Назначение нейтрального провода в трехфазной цепи

Назначение нулевого провода

Вы будете перенаправлены на Автор24

Нулевой провод в общем случае — это провод, по которому происходит возвращение остаточного тока по замкнутому контуру.

Не смотря на название, нулевой провод может обладать потенциалом в некоторые моменты времени. На схемах нулевой провод обычно обозначают буквой $N$.

Роль нулевого провода

Зачем же нужен нулевой провод в трехфазной цепи? Назначение нулевого провода в трехфазных цепях следующее: нулевой провод используется для выравнивания фазных напряжений.

Фазное напряжение — это напряжение между нулём и фазным проводом.

Если нагрузка на каждом из фазных проводов одинаковая (то есть одинаковая потребляемая мощность у каждого из потребителей фазного тока от фазных проводов 1-3) — то система будет оставаться рабочей даже в случае обрыва нулевого провода, так как в каждый момент времени разница потенциалов между нулевым и любым из фазных проводов будет одинаковой.

Готовые работы на аналогичную тему

  • Курсовая работа Назначение нулевого провода 450 руб.
  • Реферат Назначение нулевого провода 270 руб.
  • Контрольная работа Назначение нулевого провода 230 руб.

Роль нулевого провода при неравномерной нагрузке

Если нагрузка на каждой фазе будет разной — то необходимо обязательно подключать нулевой провод.

В случае его обрыва или внезапного повышения сопротивления на нём, напряжение распределится согласно потребляемым мощностям на каждую из нагрузок трёхфазной цепи и, соответственно, чем меньше потребляемая мощность — тем большее фазное напряжение получит потребитель тока.

Это неприемлемо для многих электроприборов и может вызвать их неисправность и даже пожар, именно для избегания таких неприятностей к каждой розетке подведён нулевой провод.

Роль нулевого провода при соединении звездой

Звезда — это особый способ соединения концов обмоток генератора, при котором все они соединяются в одну точку, называемую нейтралью.

При этом провода на выходе у потребителя также соединяются в аналогичную точку, а провод, соединяющий две нейтрали, называется нулевым. Провода же, соединяющие начало фазы у потребителя и генератора называются линейными.

В случае подключения трёхфазного двигателя нагрузка для всех трёх фазовых проводов будет одинаковая, соответственно, возвращение остаточного тока на генератор возможно по одному из фазовых проводов, на котором фазовое напряжение в данный момент времени равно нулю.

Если же нагрузки на стороне потребителя неодинаковые, остаточный ток после каждой нагрузки будет выходить разным и, соответственно, фазовое напряжение тоже будет разное.

Если говорить упрощённо, в каждый момент времени оно будет равно напряжению между проводом, который в данный момент времени не является несущим фазовый ток, и фазовым проводом — то есть оно будет разным.

Использование же нулевого провода в таком случае поможет предотвратить эти перепады и таким образом исключить возникновение неисправностей в сети.

Рисунок 1. Роль нулевого провода в трехфазной цепи при соединении звездой

На рисунке представлена схема подключения трёхфазной цепи при подключении звездой.

Ток по нейтральному проводу, соединяющему между собой две нейтрали, будет течь только при включении (или выключении) всей системы и старте работы первой из обмоток генератора.

В остальное время он будет возвращаться на генератор по фазовым проводам по очереди.

Фазовое напряжение на рисунке обозначено с помощью букв $U_A$, $U_C, U_B$, ЭДС на обмотках генератора — $E_C, E_A$ и $E_B$, а ток, текущий по фазовым проводам — буквами $I_C, I_A$ и $I_B$.

Сам генератор обозначен буквой $G$, а потребитель буквой $M$. Сопротивления у потребителя обозначены буквами $Z_A, Z_B$ и $Z_C$.

Линейные напряжения — то есть напряжения между фазами — обозначены соответственно $U_CA, U_AB, U_BC$. На рисунке стрелками показаны провода, к которым нужно подключить вольтметр для измерения линейного напряжения.

Маркировка нулевых проводов

Для того чтобы сделать нулевой провод легко отличаемым от остальных, соответственно ГОСТ для них принято использовать кабели бело-голубого или просто голубого цвета.

При совмещении нулевого провода с заземлением используются полосатые жёлто-зелёные кабели с концами проводов, обозначенными синим цветом:

Что такое нулевой провод

Нулевой провод — это провод, использующийся для выравнивания напряжения в фазах. В случае его отсутствия или повреждения могут сгореть подключенные к фазе приборы и даже может начаться пожар. Поэтому необходимо знать принципы работы с ним.

Что такое нулевой провод?

При работе с электричеством особого внимания требует нулевой провод. Что это такое, не всегда известно людям, не связанным профессионально с электросетями, и зачастую у них появляется ошибочное заблуждение, что нейтральный кабель – это только заземление. На самом деле, нейтральный проводник соединяет нейтрали установок в трехфазных цепях. Когда на каждую фазу из трех подается разная нагрузка, появляется смещение нейтрали, вызывающее нарушение симметрии напряжений, то есть, нарушение симметрий нагрузки приводит к тому, что у одних потребители будут получать пониженное напряжение, а другие же повышенное.

При пониженном подключенная электроаппаратура начинает работать неправильно, а при сильно возросшем, любая электроника ломается от перегрузки и может возникнуть пожар. Уравнивание обеспечивает баланс между повышенным и пониженным напряжением. В этом и заключается роль нулевого провода в электрической цепи.

Принцип работы нулевого провода

Данный проводник, соединяя нейтрали электроустановок с разной нагрузкой, балансирует линии с повышенным напряжением и линии с пониженным. Повышенность и пониженность является следствием того, что на каждой из них работают потребители с разной мощностью потребления.

Чем опасно повреждение нулевого провода?

Во-первых, о последствиях обрыва нуля должны знать все, кто работает с высоковольтными электросетями, так как обрыв может привести не только к уничтожению дорогостоящего оборудования, пожарам, но и к смертям пользователей этим оборудованием. Он обеспечивает равность разниц потенциалов в линиях с разной нагрузкой. Теперь представьте, что равности нет. На одной, например, будет 340 Вольт, а на другой всего 100 Вольт. А значит, на линии с большей разницей потенциалов сгорит аппаратура, к ней подключённая. А еще не забывайте, что изоляция тоже может быть пробита.

Причинами повреждения нейтрального соединения могут быть:

  1. механическое повреждение человеком или природными условиями,
  2. короткое замыкание, которое привело к отгоранию,
  3. плохое подключение,
  4. старость проводки.

Задачи и назначение нулевого провода

Главная задача – уравнивание напряжений в фазах. Разница потенциалов в каждой из фаз должна быть одинаковой. Конечно, это не значит, что благодаря ему будет абсолютное равное напряжение во всех трех фазах. Нет, разница потенциалов будет незначительно отличаться из-за сопротивления самой нейтралки, но останется в пределах нормы.

Повторное заземление нулевого провода

Повторное заземление – заземление, повторяющееся по всей длине нейтрального кабеля. Если вы повторно заземлили нулевой защитный проводник цепи, то понижается вероятность удара разрядом тока, появившуюся вследствие отрыва нейтрального кабеля и соединения фазы с корпусом после того места, где произошел обрыв, однако не исключит полностью опасность, т. е. не приведет к тем же безопасным условиям, которые были до разрыва.

Что такое заземление и нейтральный провод

Нейтральный проводник также балансирует потенциалы в нескольких фазах. Согласно ПУЭ, задача нейтрали — обеспечивать током потребителей. Ее необходимо соединять с глухо заземленной нейтралкой трансформатора. В частных домах и квартирах, где используются однофазные электросети, для работы оборудования должно быть два кабеля: фазовый и нулевой. «Ноль» соединяется с «землей», и на нем потенциал должен равняться 0. Подключается к «земле» с помощью контура заземления. Соответственно должно отсутствовать напряжение. При нарушении связи с ней во время работы оборудования оно будет под таким же напряжением, как и на фазе, соответственно – 220. На современных схемах он обозначается буквой N, а в советских документах, уже устаревших, использовалась цифра 0. Согласно ПУЭ, кабель необходимо покрыть изоляцией синего цвета.

Заземляющий проводник, согласно ПУЭ, нужен с целью безопасности. В нормальных условиях на нем отсутствует напряженность, и работает он как проводник, только если повреждена изоляция проводящего фазу или ноль. Соответственно, заземление нужно, чтобы при поломке не возникло дополнительных проблем. К примеру, когда у вас пробита защита холодильника, а сам холодильник не заземлен, прикосновение к нему будет равносильно прикосновению к фазе 220 В. А если холодильник заземлен, то током не ударит, так как потенциал уйдет в землю.

Защитный проводник обозначается буквами «PE». Согласно правилу, его изоляция должна быть окрашена в желтые и зеленые полосы. Если на схеме есть обозначение «PEN», значит, нейтральный и защитный провода совмещаются в один. Подобный кабель должен быть окрашен в голубой цвет с желтыми и зелеными полосами на концах.

Чтобы уравнять разные напряжения, все концы фазных обмоток соединяются в узел, который и называется нейтральной точкой, для чего применяют нейтральный провод при соединении в «звезду». Схема «звезда» с нейтралью применяется на практике, т.к. в ней при произвольной нагрузке отсутствует перекос фаз по напряжению, т.е. все фазные напряжения равны.

Читайте также  Замена проводки в Хрущевке без штробления

Если учесть все изложенное выше, то наверняка вы поняли критическую важность нейтрального кабель, уравнивающего напряжения в нескольких фазах, ведь его отсутствие грозит серьезными проблемами – от повреждения и потери оборудования до пожаров и даже риска смертельного поражения током человека.

Роль и назначение нулевого провода

Если кто-либо сталкивался с электричеством, то непременно слышал о таких понятиях, как фазный и нулевой провод. Их основной отличительной чертой является назначение. Провод, соединяющий нулевую точку фаз генератора, трансформатора с нулевой точкой нагрузки, называют нулевым или нейтральным. Его называют так потому, что в некоторых случаях ток в нем равен нулю, и нейтральным исходя из того, что он одинаково принадлежит любой из фаз.

  • Различия фазного и нулевого провода
  • Особенности нейтрального провода
  • Классификация нейтралей линий электропередач
  • Реакция электроприборов на обрыв нуля

Различия фазного и нулевого провода

Фазный провод (фаза) предназначен для подачи электричества к потребителю.

Назначение нулевого провода (нейтрального или нуля) состоит в выравнивании асимметрии напряжений при разном значении нагрузки в фазах.

Он присоединён к нулевым точкам источника и потребителя при их соединении в «звезду».

Присоединение нейтрального провода (трехфазная четырехпроводная сеть) является возможным только в том случае, когда источник и нагрузка соединены в «звезду».

При соединении в «треугольник» необходимость в нём отпадает, так как линейное и фазное напряжения в фазах одинаковы.

Чтобы понять разницу между линейным и фазным напряжением, необходимо понимать, что в трехфазной трехпроводной цепи линейное (напряжение между двумя фазными проводами) в основном составляет 380 В, а фазное — напряжение между фазой и нулем — в √3 раз меньше приблизительно 220 В.

Нейтральный провод заслужил свое название тем, что при работе устройств ток в нём, при одинаковой нагрузке трёх фаз, равен нулю. Сопротивление его невелико. Поэтому при перегрузке одной или нескольких фаз, ток в нем быстро возрастет. В схеме освещения его наличие является обязательным условием. В ином случае не гарантируется равномерность освещения.

В зависимости от роли, нулевой провод может быть рабочим, защитным, совмещенным.

Рабочий обозначается латинской буквой N и выполняется голубым цветом в европейских странах. В некоторых других странах цвет может быть серым либо белым.

Защитный обозначается РЕ. Он предназначен для безопасности в случае попадания потенциала на корпус электроприбора. В нормальном режиме он обесточен, а при поломке является проводником, который отведет от электроприбора опасный потенциал в землю. Цвет этой жилы желто-зеленый.

В некоторых системах нулевой провод совмещен с защитным. В таком случае маркировка будет обозначена как PEN и окраска этой жилы будет синей с полосками на концах желто-зеленого цвета.

Особенности нейтрального провода

Нулевой провод предотвращает нежелательные ситуации при аварийных режимах работы. Без его наличия в случае фазного короткого замыкания двух фаз напряжение в третьей фазе мгновенно возрастет в √3 раз. Это губительно скажется на оборудовании, которое питает этот источник. В случае наличия нуля в такой ситуации, напряжение не изменится.

При обрыве одной из фаз в трехфазной трехпроводной системе (без нуля), напряжение на двух оставшихся фазах уменьшится. Они окажутся соединенными последовательно, а при этом виде соединения напряжение распределяется между потребителями в зависимости от их сопротивления.

При обрыве одной из фаз в трехфазной четырёхпроводной системе, напряжение в двух оставшихся фазах своего значения не изменит.

Предохранители в нулевой провод не устанавливают из-за его большой значимости, потому как его обрыв является нежелательным

Так как большую часть времени работы электроустановок ток в этом проводе либо равен нулю, либо незначителен, нет смысла изготавливать его такого же сечения, как и сечение фазных. Чаще всего, из соображений экономии, он имеет меньшее сечение жилы, нежели сечение жил фаз в одной электроустановке. Если защитный провод не совмещен с нулевым, его сечение выполняют вдвое меньше, нежели, у фазного провода.

Классификация нейтралей линий электропередач

Назначение линий электропередач весьма разнообразно. А также разнообразна аппаратура для их защиты от утечек и коротких замыканий. В связи с этим нейтрали классифицируются на три вида:

  • глухозаземленная;
  • изолированная;
  • эффективно заземлённая.

Если линия электропередач напряжением от 0,38 кВ до 35 кВ имеет небольшую длину, а количество подключенных потребителей велико, то применяется глухозаземленная нейтраль. Потребители трехфазной нагрузки получают питание, благодаря трем фазам и нулю, а однофазной — одной из фаз и нулю.

При средней протяженности линий электропередач напряжением от 2 кВ до 35 кВ и небольшим количеством потребителей, подключенных к данной линии, находят применение изолированные нейтрали. Они широко используются для подключений трансформаторных подстанций в населённых пунктах, а также мощного электрооборудования в промышленности.

В сетях, с напряжением 110 кВ и выше, с большой протяженностью линий электропередач, применяется эффективно заземлённая нейтраль.

Реакция электроприборов на обрыв нуля

Если общий нейтральный провод в многоэтажном доме оборвется, то потребители ощутят это в результате скачка напряжения в их электроприборах.

Основные факторы, которые могут привести к обесточиванию общего нуля:

  • аварийная ситуация на подстанции;
  • устаревшая проводка;
  • монтаж проводки выполнялся не совсем качественно.

Та фаза, к которой подключено большее количество потребителей многоквартирного дома, будет перегружена. Напряжение в ней уменьшится. В той фазе, к которой потребителей подключено меньше всего, напряжение резко возрастет.

Это негативно скажется на приборах — снижение напряжения вызовет их неэффективную работу, а рост напряжения может повлечь за собой выход из строя тех, которые были подключены в данный момент. Чтобы обезопасить себя от такой ситуации, необходимо установить в щиток, питающий отдельную квартиру, индивидуальный ограничитель перенапряжения. Как только напряжение начнет превышать допустимые значения, ограничитель быстро отключит питание.

Если произойдет обрыв нуля непосредственно в квартире, то электричество пропадет полностью, но вместе с тем фаза не отключится. Опасность заключается в том, что она может перейти как раз на провод нулевой. И если какой-либо электроприбор был предварительно заземлён на него, корпус этого электроприбора будет под напряжением, а проще говоря, начнет «биться током».

Главными факторами, которые способствуют обрыву нуля непосредственно в квартире можно назвать:

  • ненадежность присоединения контактов;
  • неправильно выбранное сечение проводника;
  • устаревшая проводка.

Эти факторы приводят к чрезмерному нагреванию проводника. Из-за повышенной температуры окисляется место присоединения контактов, перегреваются жилы проводов. А это, в свою очередь, может привести к пожару.

Что такое нейтральный проводник (N), его обозначение, назначение, требования

Нейтральный проводник (neutral conductor) согласно ГОСТ 30331.1-2013 — это проводник, электрически присоединенный к нейтрали и используемый для передачи электрической энергии. Другими словами это проводник, который присоединен к общей части многофазной системы переменного тока, соединённой звездой, находящейся под напряжением, или средней части однофазной системы переменного тока, находящейся под напряжением. Данный термин имеет жаргонизм — «ноль», «нуль», «нулевой проводник», «N-проводник», «нулевой рабочий проводник» среди некоторых людей.

В книге [2] под авторством Харечко Ю.В. еще более предметно детализируются назначение нейтрального проводника и его особенности:

Нейтральные проводники совместно с фазными проводниками используют в электрических цепях переменного тока низковольтных электроустановок для обеспечения электрической энергией применяемого в них электрооборудования. Нейтральный проводник имеет электрическое соединение с общей токоведущей частью многофазного источника питания переменного тока, обмотки которого соединены звездой, или со средней токоведущей частью однофазного источника питания переменного тока. Не относится к линейным проводникам.

Нейтральный проводник относят к токоведущим частям. Однако в нормальных условиях он, в отличие от фазных проводников, обычно находится под незначительным напряжением относительно земли. Нейтральный проводник является токопроводящим проводником, который учитывают в общем числе проводников, применяемых в электрической цепи, сети или системе.

Нейтральные проводники, прежде всего, применяют в трехфазных четырехпроводных электрических системах переменного тока, которые имеют источники питания с нейтралями. На рисунке 1 показан пример системы TN‑S, на рисунке 2 и 3 системы – TN‑C‑S, на рисунке 4 – системы TT, в которых имеются нейтральные проводники.

Читайте также  Проводка освещения в доме своими руками

Рис. 1. Система TN-S трехфазная четырехпроводная с разделенными нейтральным проводником и защитным проводником по всей системе (на основе рисунка 31А1 из ГОСТ 30331.1-2013)

В некоторых случаях и при определенных условиях функции нейтрального проводника и защитного проводника могут быть объединены в одном PEN-проводнике.

Приведу пример системы распределения электроэнергии, имеющей тип заземления системы TN-C-S и которая рекомендована для широкого применения:

Рис 2. Система распределения электроэнергии (тип заземления системы TN-C-S). Здесь 1 — заземляющее устройство источника питания; 2 — заземляющее устройство электроустановки здания; ПС — трансформаторная подстанция; ВЛ — воздушная линия электропередачи; КЛ — кабельная линия электропередачи

Из этой системы мы видим, что PEN-проводник на вводе электроустановки повторно заземляется и делится на защитный проводник PE и нейтральный проводник N. Этот рисунок демонстрирует один из примеров, показывающий откуда берется нейтральный проводник N в электроустановках зданий.

Рис. 3. Система TN-C-S трехфазная четырехпроводная, в которой PEN-проводник разделен на защитный проводник PE и нейтральный проводник N где-то в электроустановке (на основе рисунка 31B1 из ГОСТ 30331.1-2013) Рис. 4. Система TT трехфазная четырехпроводная с заземленным защитным проводником и нейтральным проводником во всей системе (на основе рисунка 31F1 из ГОСТ 30331.1-2013)

Нейтральные проводники могут также применяться в однофазных электрических системах переменного тока, которые имеют источники питания со средними точками (нейтралями). На рисунке 5 показан один из вариантов выполнения системы TN-C‑S.

Рис. 5. Система TN-C-S однофазная двухпроводная, в которой PEN-проводник разделен на защитный проводник PE и нейтральный проводник N на вводе электроустановки (на основе рисунка 31B1 из ГОСТ 30331.1-2013)

Важно: в электроустановках, в которых нагрузки включены между фазами, может отсутствовать необходимость в нейтральном проводнике.

Требования по сечению

В ГОСТ Р 50571.5.52-2011/МЭК 60364-5-52:2009 [3] изложены требования к нейтральным проводникам. В национальном стандарте указано, что сечение нейтрального проводника должно быть равным сечению фазных проводников:

  • в однофазных двухпроводных электрических цепях для всех сечений;
  • в многофазных и однофазных трехпроводных электрических цепях, если фазные проводники имеют сечение до 16 мм 2 по меди и 25 мм 2 по алюминию включительно.

В многофазных электрических цепях, имеющих фазные проводники сечением большим чем 16 мм 2 по меди или 25 мм 2 по алюминию, сечение нейтрального проводника может быть меньше сечения фазных проводников (обычно не ниже 50%), при одновременном выполнении следующих условий:

  • ожидаемый максимальный ток, включая гармоники, который может протекать в нейтральном проводнике при нормальном оперировании электроустановки здания, не превышает его допустимый длительный ток;
  • нейтральный проводник защищен от сверхтока;
  • нейтральный проводник имеет сечение не менее 16 мм 2 по меди и 25 мм 2 по алюминию.

В ГОСТ Р 50571.5.52-2011 (на основании таблицы 52.2) установлены минимальные сечения нейтрального проводника [3]:

  • в кабелях и изолированных проводах стационарных электропроводок – 1,5 мм 2 по меди и 10 мм 2 по алюминию;
  • в неизолированных проводах стационарных электропроводок – 10 мм 2 по меди и 16 мм 2 по алюминию;
  • в соединительных гибких кабелях – 0,75 мм 2 по меди.

Харечко Ю.В. в книге [2] дополняет:

В действующем стандарте ГОСТ Р 50571.5.52-2011/МЭК 60364-5-52:2009 вышеуказанные требования дополнены требованиями, которые предписывают увеличивать площадь нейтральных проводников при протекании в электрических цепях токов третьей гармоники и кратных ей гармоник. Приложение E «Учет влияния токов высших гармоник для симметричных трехфазных систем» содержит требования к использованию поправочных коэффициентов, учитывающих протекание токов гармоник в четырех- и пятижильных кабелях с четырьмя токопроводящими жилами, а также примеры применения этих коэффициентов.

Требования по защите от сверхтока

ГОСТ Р 50571.4.43-2012 (п. 431.2) [4] содержит требования по защите нейтральных проводников от сверхтока.

В электроустановках зданий, соответствующих типам заземления систем TN и TT, не требуется предусматривать обнаружение сверхтоков в нейтральных проводниках и выполнять их отключение, если сечения нейтральных проводников равны сечениям фазных проводников. Если в какой-то электрической цепи сечение нейтрального проводника меньше сечения фазных проводников, то следует предусмотреть обнаружение в нем сверхтока с последующим отключением фазных проводников.

Нейтральный проводник при этом можно не отключать. Однако не требуется обнаружение сверхтока в нейтральном проводнике при выполнении двух условий:

  • нейтральный проводник защищен от короткого замыкания посредством защитного устройства фазных проводников той же самой электрической цепи;
  • максимальный ожидаемый ток, который может протекать в нейтральном проводнике при нормальном оперировании электроустановки здания, меньше значения допустимого длительного тока этого проводника.

В электроустановках зданий, соответствующих типу заземления системы IT и имеющих нейтральные проводники, требуется обнаружение сверхтока в нейтральном проводнике каждой электрической цепи. При его выявлении следует отключить все проводники, находящиеся под напряжением, включая нейтральный проводник. Однако не требуется выполнять указанные меры защиты от сверхтока, если:

  • нейтральный проводник надежно защищен от сверхтока посредством защитного устройства, установленного со стороны источника питания, например – на вводе в электроустановку здания;
  • рассматриваемая электрическая цепь защищена посредством защитного устройства дифференциального тока, имеющего номинальный отключающий дифференциальный ток не более 0,15 максимально допустимого тока нейтрального проводника. Это защитное устройство должно отключать все находящиеся под напряжением проводники электрической цепи, включая нейтральный проводник.

Важно! При необходимости коммутации нейтрального проводника его следует отключать после отключения фазных проводников, а включать одновременно с фазными проводниками или ранее их.

Далее обратимся к книге [2] автора Харечко Ю.В. который дополняет вышеуказанные требования следующим образом:

В действующем стандарте ГОСТ Р 50571.4.43-2012 (пункт 431.2.3) вышеуказанные требования дополнены требованиями, которые предписывают осуществлять обнаружение перегрузки в нейтральном проводнике многофазной электрической цепи, в которой гармоническая составляющая токов фазных проводников такова, что электрический ток, протекающий в нейтральном проводнике, может превысить его допустимый длительный ток. При обнаружении перегрузки следует отключать фазные проводники. Нейтральный проводник при этом можно не отключать.

В системе TN-S не требуется разъединять или отключать нейтральные проводники. В цепи нейтральных проводников запрещено включать однополюсные коммутационные устройства. Коммутационные устройства, посредством которых выполняют переключение с одного источника питания на другой, должны воздействовать на все проводники, находящиеся под напряжением. Поскольку нейтральные проводники наряду с фазными проводниками являются токоведущими проводниками, их следует коммутировать при переключении источников питания.

Требования п. 444.4.7 стандарта ГОСТ Р 50571.4.44-2019 (МЭК 60364-4-44:2007) также предписывают выполнять в системах TN переключение с одного источника питания на другой посредством коммутационного устройства, переключающего одновременно линейные проводники и нейтральный проводник, если он имеется в низковольтной электроустановке. Такое переключение, показанное на рисунке 6, предотвращает возникновение электромагнитных полей, создаваемых блуждающими токами в главной системе питания низковольтной электроустановки. Поскольку сумма токов в одном кабеле должна быть равна нулю, переключение гарантирует протекание нейтральных токов только в нейтральном проводнике той цепи, которая подключена. Токи третьей гармоники (150 Гц) линейных проводников добавляются к току нейтрального проводника с тем же самым фазовым углом.

ВНИМАНИЕ! На рисунке 6 PEN-проводники обоих источников питания присоединены к нейтральному проводнику. Однако согласно требованиям стандарта ГОСТ Р 50571.5.54-2013/МЭК 60364-5-54:2011 PEN-проводник следует подключать к шине или зажиму, который используют для присоединения защитных проводников.

Цветовая идентификация и буквенно-цифровая маркировка

Нейтральный проводник, согласно ГОСТ 33542-2015 [6], обозначается буквой N и идентифицируется синим цветом как в однофазных, так и в трехфазных цепях.

Если применяют идентификацию посредством цвета, неизолированные проводники, используемые в качестве нейтрального проводника, должны быть или окрашены посредством синей полосы шириной от 15 до 100 мм в каждом блоке или оболочке и в каждом доступном месте, или окрашены синим цветом по всей их длине.

Соединение фаз потребителя по схеме «звезда» (трёхпроводная система)

Отчет по лабораторной работе № 5

Исследование трехфазной цепи при соединении фаз по схеме «Звезда-Звезда»

Читайте также  Марка провода для автомобильной проводки

Студенты группы ДТКК-21

Абольянин К., Хлебникова Т., Шурыгин В.

Доц. Зелинский М.М.

Лабораторная работа № 5. Исследование трехфазной цепи при соединении фаз по схеме «Звезда-Звезда»

Ход работы

3.1. Изучили теоретический материал по конспекту лекций и Приложению к работе.

3.2. Подготовили бланк протокола.

3.3. Собрали схему испытаний и предъявили ее для проверки преподавателю.

Рис. 5.1. Схема исследования электрической цепи

3.4. Включили выключателем SA1 нейтральный провод и подключили цепь к источнику трехфазного синусоидального напряжения.

3.5. Изменяя количество включенных ламп в фазах приемника, установили симметричную нагрузку (Ia=Ib=Ic). Измерили все фазные, линейные напряжения и токи трехфазного потребителя. Результаты измерений внести в таблицу 4.1.

3.6. Отключили нейтральный провод. Измерилиь те же величины, что и в п.3.5 и ток нейтрального провода I. Результаты измерений внесли в таблицу 4.1.

3.7. Произвели «обрыв» одной из фаз приемника, отключив в ней все лампы. Измерили все фазные, линейные напряжения и токи, а так же ток нейтрального провода I для двух режимов:

· при включенном нейтральном проводе;

· при выключенном нейтральном проводе.

Результаты измерений внесли в таблицу 4.1.

3.8. Изменяя количество включенных ламп в фазах приемника, установили несимметричную нагрузку (Ia≠Ib≠Ic). Измерили все фазные, линейные напряжения и токи, а так же ток нейтрального провода I для двух режимов:

· при включенном нейтральном проводе;

· при выключенном нейтральном проводе.

Результаты измерений внесли в таблицу 4.1, ( в первой строке приведен пример заполнения) .

Измерено Примечание
Ia, А Ib, А Ic, А Ua, В Ub, В Uc, В Uab, В Ubc, В Uca, В U, В Режимы работы
1,5 1,5 1,5 Симметричный режим с нейтральным проводом
11,2 11,7 11,4 Симметричный режим без нейтрального провода
11,4 11,4 Обрыв фазы с нейтральным проводом
11,4 11,2 Обрыв фазы без нейтрального провода
11,4 11,4 Несимметричный режим с нейтральным проводом
22,5 22,1 Несимметричный режим без нейтрального провода

3.9. Для симметричной нагрузки (п.3.5) определить соотношение между линейным и фазным напряжением трехфазного приемника.

3.10. Для всех шести режимов работы цепи построили в масштабе векторные диаграммы токов и напряжений трехфазного потребителя. При построении диаграммы для четырехпроводной системы ток нейтрального провода определяли графически и сравнивали его с экспериментально полученными значениями.

Рис. 5.2. Векторная диаграмма для режима симметричной нагрузки. Так как векторы Iа и I1 лежат на одной прямой, равны по длине, но направлены в противоположные стороны, то их сумма равна нулю: I=0.

1.Проделав лабораторную работу, мы ознакомились с измерительными приборами, экспериментально проверили основные соотношения между фазными и линейными напряжениями в трехфазной цепи при соединении приемников по схеме «звезда» в симметричном и несимметричном режимах работы,

2. Роль нейтрального провода заключается в том, что если нейтральный провод отсоединить при несимметричной нагрузке, то напряжения на фазах нагрузки станут разными, произойдет «перекос напряжений», что недопустимо при эксплуатации трехфазных цепей. При несимметричной нагрузке с нейтральным проводом токи в фазах, согласно измерениям, различны, но за счет нейтрального провода напряжение на каждой фазе приемника с изменением нагрузки практически остается постоянным и равным фазному напряжению генератора. Поэтому нейтральный провод обеспечивает симметрию фазных напряжений приемника при несимметричной нагрузке.

3. Аварийный режим работы трехфазной цепи при обрыве фазы С ведет к соотношениям Ic=0, UА=UВ=UЛ/2, т.е. ток в нейтральном проводе определяют геометрической суммой токов двух оставшихся фаз.

Ответы на контрольные вопросы:

4.1. Соединение фаз источника или потребителя по схеме «звезда» можно получить по схеме

4.2. Преимущества трехфазных цепей заключаются в следующем:

· Экономичность передачи электроэнергии на значительные расстояния.

· Меньшая материалоёмкость 3-фазных трансформаторов.

· Меньшая материалоёмкость силовых кабелей, так как при одинаковой потребляемой мощности снижаются токи в фазах (по сравнению с однофазными цепями).

· Уравновешенность системы. Это свойство является одним из важнейших, так как в неуравновешенной системе возникает неравномерная механическая нагрузка на энергогенерирующую установку, что значительно снижает срок её службы.

· Возможность простого получения кругового вращающегося магнитного поля, необходимого для работы электрического двигателя и ряда других электротехнических устройств. Двигатели 3-фазного тока (асинхронные и синхронные) устроены проще, чем двигатели постоянного тока, одно- или 2-фазные, и имеют высокие показатели экономичности.

· Возможность получения в одной установке двух рабочих напряжений — фазного и линейного, и двух уровней мощности при соединении на «звезду» или «треугольник».

· Возможность резкого уменьшения мерцания и стробоскопического эффекта светильников на люминесцентных лампах путём размещения в одном светильнике трёх ламп (или групп ламп), питающихся от разных фаз.

4.3. Линейным называется напряжение между Напряжение между двумя линейными проводами (UAB, UBC, UCA). Фазным называется напряжение между Напряжение между линейным проводом и нейтралью (Ua, Ub, Uc)

Соотношения между ними при симметричном режиме: IL=IF; UL=√3 × UF.

4.4. Отличие трехпроводной и четырехпроводной трехфазных систем заключается в …?

Ток нейтрального провода определяется суммой…?

Соединение фаз потребителя по схеме «звезда» (трёхпроводная система)

По первому правилу Кирхгофа для вершин звезды (a,b,c) следует, что линейный ток равен фазному: I Л = I Ф, а для нейтральной точкиn : IА +IВ +IС= 0 .

По второму правилу Кирхгофа для контуров .

Трёхпроводная система «звезда» используется только при симметричной нагрузке фаз , создаваемой трёхфазными потребителями. При этом в каждой фазе цепи протекают равные по величине токи и сдвинутые по фазе на 120 0 , что обеспечивает сохранение симметричной системы фазных напряжений. В этом случае напряжения на фазах потребителя равны по величине и сдвинуты по фазе на 120 0 , благодаря чему обеспечивается номинальный режим работы всех трёх фаз потребителя.

В трёхпроводной системе «звезда» при симметричной нагрузке фаз между линейными и фазными напряжениями существует простое количественное соотношение: U Л U Фили U Ф = U Л /.

Соединение фаз потребителя по схеме «звезда с нейтралью» (четырёхпроводная система) I Л = I Ф, n: IА +IВ +IС = In

В случае симметричной нагрузки в каждой фазе цепи протекают равные по величине токи и сдвинутые по фазе на 120 0 , т.е. возникает симметричная система фазных токов. При этом IА +IВ +IС = In = 0— ток в нейтральном проводе отсутствует, и подключение или отключение нейтрали не влияет на режим работы трёхфазной цепи. Поэтому использование четырёхпроводной системы в случае симметричной нагрузки фаз практически нецелесообразно.

В случае несимметричной нагрузки (при подключении однофазных приёмников в трёхфазную сеть) вследствие различия фазных сопротивлений токи в фазах потребителя будут различны и в нейтральном проводе будет протекать ток IА +IВ +IС = In > 0 .При этом в четырёхпроводной цепи «звезда с нейтралью», несмотря на несимметричную нагрузку, сохраняется симметричная система фазных напряжений: , благодаря чему обеспечивается нормальная работа всех трёх фаз.

Нейтральный провод N-n в четырёхпроводной системе «звезда с нейтралью» служит для выравнивания фазных напряжений при несимметричной нагрузке фаз и обеспечения нормальной работы однофазных приемников.

В четырёхпроводной системе «звезда с нейтралью» при любой нагрузке фаз сохраняется соотношение между линейными и фазными напряжениями:

Четырёхпроводная система «звезда с нейтралью» используется, когда возможно возникновение несимметричной нагрузки при подключении в трёхфазную сеть однофазных приемников, например, в осветительных сетях, в которых нагрузка на фазы отличается крайней неравномерностью.

4.5. Нагрузка называется симметричной, если фазные токи и углы сдвига фаз этих токов по отношению к фазным напряжениям одинаковы.

4.6. Нейтральный провод применяется в трехфазных цепях при соединении потребителей «звездой». Его назначение заключается в выравнивании фазных напряжений нагрузки, когда сопротивления этих фаз различны.

4.7. Соотношение между фазными и линейными токами при соединении приемника «звездой» определяется равенством Uл= √3 Uф

4.8. Обрыв фазы или ее короткое замыкание приводит к неполнофазномурежиму. Изменение токов и напряжений потребителя в аварийных режимах работы можно пояснить с помощью следующего рисунка:

Ток короткого замыкания

Ввиду того что внутреннее сопротивление источника Ro обычно очень мало, проходящий через него ток возрастает до весьма больших значений. Напряжение же в месте к. з. становится равным нулю (точка К на рисунке), т. е. электрическая энергия на участок электрической цепи, расположенный за местом к. з., поступать не будет.