Назначение нейтрального провода

Рассмотрим схему на рис. 5.12. При Z_A ≠ Z _B ≠Z_C система токов нессиметричная (I_А ≠ I_B≠ I_C), поэтому, в соответствии с рис. 5.5, в нейтральном проводе существует ток I_N = Ia + 1в + I с. Этот ток создает падение; напряжения I_NZ_N в нейтральном проводе.

 

За счет падения напряжения на нейтральном провода потенциалы точек Nun разные, поэтому фазное напряжение приемника U'c не равно фазному напряжению источника U_c. Чтобы эти напряжения были равны, должно быть близким к нулю сопротивление нейтрального провода.

При уменьшении Zc до нуля (короткое замыкание фазы приемника) фазное напряжение U′c = IcZc уменьшится до нуля. Изменение сопротивления фазы приемника влечет за собой изменение его фазного напряжения.

При коротком замыкании фазы С приемника потен­циал нейтральной точки п становится равным потенциалу точки С, а значит, напряжения U_A и U'b возрастут до линейных напряжений Uca и Ubc что недопустимо. Для защиты приемника от такого режима в каждой фазе устанавливают, например, предохранители. При коротком замыкании перегорает плавкая вставка пред­охранителя, что не допускает переноса потенциала точки С в точку п.

При наличии нейтрального провода короткое замыкание фазы С приемника является одновременно корот­ким замыканием для источника Е_С, поэтому предохранитель срабатывает надежно. При отсутствии нейтрального провода предохранитель не сработает, так как режим

Z_С = 0 не является коротким замыканием для источника Е_С .

Таким образом, если сопротивление нейтрального про­вода, называемого на практике нулевым проводом, значительное, то:

1) система фазных напряжений приемника несимметричная;

2) изменение нагрузки (сопротивления) одной фазы приводит к изменению напряже­ния на всех фазах приемника; 3) при повреждении изоля­ций одной фазы приемника (коротком замыкании) могут выйти из строя приемники двух других фаз за счет перенапряжений на них; 4) работа предохранителей (или других защитных аппаратов) становится ненадежней. Учитывая это, нулевой провод стремятся выполнить с малым сопротивлением.

А как быть при неожиданных обрывах нулевого провода? Эксплуатировать цепь при этом нельзя из-за опасности выхода из строя приемников при коротком замы­кании одной из фаз.

Более надежным является многократное повторное заземление нулевого провода: в нейтральной точке гене­ратора, в местах разветвлений линий, у общественных и производственных зданий, в конце трехфазной ли­нии и т. д. При обрыве нулевого провода ток проходит через заземления.

Заметим, что с целью уменьшения несимметричности фазного напряжения приемников на практике стремятся однофазные приемники распределить равномерно по фазам, чтобы уменьшить ток нулевого провода, который - при равномерной нагрузке равен нулю.

 

 

Мощность трехфазной цепи

Активная мощность трехфазной цепи равна сумме мощностей фаз приемника:

Р = Р_А+Р_В + Р_С.

При соединении звездой и симметричной нагрузке, используя формулы (5.2) и (5.1), получаем:

Р = ЗР_Ф =3U_Ф I_Ф cos φ = 3(U_Л / √3)I_Л cos φ, т. е.

Р=√3 U_ЛI_Л cos φ. (5.5)

По аналогии можно получить формулы для расчета реактивной и полной мощности:

Q=√3U_ЛI_Л sinφ; (5.6)

 

S = √3U_ЛI_{Л (5.7)}

Используя формулы (5.3) и (5.4), получаем

P=3P_Ф = 3U_Ф I_Ф cos φ= 3U_Л (I_Л / √3)cosφ= √3U_Л I_Л cosφ.

Таким образом, при симметричной нагрузке вне зависимости от схемы соединения мощность трехфазной цепи рассчитывается по формулам (5.5), (5.6), (5.7).

На практике, используя эти формулы, рассчитывают линейные токи двигателей, трансформаторов и других трехфазных установок, а также определяют коэффициент мощности cosφ по показаниям приборов (амперметра, вольтметра и ваттметра):

соs φ = Р/(√3U_Л I_Л )

Выбор схемы подключения трехфазного приемника производится путем сравнения номинального напряжения обмоток приемника с номинальным напряжением сети, которое в условиях промышленного предприятия может быть 127, 220, 380 или 660 В.

При выборе схемы соединения приемника руководствуются положением (2) § 5.3. Учитывают также и экономические показатели.

Соединение обмоток звездой позволяет экономить материалы для электрической изоляции обмоток, так как на обмотки попадает напряжение в √З раз меньшее, чем при схеме треугольника. Соединение обмоток треугольником выгоднее из-за меньших потерь на нагрев обмоток, так как через обмотки проходит ток в √З раз меньший, чем при соединении звездой. Поэтому в высоковольтных установках выгоднее применять соединение обмоток звездой, а в мощных установках (при больших токах) — треугольником.

 

I раздел: ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И ПРИБОРЫ