Межфазное замыкание трехфазной цепи

Что такое межфазное короткое замыкание — понятие и причины

При эксплуатации высоковольтных электрических цепей нередко явление, определяемое нормативными документами как межфазное замыкание. Такое отклонение от нормального режима работы систем электроснабжения связано с неисправностями питающих линий, последствия которых бывают непредсказуемыми. Особо опасный характер возможных повреждений вынуждает разобраться с рядом вопросов, касающихся того, что собой представляет это явление, к каким неприятностям оно приводит и как их избежать.

  1. Понятие и причины замыканий
  2. Виды аварийных замыканий
  3. Последствия КЗ
  4. Междуфазные замыкание высоковольтной линии: способы защиты
  5. Профилактические меры

Понятие и причины замыканий

Причиной замыкания, как правило, становится нарушение изоляции проводов

Межфазным замыканием электричества в многофазных цепях называют непреднамеренное соединение между собой изолированных проводников с поврежденным защитным покрытием.

В отдельных случаях оно проявляется как однофазное замыкание на землю или корпус работающего электрооборудования.

Такое состояние электрической сети является нарушением нормального режима работы системы и трактуется как аварийное. В этом случае в местах замыкания двух проводников или в точках их контакта с землей величина тока существенно возрастает. Максимальное его значение достигает порой нескольких тысяч Ампер. Неуправляемые потоки электричества способны привести к разрушительным последствиям.

Причинами возникновения аварийных ситуаций в высоковольтных электрических сетях являются:

  • Повреждение защитной изоляции каждого из фазных проводников из-за нарушений правил эксплуатации кабельных линий.
  • Случайный обрыв одной из жил воздушного кабеля и его замыкание на другой провод или землю.
  • Замыкание провода с поврежденной изоляцией на корпус действующей электроустановки.

Каждый из случаев возникновения короткого замыкания является следствием грубейшего нарушения правил эксплуатации электрооборудования и в соответствии с требованиями нормативных документов нуждается в тщательном расследовании.

Виды аварийных замыканий

По типу электропитания все короткие замыкания делятся на повреждения, произошедшие в однофазных или в трехфазных цепях, а по их количеству – на одиночные и двойные КЗ. Самый простой случай – однофазные линии, в которых возможно только одиночное замыкание фазы на нейтраль или землю. Трехфазное короткое замыкание отличается большим вариантом возможностей, поскольку число проводов в кабеле увеличивается до 3-х. При этом возможны следующие варианты повреждений:

  • Замыкание двух высоковольтных проводов между собой.
  • КЗ одного провода на нейтраль или землю (однофазные короткие замыкания).
  • Контакт сразу двух проводников с поверхностью грунта.

В каждом из этих случаев, включая двухфазные КЗ на землю, рассматриваемая неисправность проявляется особым образом, характеризуясь токами растекания и распределениями аварийных потенциалов. Помимо этих факторов, текущий процесс описывается таким показателем, как напряжение прикосновения. Указанный параметр представляет собой напряжение, прикладываемое к телу человека между двумя точками прикосновения к оголенному проводу.

К тому же типу опасных воздействий относят разность потенциалов, появляющуюся между частями тела, соприкасающимися с оголенным проводом, замкнутым на землю. При однофазных КЗ особый интерес представляет вопрос, какой величины достигает напряжение прикосновения при замыкании фазы. Согласно положениям ПУЭ этот показатель зависит от расстояния между контактными зонами и увеличивается с его повышением.

В отдельных случаях, когда сопротивление растеканию тока на землю в слишком высоко, напряжение соприкосновения достигает опасной для человека величины.

Последствия КЗ

К опасным проявлениям межфазного замыкания трехфазной цепи (как и однофазного) относят последствия, связанные с протеканием в линии токов предельно больших значений. Они закономерно становятся причиной следующих аварийных ситуаций:

  • Возникновение пожара из-за расплавления и сильного нагрева изоляции фазных проводников.
  • Выход из строя подключенного к поврежденной линии силового оборудования.
  • Электрический удар током человека, случайно оказавшегося на участке аварийного замыкания.

При перемещении в этой зоне важно учитывать так называемое «напряжение шага», образующееся из-за растекания тока утечки в почву между ногами человека. Этот показатель отсчитывается между его ступнями при перемещении около упавшего на землю кабеля. Он также может достигать опасного значения, особенно при авариях в высоковольтных воздушных линиях 6,3-10 кВт. Поэтому ПУЭ предписывают передвигаться в этих зонах характерным гусиным шажком: ступня вплотную приставляется к ступне.

Основным условием надежной защиты от однофазных и двухфазных замыканий в силовых линиях 220/380 Вольт является качественная изоляция, способная выдерживать тестовые напряжения до 1000 Вольт. Величина ее сопротивления, согласно ПУЭ, должна составлять не менее 0,5 Мом для каждой из фаз. Для предотвращения пожаров и поломок оборудования в цепях питания устанавливаются специальные защитные устройства, обеспечивающие мгновенное отключение линии при появлении КЗ. К таким приборам относят:

  • Предохранители линейные автоматические.
  • Токовые пробойники и высоковольтные реле.
  • Автоматы токовой защиты и другие.

С их помощью удается предотвратить разрушительные последствия фазных замыканий, которые порой происходят по независящим от человека причинам.

Благодаря своевременному принятию соответствующих мер удается сохранить в целостности материальные ресурсы, а также защитить от поражения электрическим током обслуживающий оборудование персонал.

Междуфазные замыкание высоковольтной линии: способы защиты

В питающих цепях с рабочим напряжением свыше 1000 Вольт не допускается применять автоматические разъединители, так как при размыкании их силовых контактов образуется дуга большой мощности. В этом случае для коммутации линий используются масляные, вакуумные или газовые выключатели.

Для защиты высоковольтных сетей применяются также релейные схемы. Они отличаются простой исполнения и представляют собой преобразовательные устройства, работающие по закону индукции Фарадея — наведения э/м поля. В основе релейной аппаратуры, обеспечивающей защиту высоковольтных линий от перенапряжений, лежит токовый трансформатор. С его помощью удается контролировать величину тока в аварийной линии и при достижении им предельного значения вырабатывать сигнал, поступающий на обмотку мощного электромагнита. Этот защитный прибор после своего срабатывания отключает всю питающую цепь от источника энергоснабжения.

Независимо от наличия коммутационной аппаратуры основным способом защиты от междуфазных и трехфазных КЗ является использование кабельной продукции с качественной изоляцией. При соблюдении этого условия любая высоковольтная линия способна выдерживать токи КЗ, многократно превышающие допустимую норму.

Профилактические меры

Силовой трехжильный кабель ВВГнг

Самый действенный и надежный способ предупреждения коротких замыканий – профессиональный подход к решению следующих технических и организационных вопросов:

  • Выбор подходящего силового кабеля, способного выдерживать большие перегрузки по току.
  • Строгое соблюдение правил монтажа и эксплуатации электрических сетей, а также подключаемых к ним машин и аппаратов.
  • Наличие актов приемки системы электроснабжения при сдаче ее в эксплуатацию.
  • Использование современных видов защитного оборудования, гарантирующего моментальное отключение линии при возникновении аварийной ситуации.

Особое внимание уделяется профилактическим мероприятиям, проводимым в строгом соответствии с требованиями действующих нормативов. Согласно положениям, касающимся обслуживания электрических сетей, профилактика проводится по заранее составленному плану, утвержденному руководителем конкретного подразделения. При его реализации необходимо различать следующие виды профилактического обслуживания:

  • Визуальные осмотры.
  • Текущие и планово-предупредительные ремонты.
  • Тестовые испытания электрооборудования при его приемке и в ходе эксплуатации.

Замыкание электрических проводов на землю – очень опасное явление, способное привести к возгоранию и последующему за ним пожару. Кроме того, оно чревато возможностью поражения обслуживающих установки людей высоковольтным напряжением. Все это в конечном итоге вынуждает принимать специальные меры защиты, обеспечивающие нормальную эксплуатацию сетей в отсутствии критических режимов.

Что такое межфазное короткое замыкание: как обычно происходит и где, способы защиты

Замыкание это самая распространённая проблема во время проведения аварийной деятельности. Короткое замыкание может быть как в цепочке беспрерывного, так и временного электричества.

Во временном электричестве короткие замыкания могут быть и в однофазной проводке, и в трёхфазной цепочке.

Межфазные КЗ являют собой связь двух разных периодов, ну а самым встречающимся есть перенапряжение в 380Вт между периодами.

Однофазные короткие замыкания свойственны для проводки где присутствует отдельная нейтраль. Помимо этого они являют собой разъединение фазовой сети и нуля либо же периода на заземление.

Но чаще всего понятия «на заземление» и «на нуль» в изолированных нейтралах считают одним и тем же. Такие явления имеют название межфазного КЗ.

Читайте также  Пропала фаза в трехфазной сети что делать?

Причина возникновения и где это чаще всего происходит

Короткие межфазные замыкания, могут возникать в разных связках электрических установок:

  • Если попадет вода или же случится поломка в изолирующем уплотнителе либо части каркаса, то явление произойдет в потребителе;
  • Если же произойдет пробивание замкнутости обмотки мотора на каркас. Другими словами, это «сгорание двигателя», но так как самостоятельно этого произойти не может, то данное явление можно объяснить одним. Показатели электричества, которое протекает через обмотку, превышаются, что в последствии вызывает межфазные замыкания. Тогда КЗ происходит в электрическом движке;
  • Точно так же, как и в предыдущем пункте, происходит межфазное короткое замыкание в обивке преобразователя;
  • Также может произойти КЗ во вводно-распределительном устройстве, а точнее в его конкретных деталях;
  • Помимо этого, межфазные короткие замыкания могут произойти на высоковольтных связях.

На сегодняшний день есть много разных вариантов почему происходят межфазные КЗ. Выделяют такие самые частые причины: засорение, проникновение стальных элементов, пыли, которая проводит ток.

Можно сделать вывод, что если чужеродные объекты будут попадать в сортировочный шкафчик, то случится межфазное замыкание.

Если же он находится ближе к земле, то на неё, а если не возле земли, то каркас попадёт под небезопасный заряд.

Именно он в случаи контакта человека со шкафчиком приведёт к несчастью с током.

Мы предлагаем разобрать виды и положения межфазного замыкания короткого , так как от него зависит напряжение электричества.

  • Стальное замыкание происходит, если соединить две части разных периодов с помощью стального объекта (детали сломанных стальных установок, стальные приборы, которые уронили во время производства кабеля). В такой момент стальные части будут приставать к резине и как результат дуга не образуется. Напряжение достаточно большое, но его ограничивает противодействие электропровода, обивка преобразователя и детали, которые перемыкают их.
  • Дуговое разъединение произойдёт в случаи наличия воздуха между частями с током. Такое может случиться во время неаккуратного замера перенапряжения высоковольтным индексом либо во время короткого переключения междуфазового промежутка.

  • Тлеющее происходит в проводных связях, возможно из-за грязной катушки. Ток, который идёт нагревает промежуток, где есть межфазное короткое замыкание, впоследствии чего может быть два результата. Первый это то, что межфазное внезапное короткое замыкание пройдёт само, а второй –только усилится, тогда последствия будут как в предыдущем виде.
  • При наличии пробивания полупроводящих деталей, к примеру диодного мостика. Во время стального межфазного замыкания тока короткого будет выше, чем во время такого.

Для того чтобы сократить электричество межфазного короткого замыкания можно использовать реактор – электроаппарат, который ограничит ток короткого замыкания и будет поддерживать достаточное напряжение.

Она представляет собой соленоид, который благодаря сильному противодействию выполнит свою работу. Достаточно важными есть свойства кабеля: чем он длиннее и чем меньше его разрез, тем более маленьким будет электричество короткого разъединения.

Что происходит от короткого замыкания и как их предотвратить

КЗ можно охарактеризовать прохождением достаточно высоких показателей тока. Его высокие показатели небезопасны для всех видов объединений и электропроводов. Такое типично для лавинных накоплений результатов разъединения.

Провод может отгореть от объединений, которые самостоятельно нагреваются, впоследствии чего их распадение происходит быстрее. Как результат может загореться электрическая проводка и случится пожар.

С целью предотвратить плохие результаты между фазовых разъединений в цепочках 220/380 можно использовать топкие вставления, электропредохранители и механические переключатели.

Если в электропредохранителях будет течь ток со значениями выше обозначенных, то они перегорят и разомкнут цепочку. Но в случае если вы не избавились от разрывания, оно может повторяться ещё и ещё.

Если вы хотите увеличить срок эксплуатации и условия действия, то необходимо использовать механические переключатели. Они будут отвечать на любые повышения тока как на сильные, так и на небольшие.

При межфазном разъединении либо между периодом и грунтом механический переключатель расцепится и это называют «выбил автомат». Чтобы опять восстановить подключение напряжения нужно повторно поднять ручку механизма.

Защита при межфазных разъединениях высоковольтных связей

В цепочках с мощностью выше 1000 Вт нельзя применять механические размыкатели, ведь по время разъединения операционного прибора под тяжестью формируется дуга, для этого можно использовать сальные, диффузионные или гексафторидные переключатели.

Для того, чтобы защитить высоковольтные связи, необходимо применять релейные чертежи, ведь они очень логические и лёгкие.

Жилка высоковольтного провода либо шины пересекает преобразователь тока, который позволяет вымерять показатель тока благодаря магнитному полю вокруг кабеля.

Относительно значениям проходящего тока на концах преобразователя тока возникает повторный ток меньшего показателя, который соответствует силе тока в определяемой цепочке.

Во время кратковременного замыкания ток увеличивается, в результате чего начинает работать релейная линия чертежа, которая даёт сигнал для отключения системы.

Хотим подытожить и сказать, что междуфазные недлительные разъединения опасны, так как влекут за собой риск пожара. Именно из-за этого стоит придерживаться правил самозащиты.

В идеале могут перегореть провода, если приборы предотвращения не отреагировали, ну а в худшем случае случится пожар и удар током человека, который был рядом.

Мы рассчитываем, что данная статья была вам полезна и помогла вам узнать всё про короткие замыкания и их виды.

Межфазное замыкание и способы борьбы с ним

Межфазное замыкание является аварийным режимом работы электрической сети. Оно возникает при электрическом соединении между разноименными фазами при ухудшении изоляции между ними, механических повреждениях или ошибках при эксплуатации.
Кроме межфазных замыканий различают однофазные замыкания, происходящие когда соединяются между собой ноль и фаза. Соединение фазного проводника с землей называется замыканием на землю.
Замыкания происходят в электроустановках, имеющих как заземленную нейтраль, когда нулевой проводник связан с контуром заземления, так и изолированную, где он изолирован от земли на всем протяжении. Они могут возникнуть между двумя фазами, тремя фазами с нулем или без него.
Замыкания могут возникать в любом месте электрической сети. Им подвержены:

  • опорные и проходные изоляторы, на которых устанавливаются токопроводящие шины;
  • обмотки электрических машин: силовых трансформаторов, электродвигателей и генераторов;
  • силовые кабельные линии;
  • воздушные линии электропередач;
  • изолирующие элементы коммутационной аппаратуры: выключатели, разъединители, рубильники, колодки предохранителей, автоматические выключатели;
  • потребители электрической энергии, например, электронагреватели, конденсаторные установки.

В различных ситуациях замыкания протекают по-разному. Различают:

  • «металлические» замыкания, при которых соединение проводников двух фаз имеет малое сопротивление, исключающее образование дуги и искр;
  • замыкание через дугу, образующееся в случае наличия между замкнутыми проводниками воздушного зазора;
  • «тлеющее» замыкание, характерное для кабельных линий, загрязненных изоляционных поверхностей, когда ток между фазами идет через участок с небольшим сопротивлением, разогревая его;
  • замыкание в полупроводниковых элементах при их пробое.

Для защиты от междуфазных замыканий в электроустановках 380/220 В применяются:

  • автоматические выключатели с электромагнитным расцепителем (автоматы);
  • плавкие предохранители.

Для защиты электроустановок с напряжением более 1000 В применяется комплекс устройств, называемый релейной защитой. Он включает в себя датчики тока (трансформаторы тока), напряжения (трансформаторы напряжения), реле защиты и управляемые силовые коммутационные элементы.
Реле защиты бывают электромеханическими, полупроводниковыми или микропроцессорными. Задача коммутационного элемента (масляного, вакуумного или элегазового выключателя) – обеспечить отключение поврежденного участка по команде от устройства защиты. При этом он должен выдержать отключение тока короткого замыкания.

Токи межфазного замыкания

Важной электрической характеристикой короткого замыкания является его ток. При проектировании электроустановок его обязательно рассчитывают по определенной методике для нескольких точек. Делается это для того, чтобы правильно выбрать параметры электрооборудования и установки защитных устройств: токи отсечки автоматических выключателей и характеристики срабатывания релейной защиты.
На величину тока короткого замыкания (КЗ) оказывают влияние следующие факторы:

  1. Расстояние от точки замыкания до источников электроэнергии. Чем ближе замыкание от мощных трансформаторов, генераторов, тем ток замыкания больше;
  2. Вид, сечение и протяженность соединительных кабельных и воздушных линий, соединяющих источник питания с точкой КЗ. Количество и характеристики коммутационных аппаратов в этой цепи и их техническое состояние. При расчете все эти данные преобразуют в эквивалентное сопротивление сети. Зная мощность источника электроэнергии, рассчитывают ток КЗ;
  3. Вид межфазного замыкания: при металлическом замыкании ток наибольший, его и рассчитывают при проектировании. При дуговом замыкании ток меньше. Но если дуга неустойчива и постоянно то гаснет, то загорается вновь, возникают переходные процессы, приводящие к кратковременному превышению расчетных токов.
Читайте также  Регулировка скорости трехфазного двигателя

При «тлеющем» замыкании ток намного ниже расчетного, что делает невозможным реакцию защитных устройств на его появление. Тлеющее замыкание может внезапно перейти в дуговое или металлическое, сработает защита, но при повторном включении ток снова окажется за порогом чувствительности. Поиск места повреждения электрооборудования в данном случае затруднен и без измерения изоляции или испытаний повышенным напряжением невозможен.

Итак, чем дальше замыкание происходит от источника питания, тем меньше величина его тока. Объясняется это тем, что каждый кабель, распределительный щиток или воздушная линия увеличивают величину эквивалентного сопротивления электрической сети. По закону Ома при увеличении сопротивления нагрузки ток в цепи уменьшается.

Это позволяет реализовать селективное отключение поврежденных участков электрической сети. Автоматический выключатель на вводе в квартиру при номинальном токе 16 А и характеристикой «С» имеет ток срабатывания электромагнитного расцепителя 80 – 160 А. Ток замыкания, превышающий 160 А гарантированно приведет к его отключению. Но тока короткого замыкания в квартире вряд ли хватит для отключения выключателя на трансформаторной подстанции, питающей весь дом, отключающегося при 500А. И его даже не заметит защита кабельной линии, питающей подстанцию.

Воздействие межфазного замыкания на электрооборудование и людей

Когда возникают межфазовые замыкания, они разрушают электрооборудование или срывают режим его работы. При прохождении тока замыкания по токоведущим частям они одновременно испытывают динамическое и термическое воздействия.

Динамическое воздействие возникает при очень больших токах, в основном это имеет значение на мощных подстанциях, электростанциях и линиях электропередач энергосистемы. Связано это с тем, что проводники с током, расположенные на некотором расстоянии друг относительно друга, в зависимости от направления этих токов либо притягиваются, либо отталкиваются. Сила этого взаимодействия прямо пропорциональна величине токов и обратно пропорциональна расстоянию между ними.

При мощных авариях шины распределительных устройств взаимодействуют между собой с такой силой, что ломаются изоляторы, на которых они установлены. Обмотки электрических машин вырывает из пазов, а кабели извиваются, как змеи. Поломки токопроводов могут привести к возникновению дополнительных замкнутых участков, что делает аварийную ситуацию глобальней.

При проектировании все электрооборудование обязательно проверяют на то, чтобы оно выдержало ток КЗ без разрушения. У каждого электроаппарата есть заявленный в паспорте производителем ток динамической устойчивости, который должен быть больше расчетного тока КЗ.

Термическое воздействие заключается в нагреве проводников в процессе прохождения токов КЗ. Они превращаются в нагревательные элементы, на которых выделяется тепло. Мощность, выделяемая коротким замыканием на участке цепи пропорциональна его сопротивлению, помноженному на квадрат тока.

Все выпускаемое электрооборудование имеет помимо паспортной величины динамической устойчивости еще термическую устойчивость. Она тоже должна проверяться по расчетным параметрам КЗ, в которые дополнительно входит еще и время воздействия.

Когда в квартире возникает межфазное замыкание, бытовые автоматические выключатели срабатывают почти мгновенно. А вот время отключения защитных аппаратов в распределительных устройствах не может быть равно нулю. Тогда они могут срабатывать группами, что приведет к массовым отключениям и затруднению поисков поврежденных участков. Чем ближе к потребителю защитный аппарат, тем меньше время его срабатывания. Вышестоящий аппарат является его резервом, он сработает при токе КЗ, если нижестоящий его не отключит. Но время работы у него чуточку больше.

На участках, защищаемых аппаратами с выдержкой времени существует больше шансов, что шины или провода при КЗ будут расплавлены. Но и при мгновенном отключении разогреться оборудование успевает очень сильно.

Еще одним фактором воздействия межфазного замыкания на электрооборудование и людей является электрическая дуга. Она разогревает поверхности, с которыми соприкасается, до нескольких тысяч градусов. При таких температурах плавятся все использующиеся в электротехнике металлы. За время срабатывания защит порой выгорает несколько метров шин, пережигаются пополам кабельные линии.

Электрическая дуга выделяет тепло и в окружающее пространство. При наличии рядом горючих материалов может произойти пожар. Загореться может иизоляция кабелей и трансформаторное масло, использующееся в электроаппаратах для охлаждения или гашения дуги при коммутации.

Если рядом находятся люди, они могут пострадать или от ожогов сетчатки глаза из-за ослепляющего воздействия дуги, или получить другие ожоги. Такие ожоги трудно вылечить, так как они сопровождаются металлизацией: во все стороны летят брызги расплавленного металла. Осложнения возникают при загорании одежды на пострадавшем, которая вспыхивает мгновенно.

Поэтому при работе в действующих электроустановках безопасности уделяется особое внимание. Попасть под действие электрической дуги можно только при ошибках при выполнении переключений, подготовке рабочего места или нарушении технологии производства работ. Оказаться в месте, где замыкание возникло само по себе из-за пробоя изоляции, на практике нереально.

При КЗ напряжение в точке его возникновения существенно снижается. Происходит это в силу того же закона Ома: напряжение на участке цепи пропорционально току через него и его сопротивлению. Поскольку сопротивление в месте КЗ намного ниже, чем во всей остальной цепи до источника питания, то каким бы большим не был ток, напряжение все равно резко уменьшится. Это приводит к дополнительным проблемам: в остальной части электроустановки отпадают пускатели электродвигателей, сбоят электронные устройства, системы компьютерного управления. Поэтому на важных энергетических объектах системы управления и контроля за работой электрооборудования питаются от независимого источника электроэнергии (аккумуляторной батареи), а компьютерные системы обязательно имеют ИБП.

Профилактика межфазных замыканий

Частота возникновения КЗ в любых электроустановках зависит от следующих факторов:

  • возраста эксплуатируемого электрооборудования;
  • своевременности и качества выполнения планово-предупредительных ремонтов (ППР);
  • соблюдения режимов работы электрооборудования;
  • квалификации обслуживающего персонала.

На предприятиях всегда ведется статистический анализ всех аварийных отключений. На основании его делаются выводы, позволяющие предотвратить возникновение похожих инцидентов. Кроме того, каждое предприятие имеет собственный план модернизации электрооборудования, предусматривающий замену старых, физически и морально устаревших устройств на новые, современные.

Расчет трехфазных цепей

Расчет трехфазных цепей ведется известными методами расчета цепей гармонического тока, т.к. они представляют собой частный случай сложной цепи, в которой действуют несколько источников ЭДС. Рассмотрим особенности расчета трехфазных цепей при соединении источников и приемников по схеме «звезда-звезда» и «треугольник-треугольник».

1. Схема «звезда-звезда»

Схема трехфазной цепи представлена на рис.3.6. Сопротивления линейных проводов включены в сопротивления фаз нагрузки. Сопротивление нулевого провода обозначено Соотношения между напряжениями в цепи устанавливаются ЗНК:

(3.5)

Напряжения являются напряжениями на зажимах генератора и равны соответствующим ЭДС. Поэтому они образуют симметричную звезду векторов (рис. 3.7). Линейные напряжения также образуют симметричную систему. На векторной диаграмме рис. 3.7 в соответствии с выражениями (3.5) изображены и остальные векторы напряжений схемы.

Рис. 3.6. Расчетная схема трехфазной цепи «звезда-звезда»

Рис. 3.7. Векторная диаграмма при несимметричной нагрузке

Величина падения напряжения в нулевом проводе зависит от параметров нагрузки, поэтому соответствующий вектор по величине и направлению на диаграмме рис. 3.7 изображен произвольно.

Как следует из векторной диаграммы, фазные напряжения на нагрузке не одинаковы и отличаются от фазных напряжений источника на величину падения напряжения в нулевом проводе . Такое положение недопустимо в реальных системах электроснабжения. Поэтому нулевой провод выполняют с минимальным сопротивлением, величиной которого можно пренебречь. Тогда падение напряжения в нулевом проводе можно считать равным нулю, и на векторной диаграмме точка n совпадет с точкой N. При этом вектора фазных напряжений совпадут с векторами фазных напряжений источника, а система станет симметричной.

Читайте также  Перевести ток в мощность в трехфазной сети

Таким образом, основная роль нулевого провода − выравнивание фазных напряжений при несимметричной нагрузке фаз.

Если нулевой провод отсутствует, то векторная диаграмма при несимметричной нагрузке подобна диаграмме рис. 3.7, в которой вектор представляет собой напряжение между нейтральными точками генератора и нагрузки. Соотношения между напряжениями цепи при этом также описываются выражениями (3.5).

Рассмотрим два аварийных режима работы трехфазной цепи:

− короткое замыкание одной из фаз нагрузки;

− обрыв одной из фаз,

которые исследуются в лабораторном практикуме.

Короткое замыкание одной из фаз нагрузки, (например, фазы b)

Это означает, что сопротивление фазы стало равно нулю: .

При наличии нулевого провода такая ситуация приведет к замыканию накоротко фазы В источника, что, в свою очередь, приведет к срабатыванию автомата защиты в данной фазе. В других же фазах ничего не изменится, т.к. их фазные напряжения не изменились. Ток в нулевом проводе станет равен сумме токов фаз А и С .

В том случае, когда нулевой провод отсутствует, замыкание в фазе b приведет к изменению фазных напряжений. Схема цепи при замыкании фазы b приведена на рис. 3.8.

Из схемы видно, что для принятых положительных направлениях напряжений имеют место соотношения:

Векторная диаграмма, соответствующая данному режиму, приведена на рис. 3.9. Звезда фазных и треугольник линейных напряжений источника образуют соответственно симметричную звезду и треугольник, в то время как звезда фазных напряжений приемника изменилась.

Рис. 3.8. Схема цепи при коротком замыкании фазы b

Рис. 3.9. Векторная диаграмма при коротком замыкании фазы b

По сравнению с диаграммой рис. 3.7 произошли следующие изменения:

− точка n совместилась c точкой B(b) , т.к. а звезда фазных ЭДС источника не изменилась;

− фазные напряжения неповрежденных фаз совпали по величине с линейными напряжениями;

− напряжение стало равно напряжению закороченной фазы.

Если повышение фазного напряжения и соответственно тока в нагрузке в раз недопустимо по условиям эксплуатации, то в случае замыкания накоротко одной из фаз сработают аварийные выключатели.

Обрыв одной из фаз нагрузки, например, фазы b

При наличии нулевого провода в фазах А и С ничего не произойдет, т.к. фазные напряжения в нагрузке останутся прежними. Ток же в нулевом проводе станет равным сумме токов фаз А и С.

Схема цепи без нулевого провода приведена на рис. 3.10. Рассмотрим случай чисто активной симметричной нагрузки.

Рис. 3.10.Схема цепи при обрыве фазы b

Фазы a и c нагрузки (сопротивления Ra и Rb) оказываются соединенными последовательно, и к ним прикладывается линейное напряжение В соответствии с ЗНК согласно принятым положительным направлениям оно уравновешивается фазными напряжениями

Поскольку нагрузка фаз активная и симметричная, фазные напряжения будут одинаковыми по величине, а вектора, их изображающие, и вектор линейного напряжения будут параллельны. Векторная диаграмма при этом примет вид, как на рис. 3.11.

Звезда фазных и треугольник линейных напряжений источника останутся без изменения, поскольку они определяются источником, в то время как фазные напряжения нагрузки изменились, и появилось напряжение .

Рис. 3.11. Векторная диаграмма цепи при обрыве фазы b

По сравнению с диаграммой рис. 3.7 здесь произошли следующие изменения:

− точка n заняла серединное положение на векторе линейного напряжения при этом фазные напряжения по величине равны половине линейного напряжения;

− напряжение на разомкнутой фазе возросло (в данном случае в 1,5 раза);

− напряжение в данном случае по величине равно половине фазного напряжения источника.

Таким образом, рассмотрение несимметричных режимов показывает, что отсутствие нулевого провода в аварийных режимах приводит к существенному перекосу фазных напряжений по сравнению с симметричным режимом.

Расчет симметричного режима несложен. Поскольку система симметрична, то напряжение между нейтральными точками и ток в нулевом проводе равны нулю, а фазные напряжения на нагрузке равны соответствующим фазным напряжениям источника. Тогда токи в фазах найдутся по выражениям:

(3.6)

Несимметричный режим цепи с нулевым проводом конечного сопротивления целесообразно вести по методу узловых напряжений.

Если в качестве нулевого принять потенциал узла N, то можно записать

(3.7)

где комплексные проводимости фаз и нулевого провода соответственно.

Тогда токи в фазах нагрузки определятся с учетом (3.5)

(3.8)

Ток в нулевом проводе

В предельном случае, когда сопротивление нулевого провода равно нулю, т.е. Yn=∞, напряжение между нулевыми точками также равно нулю. Тогда фазные напряжения на нагрузке равны соответствующим фазным напряжениям источника, и расчет можно вести по формулам (3.6).

Если нулевой провод отсутствует, то в выражении (3.7) следует положить

а расчет фазных токов вести по выражениям (3.8).

2.Схема при соединении нагрузки треугольником

При соединении нагрузки треугольником не принципиально, по какой схеме соединены обмотки генератора, т.к. к нагрузке подводятся линейные напряжения, а нулевой провод отсутствует. Поэтому для расчета достаточно рассмотреть схему со стороны нагрузки, представленную на рис. 3.5.

Токи в фазах определяются по закону Ома:

(3.9)

Линейные токи определяются по формулам (3.3).

3.2.3. Обрыв одного линейного провода в четырехпроводной трехфазной цепи

При обрыве одного из линейных проводов (перегоранием предохранителя, отключением фазы от сети и т.д.), например, провода А, две другие фазы работают в том же режиме, в котором работали UB = UC = Uф. Поскольку IA = 0, то ток в нулевом проводе

.

3.3. Трехпроводная трехфазная цепь при соединении потребителей в звезду

Применяется для питания симметричных потребителей (zA = zB = zC), при этом ток в нейтральном проводе равен нулю: I = 0 (см. 3.7), поэтому необходимость в нейтральном проводе отпадает.

В этой цепи токи определяются также по закону Ома:

; ; .

Линейные напряжения поддерживаются на электростанции постоянными при всех режимах работы цепи UAB= UBC= UCA.

Рис. 3.7. Схема трехпроводной трехфазной цепи при соединении потребителей в звезду

3.3.1. Симметричный режим работы трехпроводной трехфазной цепи

Основной режим работы трехфазных потребителей, при котором zA = zB = =zС. Векторная диаграмма для этого случая представлена на рис. 3.8. Каждой точке цепи соответствует точка на диаграмме, поэтому такие диаграммы называют топографическими. Построение диаграммы начинают с векторов фазных напряжений, которые располагаются друг относительно друга под углом 120°.

Рис. 3.8. Топографическая векторная диаграмма для режима симметричной нагрузки при соединении потребителей в звезду

Векторы линейных напряжений представлены треугольником, а не звездой, как в предыдущем случае (см. рис. 3.5). Векторы фазных токов на диаграмме не показаны (фазные токи, они же линейные токи в этом и последующих случаях пропорциональны сопротивлениям фаз потребителя). Нейтральная (нулевая) точка О потребителя соответствует точке центра тяжести треугольника ABC.

3.3.2. Несимметричный режим работы трехпроводной трехфазной цепи

Напряжения на фазах распределяются прямо пропорционально сопротивлениям фаз (чем больше сопротивление, тем больше падение напряжения на нем).

Точка О может занять любое положение в треугольнике ABC (рис. 3.9),

Рис. 3.9. Топографическая векторная диаграмма для режима несимметричной

нагрузки при соединении потребителей в звезду

3.3.3. Обрыв одного линейного (фазного) провода в трехпроводной трехфазной цепи

При обрыве одного линейного провода, например, провода А (рис. 3.10, а), цепь превращается в однофазную, с последовательным соединением приемников. Если ZB = ZC, то UB = UС = 0,5UBC (рис. 3.10, б). Точка О смещается вниз и делит вектор UВС на две равные части. Если измерить напряжение между нейтралью приемника и линейным проводом А, то оно окажется равным 1,5UФ.

Рис. 3.10. Схема (а) и топографическая векторная диаграмма при обрыве линейного провода (б)

3.3.4. Короткое замыкание одной из фаз в трехпроводной трехфазной цепи

При коротком замыкании одной из фаз, например, фазы А, потенциал точки А становится равным потенциалу точки О, напряжение фазы А равно нулю UA = 0, следовательно, ток фазы А также равен нулю: IA = 0 (рис. 3.11, а). Фазы B и С подключены на линейное напряжение UB = UAB и UC = UСА.

Рис. 3.11. Схема (а) и топографическая векторная диаграмма (б), при коротком замыкании фазы А