Как определяется напряжение смещения нейтрали?

Напряжение смещения нейтрали в трехфазных цепях

Как уже писалось (например, здесь) нейтралью называют общую точку обмоток электрических машин при соединении в схему звезда, при соединении в схему треугольник для получения нейтральной точки можно использовать схему “скользящий треугольник”.

Синонимом понятия “смещение нейтрали” является выражение “перекос фаз”. Оба эти словосочетания используются в лексиконе и профессиональной среде электриков.

В данной статье будем рассматривать смещение нейтрали у нагрузки. Для начала выведем формулу для расчета напряжения смещения нейтрали, для этого нарисуем схему замещения трехфазной сети, где в обычном режиме напряжения фаз представляют собой синусоиды, которые при равномерной нагрузке фаз сдвинуты на 1200 и в любой момент времени их сумма равна 0. В нашем же случае, нагрузка будет неравномерная, что приведет к смещению нейтрали, что можно увидеть по рисунку с векторными диаграммами.

Напряжение смещения нейтрали определяется по следующей формуле:

  • Еа, Ев, Ес — ЭДС источника питания
  • Уа, Ув, Ус — проводимости фаз потребителя, напомним, что проводимость — величина обратная полному сопротивлению, то есть У=1/Z
  • 00’ — эти точки соответствуют нулю нагрузки и нулю генератора (трансформатора), питающего данную нагрузку

Под смещением нейтрали понимают, что между нулевым проводом источника и нагрузки возникает напряжение, а по нулевому проводу течет ток. Но, это в случае, если нулевые провода соединены. Если же нулевой провод источника и нагрузки не соединен, то смещение нейтрали может вызвать нарушение магнитного равновесия в трансформаторе.

Случай 1 — нагрузка однородная равномерная по трем фазам

Идеальный случай (симметричная нагрузка), при котором смещения нейтрали не происходит, сумма напряжений в любой момент времени равна нулю, линейные трех фаз составляют

220В. Под однородностью нагрузки понимается, что она носит либо активный, либо индуктивный, либо емкостной характер по всем трем фазам, как сказали бы электроники — элемент “или”. В нашем примере верным будет утверждение, что Xa=Xb=Xc.

Случай 2 — нагрузка однородная и неравномерная по трем фазам

При данном стечении обстоятельств, происходит смещение нейтрали, которому соответствует отрезок 00’ на рисунке сверху слева, который и создает ток в нулевом проводе. Смещения в ту или иную сторону точки 0’ от точки 0 будет зависеть от характера нагрузки. В данном примере нагрузка однородная, но неравномерная, различающаяся по величине, но не по типу.

Случай 3 — нагрузка по трем фазам разнородная

В случае с разнородной неравномерной нагрузкой нейтральная точка нагрузки (0’) вышла за пределы треугольника. Значения же фазных напряжений на нагрузке превышают это значение на источнике питания в несколько раз. Однако, не следует забывать, что это смещение происходит только на нагрузке, а не на источнике питания.

Неоднородность нагрузки будет влиять на источник питания (трансформатор или генератор), только, если относительно источника эта нагрузка будет велика. В этом случае может произойти нарушение магнитной устойчивости трансформатора.

Следует помнить, чем выше нагрузка, тем большее влияние на систему она может оказывать, аналогично, как большие двигатели серьезнее просаживают напряжение на шинах при перерывах питания на электростанциях.

2020 Помегерим! — электрика и электроэнергетика

Смещение нейтрали

Узловое напряжение между нулевыми точками п и N в трехфазной цепи называется смещением нейтрали UnN. Согласно этому определению смещение нейтрали имеет смысл лишь при соединении источника и приемника в звезду. Пользуясь рис. 5.4, а, мы можем записать двояко:

1) по второму закону Кирхгофа

откуда

2) по методу двух узлов (см. п. 2.3.4):

где Ya = 1 / Za, Y_b = 1 / Zb, Y_c = 1 / Zc, YnN = 1 / ZnN проводимости фаз нагрузки и нулевого провода.

Исходя из (5-8), в схеме по рис. 5.4, a U_nN =0 в двух случаях:

  • а) когда ключ К замкнут (четырехпроводная цепь, в которой все провода, в том числе нулевой провод, обладают нулевым сопротивлением, т.е. Znp = 0), поскольку при этом независимо от характера и симметрии нагрузки и А = ua, UB = Ub, ис = ис ввиду того, что ZnN = 0 YnN = 1 / ZnN =1/0 = °°;
  • б) когда ключ К разомкнут (YmV= 0), но нагрузка симметрична (Yn =Yb = = Yc = У), поскольку при этом, согласно (5-3), U_A +ILB+U_c = 0-

При несимметричной нагрузке трехфазной цепи с соединением нагрузки в звезду с недоступной нулевой точкой U_nN ф 0.

Соотношения между линейными и фазными напряжениями в нагрузке, соединенной в звезду

1. Напомнив, что в трехфазной цепи при соединении нагрузки в звезду Y линейные токи равны фазным (формула (5-4)), обратим внимание на то, что для источника питания по рис. 5.4, 6 очевидны следующие соотношения:

Решив совместно эти равенства, будем иметь где, согласно (5-3),

2. Рассуждая аналогично относительно приемника, соединенного в Y, получим

где

Для симметричной трехфазной цепи с нагрузкой индуктивного характера, соединенной в звезду с нулевым проводом (см. рис. 5.4, а, ключ К замкнут), полярная и топографическая диаграммы первого рода, построенные в комплексной плоскости, выглядят, как показано на рис. 5.5, а и б соответственно.

При построении полярной векторной диаграммы сначала отложили векторы фазных напряжений источника питания U_A>U_B>U_c> согласно (5-3), относительно которых под углами ср отложили векторы фазных (в данном случае и линейных) токов /я,/^,/с. Затем, руководствуясь (5-9), построили векторы линейных напряжений U_AB,U_BC,U_CA. Поскольку фазные и линейные напряжения и токи источника равны соответствующим напряжениям и токам приемника (см. рис. 5.4), то полярная векторная диаграмма приемника совпадает с полярной векторной диаграммой источника, что показано на рис. 5.5, а.

На рис. 5.5, б изображена та же векторная диаграмма, но топографическаякоторая строилась в той же последовательности, что и полярная. Совпадения векторных диаграмм напряжений источника и приемника здесь показано совмещением обозначений выводов первого со вторыми (А(а), В(Ь), С (с)), а токов — нулевых точек (я, N).

Полярная и топографическая векторные диаграммы для симметричной трехфазной цепи с нагрузкой индуктивного характера, соединенной в звезду без нулевого провода (см. рис. 5.4, а, ключ К разомкнут), на комплексной плоскости будут в точности повторять рис. 5.5, а и б, поскольку в этом случае смещение нейтрали UnN = 0.

Топографическая векторная диаграмма для несимметричной трехфазной цепи с нагрузкой индуктивного характера, соединенной в звезду без нулевого провода (см. рис. 5.4, а, ключ К разомкнут), на комплексной плоскости представлена на рис. 5.5, в. Здесь векторы линейных напряжений источника и приемника совпадают и образуют два совмещенных равносторонних треугольника, поскольку потенциалы фл = , фя = фЛ, фс = фс.

Нейтральная точка источника питания N, как и прежде, будет находиться в центре тяжести этих треугольников. Для построения же векторов фазных напряжений нагрузки следует сначала определить смещение нейтрали UnN по формуле (5-8), в которой YnN = 0, поскольку нулевой провод оборван (ZnN = оо), и по нему найти «местоположение» нулевой точки п, после чего из этой точки провести векторы в точки а(А), Ь(В) и с(С). В результате получим векторы фазных напряжений приемника, поскольку U_a =U_na, U_b = Цпь> Нс =Н-пс- После этого изображают векторы фазных токов приемника la,lb’L относительно векторов фазных напряжений На’Нв’Нс- О ни > как показано на рис. 5.5, в, разные но величинам и отстают от соответствующих фазных напряжений на различные углы (во избежание затемнения на рис. 5.5, в углы не обозначены).

Из векторных диаграмм по рис. 5.5, а и 6 нетрудно вывести соотношение между линейными и фазными напряжениями симметричного приемника, соединенного в звезду. Так, из треугольника пОЬ (см. рис. 5.5, а), очевидно, что cos пЬО = ОЬ / пЬ = cos 30° = Ubc / 2 Ub, откуда Ubc = 2 Ub cos 30° = = 2Ub-j3 / 2 = l3Ub. Учитывая, что Ubc = илу, a Ub = ифГ, получим

т.е. линейное напряжение симметричной трехфазной цепи при соединении нагрузки в звезду больше фазного в V3 раз (или фазное напряжение меньше линейного в л/3 раз). То же самое можно установить из треугольника anb (см. рис. 5.5, б).

Как определяется напряжение смещения нейтрали?

2. Смещение нейтрали

Приотсутствии замыкания на землю, но принесимметрии емкостей фаз сети относительноземли между нулевой точкой системы иземлей появляется напряжение — происходитсмещение нейтрали системы, что приводитк изменению напряжений фаз относительноземли.

Напряжениесмещения нейтрали в системе с изолированнойнейтралью

гдеС1,С2,С3,- емкости отдельных фаз относительноземли;

;;- фазные напряжения источника.

Напряжение смещенияпри наличии дугогасящей катушки (рис.8.5) равно:

где — проводимость нулевой последовательности.

Как видно изуравнения, наличие в системе дугогасящегоаппарата уве­личивает смещениенейтрали, вызываемое несимметриейемкостей, и оказыва­ет тем самымотрицательное влияние, ухудшая условияработы изоляции, создавая помехи длялиний связи и т.д.

Рисунок8.3 – Однофазная схема замещения призамыкании на землю одной из фаз системыс дугогасящей катушкой.

Рисунок8.4 – Восстановление напряжения на фазепосле гашения дуги в системе с дугогасящейкатушкой.

Из последнегоуравнения также видно, что наибольшиесмещения нейтра­ли могут возникнутьпри настройке дугогасящей катушки врезонанс. Это приводит к необходимостиэксплуатировать дугогасящие катушкив реаль­ных сетях с расстройкой

Как показал опытэксплуатация, настройку следуетпроизводить сперекомпенсацией(Ik> Ic),в противном случае при аварийномразделении сети компенсирующий емкостныйток снизится и могут создаваться условиярезонанса (Ik= Ic),что приведет к значительному смещениюнейтрали и перенапряжениям в сети.

III. Описание установки

Работапроизводится на моделитрехфазнойэлектрической сети, изображеннойна рис.8.6. Емкости С1,С2,С3,представляющиеемкостипроводовлинии электропередачиотносительно земли, подключаются ксоответствующим фазам с помощьютумблеров. В каждой фазе можно включать10, 20, 30 мкФ, создавая таким образомжелаемую степень несимметрии емкостей.Для ком­пенсации емкостного токазамыканияназемлю в нейтраль трансформаторавключается дугогасящая катушка состалью. Модель питается от сети 380 Вчерез разделяющий трансформатор 380/220В, так что вторичное фазное напряжениеимеет величину 127 В.

IV. Задание на измерения

1.Проверить симметрию напряжений трехфазноймодели. Для этогопри отключеннойкатушке Петерсена и отсутствии замыканияна землю,измерить напряжениемежду нейтралью питающего трансформатораи землей.

2. Измеритьлинейные ифазные напряжения сети,напряжениесмещения нейтрали и емкостные токи фаздля двух случаев:

а) емкости фазодинаковые (С1= С2= С3= 30 мкФ),

б) емкости фазразличны (С1= 20 мкФ; С2= 30 мкФ; С3 =40 мкФ).

Результатыизмерений занести в табл.8.1.

Рисунок 8.5 –Однофазная схема замещения для определениянапряжения смещения нейтрали при наличиидугогасящей катушки

Рисунок 8.6 – Схемамодели сети

Таблица8.1 — Результатыизмерения линейных и фазных напряжений

С1,мкФ С2, мкФ С3, мкФ U1,В U2,В U3,В U12,В U23,В U31,В Uс,В I1,А I2,А I3,А
30 30 30
20 30 40

По данным опытапостроить векторные диаграммы напряженийи токов.

3. Произвестизамыкание фазы на землю и измеритьфазные напряжения, напряжение нейтрали,емкостные токи здоровых фаз и емкостнойток замы­кания на землю и сопоставитьэкспериментальные данные с расчетными.Результаты измерений и расчетов занестив табл. 8.2.

Таблица 8.2 -Результаты измерений и расчетов в сетис ОЗНЗ

№ опыта С1, мкФ С2, мкФ U1,В U2,В Uс,В Iз = I3 I1,А I2,А
экспер. расчет.
1 30 30
2 30 40

По данным опытапостроить векторные диаграммы.

4. Произвестизамыкание фазы наземлю.Емкости здоровых фаз принять одинаковымиС1= С2= 30 мкФ. Изменяяиндуктивность катушки с помощьюштекерного переключателя, измеритьфазные напряжения, емкостные токиздоровыхфаз, емкостной ток в месте замыкания (взаземленной фазе), напряже­ния смещенияна катушке иток в катушке.Результатыизмеренийсвести в табл.8.3.

Таблица 8.3 -Результаты измерения в сети с дугогасящейкатушкой

№п/п Отпайка катушки U1,В U2,В Iз,А I1,А I2,А U1,В In,А
1

По данным опытапостроить кривую Iз= f(IL).Для 3-х значений соответствующих режимунедокомпенсации (Iз>IL),компенсации (Iз= IL)и перекомпенсации (Iз

Лабораторная работа n 4

Цель работы

Исследование трехфазной цепи при соединении в звезду с последующим построением по опытным данным векторных диаграмм.

Домашнее задание

  1. Ознакомиться с содержанием работы по методическим указаниям.
  2. Изучить теоретический материал с использованием рекомендованной литературы и знать ответы на контрольные вопросы.
  3. Ознакомиться с методикой проведения эксперимента.
  4. Составить заготовки протоколов отчетов.

Список литературы

  1. Касаткин А.С. Основы электротехники. — М.: Энергия, 1976.
  2. Матханов Л.Н. Основы анализа электрических цепей. — М.: Высш. шк., 1981.

Теоретические сведения

Трехфазная цепь является совокупностью трех электрических цепей, в которых действуют синусоидальные ЭДС одной и той же частоты, сдвинутые относительно друг друга по фазе на 120o, создаваемые общим источником питания. Эти составные части трехфазной цепи называются фазами.

Трехфазная цепь состоит из трехфазного генератора, соединительных проводов и приемника или нагрузки, который может быть трехфазным или однофазным.

Трехфазная цепь может быть соединена звездой или треугольником. На рис. 4.1 изображена трехфазная цепь, соединенная звездой.

Трехфазная система ЭДС генератора может быть несимметричной или симметричной.

При симметричной трехфазной системе ЭДС фаз генератора одинаковы по величине и смещены по фазе относительно друг друга на 120o. Сумма электродвижущих сил трехфазной системы в любой момент времени равна нулю

Провод, соединяющий нейтральные (нулевые) точки источника N и приемника N, называют нейтральным (нулевым) проводом, а провода, идущие от источника к нагрузке, — линейными проводами. Напряжения между началами фаз или между линейными проводами называют линейными напряжениями. Напряжения между началом и концом фазы или между линейным и нейтральным проводами называются фазными напряжениями.

Токи в фазах приемника или источника называют фазными токами, токи в линейных проводах — линейными токами. Так как линейные провода составлены последовательно с фазами источника и приемника, линейные токи в звезде равны соответствующим фазным токам.

Линейные напряжения равны геометрическим разностям соответствующих фазных напряжений.

Если сопротивления фаз нагрузки одинаковы, нагрузка является симметричной, между линейными и фазными напряжениями соблюдаются следующие соотношения:

Напряжения фаз нагрузки и генератора одинаковы.

Фазные токи будут одинаковы и сдвинуты относительно своих напряжений на один и тот же угол.

Эти токи образуют симметричную систему векторов. Ток нейтрального провода IN, определяемый по первому закону Кирхгофа , будет равен нулю независимо от величины сопротивления этого провода.

На рис. 4.2 показана векторная диаграмма трехфазной цепи, у которой сопротивления фаз нагрузки одинаковы

где R — активное сопротивление.

Векторы фазных токов совпадают по направлению с векторами своих фазных напряжений.

При неодинаковой нагрузке фаз система токов и фазных напряжений нагрузки будет несимметрична. В этом случае в звезде с нейтральным проводом, сопротивление которого не равно нулю, и в звезде без нейтрального провода между нулевыми точками источника и приемника возникает узловое напряжение или напряжение смещения нейтрали UNN. Это напряжение определяется по формуле (4.2).

где — фазные ЭДС генератора;
— сопротивления фаз;
— сопротивление нейтрального провода.

В звезде без нейтрального провода

Из-за напряжения смещения нейтрали фазные напряжения приемника и фазные токи будут неодинаковы Фазные напряжения генератора и приемника отличаются друг от друга.

Фазные токи определяются по формулам

Ток в нейтральном проводе

Если нейтральный провод отсутствует, геометрическая сумма фазных токов равна нулю

В звезде с нейтральным проводом, сопротивлением которого можно пренебречь, т.е. считать a напряжение смещения нейтрали равно нулю. Фазные напряжения приемника становятся одинаковыми и равными фазным напряжениям генератора.

Вектор тока в нейтральном проводе равен геометрической сумме векторов фазных токов.

В схеме с несимметричной нагрузкой и с нейтральным проводом, сопротивление которого равно нулю, фазные напряжения нагрузки становятся одинаковыми.

На рис. 4.3 приведена векторная диаграмма трехфазной цепи, соединенной звездой с нейтральным проводом, имеющим нулевое сопротивление, нагрузкой которой являются активные сопротивления, неодинаковые по величине.

На рис. 4.4 изображена векторная диаграмма трехфазной цепи с нейтральным проводом, у которой в фазу А включено активное сопротивление, в фазу В — индуктивная катушка, в фазу С — конденсатор. Векторная диаграмма цепи со смешанной нагрузкой строится следующим образом.

Сначала строят звезду факторов фазных напряжений генератора. Векторы фазных напряжений нагрузки совпадают с векторами фазных напряжений генератора. В фазе А вектор тока совпадает по направлению с вектором напряжения ( φA = 0) .

В фазе В вектор тока отстает по направлению от вектора напряжения на угол φB. Величина угла определяется по формуле:

где Rk — активное сопротивление катушки, величина которого измерена;
zk — полное сопротивление катушки.

В фазе С вектор тока опережает вектор напряжения на 90o. Вектор тока в нулевом проводе равен геометрической сумме векторов фазных токов.

На рис. 4.5 изображена векторная диаграмма трехфазной цепи без нейтрального провода при несимметричной нагрузке. В схеме появляется напряжение смещения нейтрали. Векторная диаграмма строится следующим образом.

Сначала откладывают векторы напряжений генератора.

Положение вектора напряжения смещения нейтрали определяют с помощью метода засечек. Из концов векторов фазных направлений генератора при помощи циркуля с раствором, равным поочередно величинам соответствующих фазных напряжений нагрузки проводятся засечки, их пересечение дает положение конца вектора напряжения смещения нейтрали.

Векторы фазных напряжений приемника получают при соединении точки О с концами векторов фазных напряжений генератора. Векторы фазных токов совпадают по направлению с векторами фазных напряжений нагрузки. Геометрическая сумма векторов фазных токов равна нулю.

Векторная диаграмма трехфазной цепи при смешанной нагрузке без нейтрального провода та же, что и векторная диаграмма на рис. 4.5. Только векторы фазных токов в фазах В и С, в которых включены индуктивная катушка и конденсатор, не совпадают по направлению с векторами фазных напряжений нагрузки и .

Перекос фаз, расфазовка или – смещение нейтрали

Для тех, кто еще не знает, открою истину, а другим напомню, что ток передается от электростанции к потребителю по трем фазам через повышающие трансформаторы напряжения и нулевой провод в этом случае не используется. А вот после того, как напряжение понижается и приходит к потребителю мы к этим трем фазам получаем и такое счастье, как нулевой провод. Когда внезапно пропадает контакт между нулем понижающего трансформатора (со станции, подстанции, ВРУ и т.д. и т.п.) и нулевым проводом в электрическом стояке возникает такое явление, которое называется смещением нейтрали. Напряжения в фазах сдвинуты друг относительно друга на угол 120°. Очень часто не сильно грамотные электрики называют это перекосом фаз, но на самом деле перекос фаз означает изменение угла между фазами вследствие несимметричности нагрузки, что сделать крайне нереально. Даже несимметричная нагрузка может привести лишь к тому, что вы не сможете использовать вашу электросеть с полной нагрузкой. Предположим, есть три фазы с максимальным значением 16 ампер. Вы всю свою нагрузку подключили к одной фазе, вместо возможных 10,5 кВт вы получите только 3,5 кВт. Но абсолютно ничего страшного в этом нет.

Теперь о «расфазовке». Этот термин используют совсем неграмотные электрики. У фаз существует порядок АВС. Этот порядок важен только на этапе монтажа и проектирования. Важность его заключается в том, что трехфазные двигатели вращаются вправо или влево, как раз, вследствие изменения чередования фаз. Так что под сленгом «расфазовка» (такого термина вообще не существует) правильнее будет использовать термин — порядок чередования фаз.

Смещение нейтрали

Ну вот, с терминами разобрались, осталось узнать, что такое смещение нейтрали, каковы признаки и как оно возникает.

Так выглядит треугольник-звезда напряжений в исправной электросети. Между вершинами треугольника, то есть между фазами напряжение 380 вольт и это напряжение называется линейным. А вот между любой фазой и нулем, привычное нам, напряжение 220 вольт и оно называется фазным.

Снова немного окунемся в теорию. В трехфазной сети есть такая особенность, что по нулевому проводу ток максимальный в том случае, если загружена ТОЛЬКО одна фаза. При симметричной нагрузке всех трех фаз ток в нулевом проводе равен нулю.

Итак, в подъезд подается три фазы, дальше фазы в определенном порядке подаются в разные квартиры с целью хотя бы приблизительно обеспечить симметрию нагрузки, а вот ноль идет абсолютно во все квартиры. Схематично и упрощенно это можно представить в виде трех розеток.

А теперь представьте себе, что автомат защиты выбран неправильно, нагрузка несимметрична и по нулевому проводу начинает протекать очень большой ток, который вызывает нагрев провода. В конце концов, ноль отгорает. Или ноль после ремонтных работ электрик по своей халатности забывает присоединить на место.

Дальше, в любую розетку мы включим лампочку, но две других трогать не будем.

И ничего не произойдет. В том плане, что лампочка не загорится. Она попросту будет кусочком провода, который соединит фазу «А» с бывшим нулевым проводом и бывший нулевой провод просто станет продолжением фазы «А», но только подключенным через лампочку. Теперь посмотрим, что будет на диаграмме:

А видим мы следующее, что теперь между бывшим нулевым проводом и двумя другими фазами («С» и «В») будет напряжение 380 вольт. Включаем еще одну точно такую же лампочку в другую розетку.

Теперь между бывшим нулевым проводом и каждой из фаз «А» или «В» напряжение будет около 190-200 вольт, а фазой «С» около 360 вольт.

Ну и в завершении, если мы включим еще одну такую же лампочку в третью розетку, мы снова получим диаграмму, как на самом верхнем рисунке.

Делаем выводы. Чем больше нагрузка в фазе при обрыве нулевого провода, тем сильнее падает напряжение в этой фазе, но возрастает в других. Угадать, что будет через секунду в такой сети просто нереально. Очень хорошо видно, что нулевая точка смещается относительно фазных проводников и относительно нулевой точки, как таковой, и именно поэтому такое явление называется – смещением нейтрали. Говорить о перекосе фаз в этом случае тоже не получается, фазы остаются на месте, напряжение между ними неизменно, угол сдвига фаз равен 120° — изменяется потенциал (напряжение) нулевого провода относительно фаз и относительно нулевой точки понижающего трансформатора. «Расфазировки» тоже не происходит – порядок фаз не меняется. Но что в этом случае страшно, это короткое замыкание одной из фаз. Если при включении-выключении приборов ноль просто гуляет, нагрузка более или менее равномерна, то при коротком замыкании (якобы коротком, потому что ноль оборван) на одной фазе, на двух соседних напряжение сразу поднимется минимум до 360 вольт, а максимум до 400. При целом нулевом проводе и надежном контакте смещение нейтрали тоже происходит, но в пределах 1-3%. При большой несимметричности нагрузки всё, что может произойти это просадка напряжения в одной из фаз, просто потому, что проводник фазы не справляется с нагрузкой и происходит очень небольшое смещение нейтрали, но напряжение в соседних фазах при этом если и повысится, то на 1-5 вольт, не больше. Так что, если в вашем доме начали перегорать лампочки, бытовые приборы и другое электрооборудование по вечерам или утрам, или наоборот, вы не можете пользоваться бытовыми приборами из-за нехватки напряжения, запросто может оказаться, что оборвался нулевой провод на электрическом стояке. Запомните одну простую вещь, на смещение нейтрали указывает понижение напряжения на одной (двух фазах), но при этом на соседних двух (одной – соответственно) фазах напряжение ЗНАЧИТЕЛЬНО ПОВЫШАЕТСЯ. Выражаясь техническим языком: нейтральный провод обеспечивает СИММЕТРИЮ фазных напряжений при НЕСИММЕТРИЧНОЙ нагрузке. Именно для этого делается перемычка на вводе между заземляющей и нулевой шинкой, чтобы снизить смещение нейтрали (Заземление нулевого провода). И именно поэтому рекомендуется выключать электроприборы из розеток, когда вы ими не пользуетесь, потому что никогда не угадаешь, когда произойдет обрыв нулевого провода. Чтобы защитить себя от последствий смещения нейтрали можно установить реле контроля напряжения, подробнее об этом можно почитать в этой статье.

  • Перекос фаз в трехфазной сети

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):

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.