Меню

Значение нулевого провода при несимметричной нагрузке

Несимметричный режим трехфазных цепей

а) Назначение нулевого провода.
При несимметричной нагрузке звездой без нулевого провода (на рис. 11.19 ключ разомкнут) сопротивления всех фаз неодинаковы: Z А Z В Z С . Вследствие этого появляется напряжение смещения нейтрали U N’N , определяемое по формуле двух узлов:

Это напряжение U N, действующее между точками N и N’ (рис. 11.19), показано на рис. 11.20. При любом направлении вектора U N напряжения на фазах нагрузки будут неодинаковы.

При включении и выключении приемников проводимости фаз Y А, Y B и Y C изменяются произвольным образом, это приводит к изменению напряжения смещения нейтрали U N, ведущее, в свою очередь, к произвольному изменению напряжений на фазах нагрузки. Подавляющее большинство электросиловых приемников функционирует только при номинальном питающем напряжении. Поэтому соединение звездой без нулевого провода для несимметричной или изменяемой нагрузки практически не используется вследствие невозможности обеспечить номинальное питающее напряжение. При большом числе приемников, статистически в «среднем» обеспечивающих примерно одинаковую нагрузку фаз, несмотря на включение и выключение отдельных потребителей, смещение нейтрали невелико. Это позволяет использовать соединение звездой без нулевого провода для мощных линий электропередач на трансформаторные подстанции напряжением до 6,3 кВ. Соединение звездой без нулевого провода используется и в устройствах, предназначенных для контроля и анализа режимов трехфазных цепей.



б) Соединение звездой с нулевым проводом.
Для соединения звездой с нулевым проводом (на рис. 11.19 ключ замкнут) определим напряжение нейтрали также по формуле двух узлов:

В реальных системах электроснабжения проводимость нулевого провода Y N много больше проводимостей фаз и практически можно считать, что сопротивление нулевого провода близко к нулю. Тогда при Y N → ∞ знаменатель в выше написанной формуле стремится к бесконечности, U N → 0 и при наличии нулевого провода с достаточно малым сопротивлением смещение потенциала нулевой точки N’ нагрузки отсутствует. На фазах нагрузки независимо от их сопротивлений поддерживаются напряжения, составляющие симметричную трехфазную систему.
Токи фаз нагрузки определяются по закону Ома:

На рис. 11.22 показана векторная диаграмма токов при несимметричной активной нагрузке. Из векторной диаграммы видно, что токи фаз при несимметричной нагрузке не равны по модулю, а в общем случае смещены по фазе на углы, не равные 120°, т. е. они не представляют симметричную трехфазную систему.
Ток нейтрального провода (см. рис. 11.14) можно определить по первому закону Кирхгофа для узла N’ — рис. 11.22 (на рисунке изображен вспомогательный вектор тока, равный сумме токов I А+ I С):

Читайте также:  Для чего нужен провод апв

Чем больше несимметрия фаз нагрузки, тем больше «уравнительный» ток I N нулевого провода.

Соединение звездой с нулевым проводом повсеместно используется для электропитания жилых и общественных зданий, производственных приемников энергии и в других случаях с многочисленными приемниками, включаемыми и выключаемыми независимо друг от друга.



в) Соединение треугольником.
Если пренебречь сопротивлением соединительных проводов, то напряжения на фазах нагрузки равны линейным напряжениям трехфазного источника . Фазные токи при несимметричной нагрузке Z А B Z ВС Z С A определяются по закону Ома:

На рис. 11.25 показана векторная диаграмма токов при несимметричной активной нагрузке. Линейные токи определяются по первому закону Кирхгофа для узлов А, В и С рис. 11.17:


Как видно из векторной диаграммы (рис. 11.25), линейные токи не равны по модулю и смещены по фазе на углы, не равные 120°. В общем случае и фазные токи не равны по модулю и смещены по фазе на углы, не равные 120°.


Векторная диаграмма линейных токов показана на рис. 11.25.

г) Аварийные режимы в трехфазных цепях.
Частными случаями несимметричных режимов являются аварийные режимы в трехфазных цепях: обрывы нейтрального и линейных проводов, КЗ в фазах.
Абсолютно безопасными являются разрывы в фазах нагрузки, соединенной треугольником или звездой с нулевым проводом (отключения фаз)
Аварийными, пожароопасными являются КЗ фаз нагрузки таких соединений. Все другие случаи приводят к резкому изменению номинальных напряжений на фазах нагрузки и могут привести к аварийной ситуации. Обрыв нулевого провода несимметричной звезды был рассмотрен в примере 11.9.

Источник



НАЗНАЧЕНИЕ НУЛЕВОГО ПРОВОДА В ЧЕТЫРЕХПРОВОДНОЙ ЦЕПИ

Ток в нулевом проводе равен нулю при строго симметричной на­грузке. Если нагрузка несимметричная, т. е. , то нерав­ными будут и токи . Тогда на основе построения, ана­логичного приведенному на рис.64, нетрудно убедиться, что при симметрии фазных напряжений ток в нулевом проводе не будет равен нулю: (за исключением некоторых частных случаев).

Читайте также:  Возбуждение генератора приора зачем 2 провода

Итак, при симметрии фазных напряжений и несимметрии нагрузки в нулевом проводе есть ток. Представим себе, что нулевой провод оборвался, При этом токи должны измениться так, чтобы их векторная сумма оказалась рав­ной нулю:

Но при заданных сопротивлениях нагрузки токи могут измениться только за счет изменения фазных напряжений.

Следовательно, обрыв нулевого провода в общем случае приводит к изменению фазных напряжении, симметричные фазные напряжения становятся несимметричными.

Рассмотрим топографическую векторную диаграмму, представленную на рис. 69.

Для простоты пренебрежем падением на­пряжения внутри обмоток генератора и проводах линии и будем считать, что напряжения на нагрузке равны э.д.с. генератора.

При несимметрии нагрузки и отсутствии нулевого провода фазные напряжения будут различными и точка О’ займет на векторной диаграмме положение, отличное от точки О.

Включим теперь нулевой провод с пренебрежимо малым сопро­тивлением, как показано на рис. 63. При этом потенциалы точек О и О’ окажутся одинаковыми. Это значит, что точки О и О’ на топогра­фической диаграмме рис. 69 должны быть совмещены.

Точка О на топографической диаграмме не может изменить своего положения, так как симметрия э.д.с. обеспечивается конструкцией генератора. Следовательно, точка О’ перейдет в точку О, т.е. фазные напряжения на нагрузке станут симметричными.

Таким образом, нулевой провод в четырехпроводной цепи пред­назначен для обеспечения симметрии фазных напряжений при несим­метричной нагрузке.

Несимметрия фазных напряжений недопустима, так как приводит к нарушению нормальной работы потребителей.

4.5. СОЕДИНЕНИЕ НАГРУЗКИ ТРЕУГОЛЬНИКОМ. ВЕКТОРНЫЕ

ДИАГРАММЫ, СООТНОШЕНИЯ МЕЖДУ ФАЗНЫМИ И ЛИНЕЙНЫМИ ТОКАМИ И НАПРЯЖЕНИЯМИ

Треугольником могут быть соединены как обмотки генератора, так и фазы нагрузки. При соединении треугольником фазные и ли­нейные напряжения равны: = (рис. 70).

Применяя первый закон Кирхгофа к узлам А, В и С, найдем связь между линейными и фазными токами . Для векторов токов справедливы соотношения:

Этим уравнениям удовлетворяют векторные диаграммы, пред­ставленные на рис. 71.

При симметричной нагрузке

Из треугольника фазных и линейных токов (рис. 71) находим

Таким образом, при соединении треугольником

4.6. АКТИВНАЯ, РЕАКТИВНАЯ И ПОЛНАЯ МОЩНОСТИ

ТРЕХФАЗНОИ ЦЕПИ. КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ

Читайте также:  Как удлинить алюминиевый провод медным

Активная мощность трехфазной цепи равна сумме активных мощно­стей ее фаз:

Реактивная мощность трехфазной цепи равна сумме реактивных мощностей ее фаз:

Очевидно, что в симметричной трехфазной цепи

Мощность одной фазы определяется по формулам для однофазной цепи. Таким образом,

Эти формулы можно использовать для подсчета мощности симмет­ричной трехфазной цепи. Однако измерения фазных напряжений и токов связаны с некоторыми трудностями, так как необходим доступ к нулевой точке. Проще измерить линейные токи и напряжения непо­средственно на клеммах щита питания. Поэтому формулы мощности трехфазной системы записывают через линейные токи и напряжения.

При соединении звездой

При соединении треугольником

Таким образом, в обоих случаях активная мощность симметрич­ной цепи:

Аналогично реактивная мощность

Коэффициент мощности симметричной трехфазной цепи находят как отношение активной и полной мощностей:

Все эти формулы точны для симметричных цепей. Реальные цепи рассчитывают таким образом, чтобы их нагрузка была близка к сим­метричной, поэтому приведенные формулы имеют широкое приме­нение.

ТЕСТЫ ПО ГЛАВЕ 4

ТЕСТ 4.1 Принцип получения трехфазной э.д.с. Основные схемы соединений трехфазных цепей

Вопросы Варианты ответа Выбран вариант
1.При вращении рамок против часовой стрелки в них индуктируются э.д.с. e A = E m sinwt; e B = sin (wt – 120°); e C = sin (wt + 120°). Какие э.д.с. будут индуктироваться при вращении рамок по часовой стрелке? Те же самые
Знаки начальных фаз изменятся на противоположные
Направления векторов э.д.с. в рамках изменятся на противоположные
2.По ходу вращения за вектором Е А следует вектор Е В, за вектором Е В – вектор Е С. Изменится ли порядок следования векторов (порядок чередования фаз), если изменить направление вращения рамок? Изменится
Не изменится
3.Какие характеристики изменятся, если при прочих равных условиях увеличить скорость вращения рамок? Частота и начальные фазы
Частота и амплитуды
Амплитуды и начальные фазы
4.Сколько соединительных проводов подходит к генератору, обмотки которого образуют звезду?
3 или 4
5.С какой точкой соединяется начало первой обмотки при соединении обмоток генератора треугольником? С началом второй
С концом второй
С концом третьей

ТЕСТ 4.2 Соединение трехфазной цепи звездой. Четырехпроводная и трехпроводная цепи

Источник