления вы можете получить в следующих статьях на нашем сайте, а также на видео.

elektrik-a.su

Повторное заземление нулевого провода

Повторным заземлением нулевого проводника, является защита, установленная на определенных правилами ПУЭ промежутках на всей протяженности нейтрали. В задачи повторного заземления включается снижение силы напряжения в нулевом проводе и электроприборах, которые были занулены относительно грунта. Это свойство целесообразно в качестве защиты от обрыва нулевого провода и при пробое электрического напряжения на корпус электрических приборов.

При создании защиты в электросети старайтесь выбирать нулевой и защитный проводники таким образом, чтобы в случае произошедшего замыкания на металлический корпус оборудования, произошло короткое замыкание в сети или оплавление предохранителей. Обычно, при установленном автоматическом выключателе данный фактор вызывает его срабатывание.

Важно! При возникновении короткого замыкания в зануленной элекроцепи, полученное напряжение должно трижды превысить значение номинального тока.

Нейтраль должна быть непрерывной от каждого корпуса электроустановки до нулевых проводников источников электроэнергии.

Методика определения ноля и заземления

В ходе работы с зануленными электрическими частями, нередко возникает вопрос, как определить ноль и заземление. Для этого существует специальная методика, принцип которой, мы объясняем для читателей доступным языком. Сразу обращаем внимание новичков, если вам требуется установить прибор в домашних условиях, определять ноль, фазу и заземление необходимо в месте крепления.

1. Начнем методику при помощи специальной лампы. Но для начала соберем ее в единое целое;
2. Берем обычный патрон и вкручиваем в него подходящую лампу накаливания;
3. На клемму гнезда крепим провода и избавляем их концы от изоляционного слоя при помощи стриппера;
4. Теперь поочередно соединяем провода лампы с поддающимися определению жилами, если лампочка загорится, значит, вы нашли фазу. В ситуации с двухжильными кабелями дело обстоит намного проще, вам важно найти лишь фазу, при находке которой лампочка загорается, следовательно, оставшийся проводник — это нейтраль.

Важно! В случае, если к вашей сети подключены УЗО или автоматы и при этом лампа не загорается во время проверки, значит вы нашли ноль и «землю».

Задачи и назначение нулевого провода

Нулевой защитный проводник — это жила, соединяющая зануленные части электроустановок с глухозаземленной нейтралью источника снабжения электроэнергии. Такой проводник предназначен, чтобы создавать короткое замыкание в сети с минимальным сопротивлением, в то время, когда рабочий ноль, является активным поставщиком электрического тока к потребительским приборам.

Прямыми задачами нейтрального проводника считаются:

• обеспечение равномерности токов в нагрузочных фазах, даже если наблюдается неравномерное снабжение током;
• нулевой проводник и его правильное обустройство полезно при риске аварийных ситуаций;

Мы с вами ответили на вопрос, какое назначение рабочего нулевого провода и нулевого защитного. Отсюда можно сделать вывод, что присутствие нейтрали в любой системе электросети, является обязательным условием. Кроме того, важно знать методы работы с ним для обеспечения безопасности работы электрической цепи.

prokommunikacii.ru

а) Нулевой провод необходим, чтобы напряжения на фазах нагрузки оставалось одинаковыми в случае неравномерной нагрузки (не было перекоса фаз);

б) Нулевой провод необходим на случай аварийного режима:

— Короткое замыкание фазы. В случае если нет нулевого провода, то на оставшихся фазах нагрузки, вместо фазного напряжения будет действовать линœейное напряжение (в корень из 3 раз большее), что приведет к выходу оборудования из строя. В случае если нулевой провод подключен, напряжение на нагрузках не изменится.

— Обрыв фазы. При отсутствии нулевого провода оставшиеся фазы оказываются соединœены последовательно и включены на линœейное напряжение, следовательно, напряжение на них уменьшится. В случае если нулевой провод подключен, напряжение на нагрузках не изменится.

Практически ток в нулевом проводе в 2 – 3раза меньше тока в линœейных проводах, в связи с этим нулевой провод выполняется меньшим сечением. Обрыв нулевого провода крайне нежелателœен, в связи с этим предохранители в него не ставят.

Пример:

Нагрузка соединœена звездой,

Характер нагрузки индуктивный. Определить: I_Ф, I_Л, R_Ф, P, S, Q.

Решение:

Ток в нулевом проводе равен 0, следовательно, нагрузка равномерная.

Определим мощности цепи:

Построим векторную диаграмму:

referatwork.ru

 Провод, соединяющий нулевую точку фаз генератора,трансформатора с нулевой точкой нагрузки, называют нулевым или нейтральным.

Его называют нулевым потому, что в некоторых случаях ток в нем равен нулю, и нейтральным исходя из того, что он одинаково принадлежит любой из фаз.

Назначение нулевого провода в том, что он необходим для выравнивания фазных напряжений нагрузки,когда сопротивления этих фаз различны, а также для заземления электрооборудования в сетях с глухозаземленной нейтралью.

Благодаря назначению нулевого провода напряжение на каждой фазе нагрузки будет практически одинаковым при неравномерной нагрузке фаз. Осветительная нагрузка, включенная звездой, всегда требует наличия нулевого провода, так как равномерная нагрузка фаз не гарантируется.в э 

Сечение нулевого провода трехфазных линий, в которых нулевые провода не используют для заземления (специальные или реконструируемые сети освещения), принимают близким к половине сечения фазных проводов.

 Если, например, фазные провода имеют сечение 35 мм2, нулевой провод берется 16 мм2.

Сечение нулевого провода трехфазной системы с глухозаземленной найтралью, в которой нулевой провод используется для заземления, должно быть не менее половины сечения фазных проводов, а в некоторых случаях равно им.

Нулевой провод воздушных линий 320/220 В должен иметь одинаковую марку и сечение с фазными проводами:

на участках, выполненных стальными проводами, а также биметаллическими и сталеалюминиевыми фазными проводами, сечением 10 мм2;

при невозможности обеспечения другими средствами необходимой селективности защиты от коротких замыканий на землю (при этом допускается принимать сечение нулевых проводов большее, чем фазных проводов).

Поскольку в одно- и двухфазных линиях по нулевому и фазному проводам протекает ток одинаковой величины, то для этих линий сечение нулевых и фазных проводов берут одинаковым.

 Аналогично нулевые проводники стояков в жилых зданиях при сечении фазных проводов до 16 мм2 (по меди) должны иметь сечение, равное сечению фазных проводов.

Особого подхода требует выбор нулевого провода в сетях с газоразрядными лампами. В нулевых проводах трехфазных линий, питающих газоразрядные лампы, протекает ток высших гармоник, вызванный индуктивно емкостными ПРА. Этот ток не влияет на потерю напряжения, а влияет только на нагрев проводов.

Сечение нулевого провода в таких случаях выбирают по допустимому току нагрузки.

Ток в нулевом проводе трехфазных линий при смешанной нагрузке (лампы накаливания и газоразрядные лампы) определяют приблизительно как сумму 90% тока газоразрядных ламп и 30% тока ламп накаливания самой нагруженной фазы.

elekkom56.ru

Для расчета трехфазной цепи применимы все методы, используемые для расчета линейных цепей. Обычно сопротивления проводов и внутреннее сопротивление генератора меньше сопротивлений приемников, поэтому для упрощения расчетов таких цепей (если не требуется большая точность) сопротивления проводов можно не учитывать (Z_Л = 0, Z_N = 0). Тогда фазные напряжения приемника U_a, U_b и U_c будут равны соответственно фазным напряжениям источника электрической энергии(генератора или вторичной обмотки трансформатора), т.е. U_a = U_A; U_b = U_B; U_c = U_C. Если полные комплексные сопротивления фаз приемника равны Z_a = Z_b = Z_c, то токи в каждой фазе можно определить по формулам

İ_a = Ú_a / Z_a; İ_b = Ú_b / Z_b; İ_c = Ú_c / Z_c.

В соответствии с первым законом Кирхгофа ток в нейтральном проводе

İ_N = İ_a + İ_b + İ_c = İ_A + İ_B + İ_C.

Фазное напряжение – возникает между началом и концом какой-либо фазы. По другому его еще определяют, как напряжение между одним из фазных проводов и нулевым проводом.

Линейное — которое определяют еще как межфазное или между фазное – возникающее между двумя проводами или одинаковыми выводами разных фаз.

При соединении источника питания треугольником (рис. 3.12) конец X одной фазы соединяется с началом В второй фазы, конец Y второй фазы – с началом С третьей фазы, конец третьей фазы Z – c началом первой фазы А. Начала А, В и С фаз подключаются с помощью трех проводов к приемникам.

Соединение фаз источника в замкнутый треугольник возможно при симметричной системе ЭДС, так как

Ė_A + Ė_B + Ė_C = 0.

Если соединение обмоток треугольником выполнено неправильно, т.е. в одну точку соединены концы или начала двух фаз, то суммарная ЭДС в контуре треугольника отличается от нуля и по обмоткам протекает большой ток. Это аварийный режим для источников питания, и поэтому недопустим.

Напряжение между концом и началом фазы при соединении треугольником – это напряжение между линейными проводами. Поэтому при соединении треугольником линейное напряжение равно фазному напряжению.

U_Л = U_Ф.

Пренебрегая сопротивлением линейных проводов, линейные напряжения потребителя можно приравнять линейным напряжениям источника питания: U_ab = U_AB, U_bc = U_BC, U_ca = U_CA. По фазам Z_ab, Z_bc, Z_ca приемника протекают фазные токи İ_ab, İ_bc и İ_ca. Условное положительное направление фазных напряжений Ú_ab, Ú_bc и Ú_ca совпадает с положительным направлением фазных токов. Условное положительное направление линейных токов İ_A, İ_B и İ_C принято от источников питания к приемнику.

В отличие от соединения звездой при соединении треугольником фазные токи не равны линейным. Токи в фазах приемника определяются по формулам

İ_ab = Ú_ab / Z_ab; İ_bc = Ú_bc / Z_bc; İ_ca = Ú_ca / Z_ca.

Линейные токи можно определить по фазным, составив уравнения по первому закону Кирхгофа для узлов a, b и c (рис 3.12)

İ_A = İ_ab — İ_ca; İ_B = İ_bc — İ_ab; İ_C = İ_ca — İ_bc.

Сложив левые и правые части системы уравнений, (3.20), получим

İ_A + İ_B + İ_C = 0,

т.е. сумма комплексов линейных токов равна нулю как при симметричной, так и при несимметричной нагрузке.

При соединение фаз обмотки генератора (или трансформатора) звездой их концы X, Y и Z соединяют в одну общую точку N, называемую нейтральной точкой (или нейтралью) (рис. 3.6). Концы фаз приемников (Z_a, Z_b, Z_c) также соединяют в одну точку n. Такое соединение называется соединение звезда.

Рис. 3.6

Провода A−a, B−b и C−c, соединяющие начала фаз генератора и приемника, называются линейными, провод N−n, соединяющий точкуN генератора с точкой n приемника, – нейтральным.

Трехфазная цепь с нейтральным проводом будет четырехпроводной, без нейтрального провода – трехпроводной.

В трехфазных цепях различают фазные и линейные напряжения. Фазное напряжение U_Ф – напряжение между началом и концом фазы или между линейным проводом и нейтралью (U_A, U_B, U_C у источника; U_a, U_b, U_c у приемника). Если сопротивлением проводов можно пренебречь, то фазное напряжение в приемнике считают таким же, как и в источнике. (U_A=U_a, U_B=U_b, U_C=U_c). За условно положительные направления фазных напряжений принимают направления от начала к концу фаз.

Линейное напряжение (U_Л) – напряжение между линейными проводами или между одноименными выводами разных фаз (U_AB, U_BC, U_CA). Условно положительные направления линейных напряжений приняты от точек, соответствующих первому индексу, к точкам соответствующим второму индексу (рис. 3.6).

По аналогии с фазными и линейными напряжениями различают также фазные и линейные токи:

· Фазные (I_Ф) – это токи в фазах генератора и приемников.

· Линейные (I_Л) – токи в линейных проводах.

50. Понятие о несимметричных режимах работы в трехпроводной и четырехпроводной цепях. Назначение нулевого провода.

Трехпроводная цепь

В общем случае при несимметричной нагрузке Z_ab ≠ Z_bc ≠ Z_ca. Обычно она возникает при питании от трехфазной сети однофазных приемников. Например, для нагрузки, рис. 3.15, фазные токи, углы сдвига фаз и фазные мощности будут в общем случае различными.

Рис. 3.15

Векторная диаграмма для случая, когда в фазе ab имеется активная нагрузка, в фазе bc – активно-индуктивная, а в фазе ca – активно-емкостная приведена на рис. 3.16, топографическая диаграмма – на рис. 3.17.

Рис. 3.16

Построение векторов линейных токов произведено в соответствии с выражениями

İ_A = İ_ab — İ_ca; İ_B = İ_bc — İ_ab; İ_C = İ_ca — İ_bc.

Рис. 3.17

Таким образом, при несимметричной нагрузке симметрия фазных токов İ_ab, İ_bс, İ_ca нарушается, поэтому линейные токи İ_A, İ_B, İ_C можно определить только расчетом по вышеприведенным уравнениям (3.20) или найти графическим путем из векторных диаграмм (рис. 3.16, 3.17).

Важной особенностью соединения фаз приемника треугольником является то, что при изменении сопротивления одной из фаз режим работы других фаз остается неизменным, так как линейные напряжения генератора являются постоянными. Будет изменяться только ток данной фазы и линейные токи в проводах линии, соединенных с этой фазой. Поэтому схема соединения треугольником широко используется для включения несимметричной нагрузки.

При расчете для несимметричной нагрузки сначала определяют значения фазных токов İ_ab, İ_bc, İ_ca и соответствующие им сдвиги фаз φ_ab, φ_bc, φ_ca. Затем определяют линейные токи с помощью уравнений (3.20) в комплексной форме или с помощью векторных диаграмм

Четырехпроводная цепь

При симметричной системе напряжений и несимметричной нагрузке, когда Z_a ≠ Z_b ≠ Z_c и φ_a ≠ φ_b ≠ φ_c токи в фазах потребителя различны и определяются по закону Ома

İ_a = Ú_a / Z_a; İ_b = Ú_b / Z_b; İ_c = Ú_c / Z_c.

Ток в нейтральном проводе İ_N равен геометрической сумме фазных токов

İ_N = İ_a + İ_b + İ_c.

Напряжения будут U_a = U_A; U_b = U_B; U_c = U_C, U_Ф = U_Л / , благодаря нейтральному проводу при Z_N = 0.

Следовательно, нейтральный провод обеспечивает симметрию фазных напряжений приемника при несимметричной нагрузке.

Поэтому в четырехпроводную сеть включают однофазные несимметричные нагрузки, например, электрические лампы накаливания. Режим работы каждой фазы нагрузки, находящейся под неизменным фазным напряжением генератора, не будет зависеть от режима работы других фаз

Его называют нулевым потому, что в некоторых случаях ток в нем равен нулю, и нейтральным исходя из того, что он одинаково принадлежит любой из фаз.

Назначение нулевого провода в том, что он необходим для выравнивания фазных напряжений нагрузки,когда сопротивления этих фаз различны, а также для заземления электрооборудования в сетях с глухозаземленной нейтралью.

Благодаря назначению нулевого провода напряжение на каждой фазе нагрузки будет практически одинаковым при неравномерной нагрузке фаз. Осветительная нагрузка, включенная звездой, всегда требует наличия нулевого провода, так как равномерная нагрузка фаз не гарантируется.в э

Сечение нулевого провода трехфазных линий, в которых нулевые провода не используют для заземления (специальные или реконструируемые сети освещения), принимают близким к половине сечения фазных проводов.

Если, например, фазные провода имеют сечение 35 мм2, нулевой провод берется 16 мм2.

Сечение нулевого провода трехфазной системы с глухозаземленной найтралью, в которой нулевой провод используется для заземления, должно быть не менее половины сечения фазных проводов, а в некоторых случаях равно им.

Нулевой провод воздушных линий 320/220 В должен иметь одинаковую марку и сечение с фазными проводами:

на участках, выполненных стальными проводами, а также биметаллическими и сталеалюминиевыми фазными проводами, сечением 10 мм2;

при невозможности обеспечения другими средствами необходимой селективности защиты от коротких замыканий на землю (при этом допускается принимать сечение нулевых проводов большее, чем фазных проводов).

Поскольку в одно- и двухфазных линиях по нулевому и фазному проводам протекает ток одинаковой величины, то для этих линий сечение нулевых и фазных проводов берут одинаковым

51.Причины возникновения переходных процессов в электрических цепях. Дифференциальные уравнения электрического состояния цепей и методы их решения.

Переходные процессы возникают при любых изменениях режима электрической цепи: при подключении и отключении цепи, при изменении нагрузки, при возникновении аварийных режимов (короткое замыкание, обрыв провода и т.д.). Изменения в электрической цепи можно представить в виде тех или иных переключений, называемых в общем случае коммутацией. Физически переходные процессы представляют собой процессы перехода от энергетического состояния, соответствующего до коммутационному режиму, к энергетическому состоянию, соответствующему после коммутационному режиму.

Переходные процессы обычно быстро протекающие: длительность их составляет десятые, сотые, а иногда и миллиардные доли секунды. Сравнительно редко длительность переходных процессов достигает секунд и десятков секунд. Тем не менее изучение переходных процессов весьма важно, так как позволяет установить, как деформируется по форме и амплитуде сигнал, выявить превышения напряжения на отдельных участках цепи, которые могут оказаться опасными для изоляции установки, увеличения амплитуд токов, которые могут в десятки раз превышать амплитуду тока установившегося периодического процесса, а также определять продолжительность переходного процесса. С другой стороны, работа многих электротехнических устройств, особенно устройств промышленной электроники, основана на переходных процессах. Например, в электрических нагревательных печах качество выпускаемого материала зависит от характера протекания переходного процесса. Чрезмерно быстрое нагревание может стать причиной брака, а чрезмерно медленное отрицательно оказывается на качестве материала и приводит к снижению производительности.

В общем случае в электрической цепи переходные процессы могут возникать, если в цепи имеются индуктивные и емкостные элементы, обладающие способностью накапливать или отдавать энергию магнитного или электрического поля. В момент коммутации, когда начинается переходный процесс, происходит перераспределение энергии между индуктивными, емкостными элементами цепи и внешними источниками энергии, подключенными к цепи. При этом часть энергия безвозвратно преобразуется в другие виды энергий (например, в тепловую на активном сопротивлении).

После окончания переходного процесса устанавливается новый установившийся режим, который определяется только внешними источниками энергии. При отключении внешних источников энергии переходный процесс может возникать за счет энергии электромагнитного поля, накопленной до начала переходного режима в индуктивных и емкостных элементах цепи.

52. Законы коммутации и их использование при определении начальных условий.

Первый закон коммутации состоит в том, что ток в ветви с индуктивным элементом в начальный момент времени после коммутации имеет то же значение, какое он имел непосредственно перед коммутацией, а затем с этого значения он начинает плавно изменяться. Сказанное обычно записывают в виде i_L(0_—) = i_L(0₊), считая, что коммутация происходит мгновенно в момент t = 0.

Второй закон коммутации состоит в том, что напряжение на емкостном элементе в начальный момент после коммутации имеет то же значение, какое оно имело непосредственно перед коммутацией, а затем с этого значения оно начинает плавно изменяться: U_C(0_—) = U_C(0₊).

Следовательно, наличие ветви, содержащей индуктивность, в цепи, включаемой под напряжение, равносильно разрыву цепи в этом месте в момент коммутации, так как i_L(0_—) = i_L(0₊). Наличие в цепи, включаемой под напряжение, ветви, содержащей разряженный конденсатор, равносильно короткому замыканию в этом месте в момент коммутации, так как U_C(0_—) = U_C(0₊).

Однако в электрической цепи возможны скачки напряжений на индуктивностях и токов на емкостях.

В электрических цепях с резистивными элементами энергия электромагнитного поля не запасается, вследствие чего в них переходные процессы не возникают, т.е. в таких цепях стационарные режимы устанавливаются мгновенно, скачком.

В действительности любой элемент цепи обладает каким-то сопротивлением r, индуктивностью L и емкостью С, т.е. в реальных электротехнических устройствах существуют тепловые потери, обусловленные прохождением тока и наличием сопротивления r, а также магнитные и электрические поля.

Переходные процессы в реальных электротехнических устройствах можно ускорять или замедлять путем подбора соответствующих параметров элементов цепей, а также за счет применения специальных устройств.

53. Описание процесса заряда и разряда конденсатора, включенного последовательно с резистором. Простейший генератор пилообразного напряжения.

life-prog.ru

Другие статьи по теме:

Как провести проводку в доме своими руками Как подключить провода в распределительной коробке Соединение проводки Маркировка фаз по цветам Разводка проводов Основные и дополнительные средства защиты