Для чего применяют нейтральный провод при соединении в звезду

Трехфазные цепи звезда. Соединение звездой. | мтомд.инфо

Для чего применяют нейтральный провод при соединении в звезду

Соединение обмоток генератора и приемников энергии звездой представляет собой схему, когда концы фаз соединяются в общий узел, а их начала присоединяются к линейным проводам

Схема соединения звезда

Рис. 1

Провод OO’ называется нулевым или нейтральным, остальные — линейными. Введем следующие понятия:

  • Iл — линейный ток — это ток протекающий по линейному проводу;
  • Uл — линейное напряжение — это напряжение между линейными проводами;
  • Iф — фазный ток — это ток, протекающий от начала к концу фазной обмотки или приемника энергии (или наоборот: от конца — к началу);
  • Uф — фазное напряжение — это напряжение между началом и концом фазной обмотки или приемника энергии. Другими словами можно сказать: фазное напряжение — это напряжение между линейным и нулевым проводами.

При симметричной нагрузке нулевой провод практически не нужен, так как ток Io в нем равен нулю. Поэтому, в этих случаях применяют трехпроводные системы (соединение треугольником). При несимметричной трехфазной нагрузке нулевой провод обеспечивает постоянство напряжений на фазах.

По рисунку может показаться, что линейное напряжение вдвое больше фазного. Но это не так. Линейное напряжение равно не алгебраической сумме, а геометрической разности.

Для того чтобы получить вектор линейного напряжения, например Uл (АВ), нужно к концу вектора UфА подстроить вектор UфВ с обратным знаком. Вектор, соединяющий начало координат с концом вектора UфВ, и будет вектором линейного напряжения Uл (АВ). Аналогично ведется построение векторов линейных напряжений Uл (ВС) и Uл (АС).

Векторная диаграмма линейных и фазных напряжений

Рис. 2

В результате построений образовалась трехлучевая звезда линейных напряжений, повернутых относительно звезды фазных напряжений на угол 30° против часовой стрелки. Из полученных таким образом треугольников с тупым углом в 120° следует:

Для симметричной системы:

Uл(AB) = Uл(BC) = Uл(CA) = Uл

UфA = UфB = UфC = Uф

Если линейное напряжение, например, равно 380 В, то фазное будет:

Если же фазное напряжение Uф = 127В, то линейное будет:

Источник: http://www.mtomd.info/archives/2305

Назначение нулевого провода

Для чего применяют нейтральный провод при соединении в звезду

Определение 1

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.

Определение 2

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.

Роль нулевого провода при неравномерной нагрузке

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

  • Курсовая работа 410 руб.
  • Реферат 230 руб.
  • Контрольная работа 190 руб.

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

Определение 3

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:

Рисунок 2. Маркировка нулевого провода

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/elektricheskie_cepi_-_chto_eto/naznachenie_nulevogo_provoda/

Для чего применяют нейтральный провод — Все об электричестве

Для чего применяют нейтральный провод при соединении в звезду

Ответ6.Нейтральный провод используется длявыравнивания фазных напряжений наклеммах нагрузки.A=а;В=b;C=c.В этом случае, падения напряжения нанагрузке остаются равными фазнымнапряжениям генератора. В случае, есливнутреннее сопротивление генераторапренебрежимо мало (равно нулю), тонапряжения на нагрузке остаются равнымифазным напряжениям генератора, постояннымии не зависят от величины нагрузки. (Токбудет изменяться, а напряжение нанагрузке не изменится).

Вопрос7.Какими уравнениями описывается электрическое состояние цепи при несимметричной нагрузке?

Ответ7. При несимметричной нагрузке фаз иотсутствии нейтрального провода фазные комплексы напряжения на нагрузке,,связаны с соответствующими комплексныминапряжениями источника ŮA,ŮВ, ŮСуравнениями Кирхгофа:

;;;

где — комплексное напряжение между нейтральнымиточками нагрузки и источника (сети).

называют напряжением смещения нейтрали.

Напряжениесмещения нейтрали рассчитывается методом 2-х узлов:

где: Ė –комплексныеЭДС, –комплексы проводимости фаз нагрузки.

Токи фаз нагрузки находят по закону Ома:

İa=a/Za = (A -)/Za;

İb=b/Zb = (B -)/Zb;

İa=c/Zc = (C -)/Zc.

Вопрос8.Как построить совмещенные векторные диаграммы напряжений и токов для исследованных режимов трехфазной цепи?

Ответ8.

Построение векторныхдиаграмм начинаем с векторов линейныхнапряжений, задаваемых сетью и от условийопыта не зависящих. Это равностороннийтреугольник образованный векторамилинейных напряжений. Длина векторасоответствует линейному напряжению, ауглы между векторами соответствуютсдвигу фаз между векторами напряжений.

Построениевекторной диаграммы для случая равномернойнагрузки.( симметричный режим).

1.Выбираем комплексную плоскость (+1,j).Реальную ось +1 направляем вертикальновверх, мнимую- вдоль оси -Х. ( поворотна угол +90°).

2. Выбираем масштабнапряжений, например 1см→20В. Вектор Ua(в масштабе) откладываем вдоль реальнойоси +1.Конец вектора обозначаем малойбуквойа.

3.Вектора UUc(в масштабе) рисуем под углами +120° и–120° соответственно. Концы векторовобозначаем малыми буквамиbиcсоответственно.

4. Точку, соответствующуюначалу координат, обозначим малой буквойn. Это точка нейтрали приемника.

5.Строим векторалинейных напряжений. Для этого соединяемконцы фазных векторов. Получим вектораUab=UAB,Ubc=UBC,Ucа=UCА.Отметим, что линейные напряженияприемника равны линейным напряжениямгенератора.

ТочкаNна векторной диаграмме, соответствующаянейтральной точке генератора, находитсяв центре треугольника линейных напряжений.В данном случае нейтраль генератора Nсовпадает с нетралью приемника n.В общем случае точку n,соответствующую нейтральной точкенагрузки, находят методом засечек.Векторы токов откладывают по отношениюк соответствующим векторам фазныхнапряжений с учетом сдвига фаз междуними.

Ниже приведенывекторные диаграммы для различныхрежимов работы.

Режим 1. Равномернаянагрузка без нейтрального провода(рис. 8).

Режим 2. Обрывфазы А( рис. 9):

При обрыве фазы Аи одинаковой нагрузке двух других фаз,нейтральная точка приемника nпереместится на середину линейногонапряжения ŮBC.СопротивленияZbиZc окажутся соединенными последовательнои включенными на линейное напряжениеBC.Падение напряжения между точками Аиnувеличится, а фазныенапряженияbиcстанут равными половине линейногоBC.

Рис. 9

Режим 3. Короткое замыкание фазы А(рис. 9).

При замыкании фазыА и одинаковой нагрузке двух других фаз(то есть при соединении начала нагрузкифазы А с нулевой точкой нагрузки) точкаnперемещается в точку А.Фазное напряжение Ůа становитсяравным нулю, ток İaувеличивается, а фазные напряженияbиcстановятся равными линейным.

Рис. 9

Режим 4. Неравномернаянагрузка без нейтрального провода(рис. 10).

Сопротивления, Zа≠Zb≠Zc,фазные напряжения приемникаа≠b≠c,между точкамиNиnпоявляется напряжение смещения нейтрали.

4.1 Вначале строимтреугольник линейных напряжений.

4.2. Методом засечек(циркулем или линейкой) из каждой вершиныоткладываем соответствующие векторафазных напряжений приемника. Точкапересечения дуг даст точку нейтрали приемника n. Точкунейтрали генератораNоставляем на прежнем месте.

4.3 Соединяем точкуnиN. Это вектор напряжения смещения нейтралиUnN(в масштабе).

4.4 Строим векторафазных токов нагрузки. В случае, еслинагрузкой являются лампочки, которыеможно представить как активныесопротивления, то сдвига фаз междуфазным напряжением и фазным токомнагрузки не будет. Поэтому вектора токовоткладываем ( в масштабе) вдольсоответствующих векторов фазныхнапряжений.

***) В общемслучае надо определить сдвиги фаз междутоком и соответствующим фазнымнапряжением по закону Ома в комплекснойформе и строить вектор тока с помощьютранспортира.

Рис. 10

Режим 5.Неравномерная нагрузка с нейтральнымпроводом (рис.11).

При наличиинейтрального провода фазные напряженияприемника становятся равными фазнымнапряжениям источника A=а ;В=b;C=c:

Рис. 11

Источник: https://contur-sb.com/dlya-chego-primenyayut-neytralnyy-provod/

Фаза и ноль. Работа и измерения. Особенности

У неопытных электриков или хозяев дома появляется вопрос: что же такое фаза и ноль? Раньше они не вникали в то, как устроена электропроводка. А теперь понадобилось отремонтировать розетку, заменить лампочку, и хочется все это сделать самому.

Электросеть разделена на два типа: постоянного и переменного тока. Электрический ток является движением электронов в каком-либо направлении. При постоянном токе электроны двигаются в одну сторону, имеют полярность. При переменном токе электроны меняют свою полярность с определенной частотой.

В первую очередь домашнему умельцу нужно соблюдать электробезопасность, а потом уже думать об устранении неисправности. Некоторые пренебрежительно относятся к опасности попасть под действие тока.

Все части под напряжением должны быть защищены изоляцией, клеммы розеток углублены в корпус таким образом, чтобы не было доступа и нельзя было случайно коснуться рукой. Даже конструкция вилки сделана так, что невозможно попасть под напряжение электрического тока, держась рукой за вилку. Мы уже привыкли к электричеству, и не замечаем опасности при проведении работ по ремонту электрических устройств. Поэтому, лучше освежить в памяти правила безопасности и быть внимательными.

Принцип действия

Сеть электрического переменного тока разделена на фазу и ноль (рабочую и пустую). Нулевая фаза предназначена для образования постоянной электросети при включении устройств, а также для создания заземления. На фазе находится рабочее напряжение.

Для работы электроустройства не важно, где находится фаза, а где ноль. При установке электрических проводов и включении ее в сеть дома нужно учитывать, где фаза и ноль. Проводка прокладывается кабелем с двумя или тремя жилами. В кабеле с двумя жилами находится фаза и ноль, а в кабеле с 3-мя жилами третий провод отводится для заземления. Перед работой нужно точно определить расположение выводов проводов.

Электрический ток заходит от подстанции с трансформатором, преобразующим высокое напряжение до 380 вольт. Низкая сторона трансформатора соединена в звезду. Три вывода соединены в нулевой точке, а оставшиеся выводятся на клеммы фаз

Узел в нулевой точке подключается к заземляющему контуру подстанции. Ноль расщепляется на рабочий и защитный. Новые строящиеся дома оснащаются проводкой по такой схеме. На входе дома в щите располагается три фазы и два провода расщепленного ноля.

В старых зданиях остается схема проводки старого типа без расщепленного ноля, там вместо пяти проводов идут 4 жилы. Электрический ток от трансформатора проходит по воздуху или под землей к входному щиту, образует систему из трех фаз (питающая сеть 380) на 220. Производится разводка по щитам подъездов. В квартиру поступает кабель с 1-й фазой на 220 В и защитный провод.

Защитный провод не всегда есть в наличии, если старая проводка не переделана. В квартире нулем называется провод, который соединен с заземляющим контуром на подстанции, применяется для образования нагрузки фазы, которая подключена к противоположному выводу на трансформаторе. Защитный ноль из схемы удален, он служит для устранения неисправностей и аварий для отвода тока при повреждениях.

В такой цепи нагрузки распределены равномерно, так как на этажах сделана разводка и выведены щиты к линиям на 220В в распредщите подъезда. Напряжение, подходящее к дому, выполнено звездой. При выключенных в квартире всех устройств и отсутствии нагрузки в розетках, в линии питания тока не будет.

Это является простой рабочей схемой электроснабжения, которая использовалась много лет. Но в любой сети могут возникнуть неисправности, которые связаны с плохими контактами соединений, либо обрывом проводов.

Обрыв провода

Проводник может легко оторваться, или его могут забыть подключить. Это происходит довольно часто, так же, как и могут отгореть провода при некачественном контактном соединении и большой нагрузке.

Если в квартире нет соединения потребителя с щитком напряжения, то устройство не будет работать. Какой именно провод разорван, не имеет значения. То же самое получается при обрыве провода одной из фаз, которая питает дом или подъезд.

Квартиры, питающиеся от этой линии, не будут иметь возможность получать электричество.

В двух остальных цепях все устройства будут работать в нормальном режиме, а ток ноля будет складываться из оставшихся составляющих. Все вышеописанные обрывы проводников связаны с выключением питания от квартиры, бытовые устройства при этом не ломаются. Опасным случаем может стать момент, когда исчезнет соединение между средней точкой потребителей щита дома и контуром заземления трансформатора подстанции. Это возникает у электриков, не имеющих достаточной квалификации.

Путь прохода тока через ноль к заземлению исчезает. Ток начинает идти по наружным контурам, имеющим напряжение в 380 В. В результате получается что на нагрузках вместо 220В будет 380В. На одном щите окажется небольшое напряжение, а на втором около 380 В. Высокое значение напряжения повредит изоляцию, нарушит работу устройств, приведет к поломкам и выходу из строя приборов.

Чтобы таких ситуаций не было, применяют защитные устройства для блокировки от повышенного напряжения. Они устанавливаются в щиток квартиры, либо внутри дорогостоящих приборов.

Способы определения где фаза и ноль

Любой домашний мастер при электромонтажных работах дома или в другом месте при подключении розетки или люстры сталкивается с вопросом определения фазы и ноля на проводах. Мы расскажем, какие существуют методы и способы правильного определения фазных проводов, нулевых жил, заземляющих защитных проводов. Конечно, для имеющего опыт в таких электромонтажных работах специалиста не доставит большого труда определить фазу и нулевой провод. Но как быть людям, которые не умеют этого делать?

Разберемся, как можно в домашних условиях без специальных инструментов для измерения и электронных приборов своими силами узнать наличие на проводах где фаза и ноль, заземление.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Что такое напряжение сети

Во время поломок в сети тока часто домашние умельцы применяют недорогую индикаторную отвертку для проверки наличия напряжения китайского изготовления.

Она действует по закону емкостного тока, проходящего по телу человека. Такая отвертка состоит из следующих деталей:

  • Наконечник металлический, заточенный под отвертку, присоединяется к фазе.
  • Резистор для ограничения тока, который уменьшает амплитуду тока до небольшой величины.
  • Лампочка неоновая, начинает светиться при прохождении тока, показывает наличие фазы на проводнике.
  • Площадка для касания пальцем человека, чтобы создавалась цепь тока по телу через землю.

Квалифицированные специалисты применяют для контроля фазы приборы с качественными деталями и имеющими несколько функций, с индикаторами под отвертку, светодиод светится с помощью транзисторной схемы, подключенной от батареек на 3 вольта.

Такие устройства кроме фазы могут решать другие вспомогательные задачи. Они не имеют клеммы для контакта пальцем. Как проверять наличие фазы в розетках индикатором, показано на рисунке.

Днем плохо видно, как светится лампочка, требуется приглядываться. Там, где лампочка светится, есть фаза. На рабочем нуле и защитном заземлении лампочка не будет гореть. Если лампа светится в других случаях, то это говорит о том, что имеются неисправности в схеме.

Во время работы с такой отверткой нужно проверить исправность ее изоляции, не касаться вывода индикатора без изоляции под напряжением. Также с помощью тестера можно в розетке определить наличие напряжения.

Показания на тестере:

  • 220 В между фазой и нолем.
  • Нет напряжения между защитным нолем и рабочим.
  • Нет напряжения между защитным нолем и фазой.

Последний вариант – это исключение. При нормальной схеме стрелка будет показывать разность потенциалов 220 В. Но в наших розетках его нет, так как здание дома старое, электропроводка не изменялась. После реконструкции электропроводки вольтметр покажет напряжение 220 В.

Особенности нахождения неисправности

Состояние схемы электропроводки не всегда определяется путем обычной проверки напряжения. На выключателях имеется различное положение, которое иногда вводит в заблуждение электрика. На рисунке изображен случай, при выключенном выключателе на проводе фазы светильника нет напряжения при исправной проводке.

Поэтому, при измерениях в поиске поломок нужно проводить тщательный анализ возможных случаев.

Определить, на какой жиле есть напряжение, а на какой нет, довольно просто. Существует много способов вычисления где находятся фаза и ноль

Одним из методов является определение по цвету изоляции проводов. Каждая жила в кабеле и в электрооборудовании окрашена цветом изоляции определенной расцветки, определенной стандартом. Зная цвета распределения функциям проводов, можно легко произвести установку электропроводки.

Рабочие фазы подключают проводами с черным цветом изоляции, либо может быть коричневый или серый цвет. Нулевой провод монтируют в светло-синей изоляции. При установке вспомогательного дополнительного заземления применяют проводники с зеленым или желтым цветом изоляции.

Такой способ определения по цвету проводов, фаза и ноль, не является надежным, так как при монтаже электропроводки специалисты не всегда добросовестно соблюдают маркировку проводов по цвету жил.

Похожие темы:

Источник: https://electrosam.ru/glavnaja/jelektrotehnika/faza-i-nol/

Соединение обмоток генератора

Для уменьшения количества проводов между генератором и потребителем фазные обмотки должны быть соединены между собой определённым образом, как в генераторе, так и у потребителя. Обмотки генератора обозначаются: U

1 – U2,

V1 – V2, W1 – W2   (фазы A, B, C). Индексом 1 обозначается начало обмотки, индексом 2 – конец.

В практике используют 2 различные соединения: соединение звездой и треугольником.

Соединение звездой

Условимся, что положительно направленный ток выходит из обмотки генератора через её начало и входит в неё через её конец. Если все концы обмоток генератора соединить в одной точке О, а к их началам подсоединить провода, идущие к приёмникам электрической энергии, у которых концы также соединены в одной точке О´, то получим соединение звездой.

Рис.5.3.

По общему обратному проводу будет протекать ток:

IN = I1 + I2 + I3 . Общий провод называется нейтральным (или нулевым) проводом.

Если все три фазы имеют одинаковые нагрузки, то фазные токи будут равны по модулю, отличаясь друг от друга по фазе на 120˚:

i1 = I1∙sinωt,   

i2 = I2∙sin(ωt – 120˚),  

i3 = I3∙sin(ωt + 120˚).

Сложим токи с помощью векторной диаграммы.

Суммарный ток, т.е. ток в общем проводе равен нулю, поэтому провод ОО´ называется нулевым. Провода, соединяющие начала обмоток генератора с приёмником электроэнергии, называются линейными. Система трёхфазного тока с нулевым проводом (или нейтралью) называется четырёхпроводной.

В цепях трёхфазного тока различают два типа напряжений: линейные и фазные. То же относится и к токам. Напряжение между двумя линейными проводами называется линейным, а между линейным проводом и нейтралью – фазным. Соответственно, токи, протекающие в линейных проводах, называются линейными, а в фазных – фазными.

Линейные напряжения обозначаем двойными индексами, а фазные – одинарными. При соединении звездой линейный ток совпадает с фазным. Построим диаграмму линейных и фазных напряжений при соединении звездой.

Из рис.5.5 видим, что

U12 = U1 – U2

U23 = U2 – U3

U31 = U3 – U1

Рис.5.6.

Мы видим, что линейные напряжения также образуют трёхлучевую звезду, повёрнутую относительно звезды фазных напряжений на угол 30˚ против часовой стрелки. Рассмотрим соотношение между модулями линейных и фазных напряжений. Из треугольника U12U1N получим U12/2 = U1∙ cos30˚ = U1∙√3/2,

U12 = √3∙U1, т.е. в трёхфазной системе при соединении звездой Uл = √3Uф    (5.5). Если линейное напряжение 220В, то фазное – 220/√3 = 127В.

Если фазное напряжение равно 220В, то линейное – 380В. Если нагрузка становится неравномерной, то можно считать, что соотношение (5.5) соблюдается, только в этом случае в нейтральном проводе течёт ток.

Соединение звездой без нулевого провода применяется при подключении трёхфазных двигателей (здесь нагрузка симметричная), а соединение с нулевым проводом – при электрификации жилых домов. К дому подводят три фазы и нейтральный провод, а внутри дома стремятся равномерно нагрузить каждую из фаз, чтобы общая нагрузка была симметричной.

Различные примеры соединения потребителя звездой

Найти токи потребителей и в нейтральном проводе, если Uл = 400В.

Решение.

U1 = U2 = U3 =Uл/√3 = 400/√3 = 230В.

Токи потребителей:

I1 = U1/R1 = 2,3А;

I2 = U2/R2 = 230/230 = 1А;

I3 = U3/R3 = 230/57,3 = 4А.

Для получения геометрической суммы токов используем векторную диаграмму.

Масштаб возьмём

I1 + I2 + I3 = IN 

Из векторной диаграммы определяем, что IN = 2,5А.

Рассмотрим особый случай, когда несимметричность получается в результате повреждения одной из фаз (например, сгорел предохранитель).

Если нейтральный проводник целый, то повреждённая фаза останется без питания. В остальных фазах нормальная работа продолжится. I2 = U2/R2 и I3 = U3/R3.

Ток в нейтральном проводе будет равен геометрической сумме I2 + I3.

В нейтральный провод нельзя ставить предохранители, выключатели и другие устройства, которые могут привести к его размыканию. В случае обрыва нейтрали фазовое напряжение может превысить обусловленное значение.

Если в системе нет нейтрального провода, то обрыв фазы приведёт к положению, как в однофазной сети.

Потребители во второй и третьей фазах будут соединены последовательно и

I2 = I3 = U23/(R2 +R3).

Ещё раз о соединении обмоток генератора или трансформатора. Важно учитывать, чтобы обмотки трансформатора или генератора были соединены правильно. Это значит, что начала обмоток соединяются с линейным проводом, а концы между собой.

Если одна из обмоток подсоединена неправильно, то возникает несимметричная линейная система, что показано на рисунке, где мы видим, что представляют собой линейные и фазные напряжения, если обмотка V1 – V2 соединена неправильно.

U12, U23 и U31 теперь не равны и образуют несимметричную систему.

Соединение треугольником

При соединении треугольником соединяют конец первой фазовой обмотки U2 с началом второй фазовой обмотки V1, её конец соединяют с началом третьей обмотки W1, а конец третьей обмотки соединяют с началом первой обмотки U1.

Три обмотки генератора образуют теперь замкнутую цепь с очень маленьким сопротивлением. Но короткого замыкания там не получится, т.к. сумма ЭДС будет равна нулю.

Линейные напряжения в случае соединения треугольником равны фазовым напряжениям: U1 = U12, U2 = U23, U3 = U31 соответственно, т.е.Uф =Uл.

Главное, что надо иметь в виду, чтобы обмотки генератора или трансформатора были соединены правильно. Если одна из фазовых обмоток соединена наоборот, тогда сумма ЭДС в цепи не будет равна нулю, а сравняется с двукратным фазным напряжением.

7.4. Соединение потребителя треугольником

Потребители соединяются треугольником, если их рабочее напряжение равно линейному напряжению. Существуют два вида изображений на схемах: потребители расположены под углом 120˚ или параллельно друг другу.

При соединении в треугольник линейные напряжения равны фазному напряжению Uл = Uф. Токи в фазах: I12 = U12/R12, I23 = U23/R23, I31 = U31/R31.

Векторные диаграммы при соединении треугольником можно тоже рисовать по-разному. Можно рисовать векторы, исходящими из одной начальной точки, а можно векторы напряжений изобразить треугольником (рис.130). При симметричной нагрузке векторы фазовых токов равны, и векторная диаграмма симметрична. Если нагрузка не симметрична, то этого не будет.

Пример.

В трёхфазной сети с напряжением 400В объединены в треугольник потребители с разным сопротивлением нагрузки.

Найдём фазовые и линейные токи в этой цепи.

Фазовые токи:

I12 = U12/R12 = 4A;

I23 = U23/R23 = 8A;

I31 = U31/R31 = 2A.

Линейные токи можно найти из векторной диаграммы, учитывая следующие соотношения: I1 +I31 = I12I2 + I12 = I23I3 + I23 = I31. Здесь в масштабе построены вычисленные фазовые токи и геометрическим сложением определены линейные токи.

Особый случай несимметричной нагрузки получается при обрыве одного из проводов. Посмотрим, что получится при обрыве L1.

Схема в этом случае приобретёт следующий вид:

R23 будет работать в нормальном режиме: I23 = U23/R23. Потребители R12 и R31 будут подсоединены неправильно и их ток: I12 = I31 = U23/(R12 + R31). Линейный ток I2 будет равен геометрической сумме токов I23 и I12.

Источник: http://konspektiruem.ru/articles/electrical_engineering/soedinenie_obmotok_generatora/

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

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.

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.

Источник: https://pauk.top/nulevoy-provod.html

Вопрос5. Какой режим работы трехфазной цепи называют несимметричным?

Ответ5.При несимметричной нагрузке комплексысопротивлений фаз нагрузки неравны Zа≠Zb≠Zc,

Вопрос6. Для чего используется нейтральный провод?

Ответ6.Нейтральный провод используется длявыравнивания фазных напряжений наклеммах нагрузки . ŮA=Ůа ; ŮВ =Ůb;ŮC =Ůc.В этом случае, падения напряжения нанагрузке остаются равными фазнымнапряжениям генератора. В случае, есливнутреннее сопротивление генераторапренебрежимо мало ( равно нулю ), напряженияна нагрузке остаются равными фазнымнапряжениям генератора, постоянными ине зависят от величины нагрузки. (Токбудет изменяться, а напряжение нанагрузке не изменится).

Вопрос7. Какими уравнениями описывается электрическое состояние цепи при несимметричной нагрузке?

Ответ7. При несимметричной нагрузке фаз иотсутствии нейтрального провода фазные комплексы напряжения на нагрузке ,,связаны с соответствующими комплексаминапряжений источника ŮA,ŮВ, ŮСуравнениями Кирхгофа :

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Какого цвета бывает провод заземления

;;;

где-комплексноенапряжение между нейтральными точкаминагрузки и источника (сети).

называютнапряжением смещения нейтрали.

Напряжениесмещения нейтрали рассчитывается методом 2-х узлов:

где : Ė– комплексные ЭДС, ġ- комплексыпроводимости фаз нагрузки.

Токи фаз нагрузки находят по закону Ома:

İa=Ůa/Za = (ŮA -)/Za;

İb=Ůb/Zb = (ŮB -)/Zb;

İa=Ůc/Zc = (ŮC -)/Zc.

Вопрос8. Как построить совмещенные векторные диаграммы напряжений и токов для исследованных режимов трехфазной цепи?

Ответ8.

Построениевекторных диаграмм начинаем с векторовлинейных напряжений, задаваемых сетьюи от условий опыта не зависящих. Эторавносторонний треугольник образованныйвекторами линейных напряжений. Длинавектора соответствует линейномунапряжению, а углы между векторамисоответствуют сдвигу фаз между вектораминапряжений.

Построениевекторной диаграммы для случая равномернойнагрузки.(симметричный режим).

1.Выбираем комплексную плоскость (+1,j).Реальную ось +1 направляем вертикальновверх, мнимую- вдоль оси -Х. ( поворотна угол +90°).

2.Выбираем масштаб напряжений, например1см→20В. Вектор Ua (в масштабе) откладываем вдоль реальнойоси +1.Конец вектора обозначаем малойбуквой а.

3.ВектораUUc(в масштабе) рисуем под углами +120° и–120° соответственно. Концы векторовобозначаем малыми буквами bи cсоответственно.

4.Точку, соответствующую, началу координат,обозначим малой буквой n.Это точка нейтрали приемника.

5.Строим вектора линейных напряжений.Для этого соединяем концы фазныхвекторов. Получим вектора Uab=UAB,Ubc=UBC,Ucа=UCА.Отметим, что линейные напряженияприемника равны линейным напряжениямгенератора.

ТочкаNна векторной диаграмме, соответствующаянейтральной точке генератора, находитсяв центре треугольника линейных напряжений.В данном случае нейтраль генератора Nсовпадает с нетралью приемника n.В общемслучае точку n,соответствующую нейтральной точкенагрузки, находят методом засечек.Векторы токов откладывают по отношениюк соответствующим векторам фазныхнапряжений с учетом сдвига фаз междуними.

Ниже приведенывекторные диаграммы для различныхрежимов работы.

Режим1.Равномернаянагрузка без нейтрального провода ( Рис 8.1.1).

Режим2. Обрывфазы А(Рис 8.1.2):

Приобрыве фазы А и одинаковой нагрузкедвух других фаз, нейтральная точкаприемника nпереместится на середину линейногонапряжения ŮBC.СопротивленияZbи Zc окажутсясоединенными последовательно ивключенными на линейное напряжениеŮBC.Падениенапряжения между точками А и nувеличится, а фазные напряжения Ůbи Ůc станут равными половине линейного ŮBC.

Рис 8.1.2 обрыв фазы

Режим3. Короткое замыкание фазы А(Рис 8.1.3).

Призамыкании фазы А и одинаковой нагрузкедвух других фаз (то есть при соединенииначала нагрузки фазы А с нулевой точкойнагрузки) точка nперемещается в точку А. Фазное напряжениеŮа становится равным нулю, ток İa увеличивается,а фазные напряжения Ůbи Ůcстановятся равными линейным.

Рис 8.1.3 короткоезамыкание

Режим4. Неравномернаянагрузка без нейтрального провода(Рис 8.1.4).

Сопротивления, Zа≠Zb≠Zc,фазныенапряжения приемника Ůа≠Ůb≠Ůc,междуточками Nи nпоявляется напряжение смещения нейтрали.

4.1Вначале строимтреугольник линейных напряжений.

4.2.Методом засечек( циркулем или линейкой)из каждой вершины откладываемсоответствующие вектора фазных напряженийприемника. Точка пересечения дуг дастточку нейтрали приемника n.Точку нейтрали генератора Nоставляем на прежнем месте.

4.3Соединяем точку nи N. Это векторнапряжения смещения нейтрали UnN ( в масштабе).

4.4Строим вектора фазных токов нагрузки.В случае, если нагрузкой являютсялампочки, которые можно представитькак активные сопротивления , то сдвигафаз между фазным напряжением и фазнымтоком нагрузки не будет. Поэтому векторатоков откладываем ( в масштабе) вдольсоответствующих векторов фазныхнапряжений.

***)В общемслучае надо определить сдвиги фаз междутоком и соответствующим фазнымнапряжением по закону Ома в комплекснойформе и строить вектор тока с помощьютранспортира.

Рис 8.1.4 Неравномернаянагрузка

Режим5. Неравномернаянагрузка с нейтральным проводом(Рис8.1.5).

Приналичии нейтрального провода фазныенапряжения приемника становятся равнымифазным напряжениям источника ŮA=Ůа ; ŮВ =Ůb;ŮC =Ůc :

Источник: https://studfile.net/preview/6179866/page:7/

Нулевой провод: роль и обозначение, классификация, отличие от фазного

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.

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.

Источник: https://220v.guru/elementy-elektriki/provodka/rol-i-naznachenie-nulevogo-provoda.html

Соединение электроприемников звездой

Схема соединения фаз электроприемников «звезда» получила очень широкое распространение в электроэнергетике. Принципиальная схема соединения звездой показана ниже:

Из схемы видно, что фазные напряжения приемника Ua, Ub, Uc не равны линейным напряжениям Uab, Ubc, Uca. Если применить к контурам aNba, bNcb, cNac второй закон Кирхгофа получим соотношение для фазных и линейных напряжений:

Если сопротивления нейтрального провода и линейных проводов не учитывать, то можно предположить, что напряжение на клеммах генератора и электроприемника равны. Вследствие указанного равенства векторные диаграммы для источника и приемника электрической энергии будут одинаковы.

Фазные и линейные напряжения приемника, как и источника, будут образовывать две симметричные системы напряжений. Соответственно между фазными и линейными значениями напряжений будет существовать определенная зависимость:

Далее будет показано, что соотношение (2) будет справедливо лишь при определенных условиях, а также в случае отсутствия нулевого провода, то есть в трехпроводной сети.

Исходя из указанного выше соотношения (2) можно сделать вывод, что соединение звездой лучше применять в случае, когда каждая фаза трехфазного электроприемника или однофазные приемники рассчитаны на напряжение в раз меньше, чем номинальное линейное напряжение сети.

Также из схемы соединения звезда (смотри схему выше) видно, что при соединении приемников звездой фазные токи будут равны линейным:

Применив первый закон Кирхгофа можно получить соотношение между токами при соединении электроприемников звездой:

Зная фазные токи с помощью формулы (4) можно вычислить ток нейтрального провода IN. В случае отсутствия нейтрального провода справедливо будет выражение:

Симметричная нагрузка при соединении приемников звездой

Нагрузка считается симметричной тогда, когда реактивные и активные сопротивления каждой фазы будут равны, то есть выполняется равенство:

Условие симметричности также может быть выражено через комплексные сопротивления Za = Zb = Zc.

Симметричная нагрузка в сети возникает при подключении трехфазных электроприемников. Будем считать, что данная система имеет нейтральный провод.

В отношении любой из фаз при симметричной нагрузке будут справедливы все формулы, полученные для однофазной сети, например для фазы А:

Так как в четырехпроводной цепи Ua = Ub = Uc = Uл /  , то при симметричной нагрузке:

Векторная диаграмма при симметричной активно-индуктивной нагрузке приведена выше. Из приведенных выражений и векторной диаграммы следует, что при симметричной нагрузке образуется симметричная система токов, поэтому ток в нейтральном проводе будет равен IN = Ia + Ib + Ic = 0.

Отсюда можно сделать вывод, что при симметричной нагрузке отключение нейтрального провода не приведет к серьезным нарушениям работы электроприемников, то есть не произойдет изменение фазных напряжений, углов сдвига, токов, мощностей.

Из сказанного выше следует, что при симметричной нагрузке в нейтральном проводе нет необходимости, и довольно часто в симметричных системах нейтральный провод не применяется.

Мощность трехфазного приемника электрической энергии при симметричной нагрузке можно выразить формулами:

Как правило, для трехфазных приемников электрической энергии в качестве номинальных параметров указываются линейные напряжения и токи. Исходя из этого, целесообразней выражать мощность трехфазной цепи тоже через линейные напряжения и тока, поэтому подставим в формулу (6) линейные значения и получим:

Пример

К трехфазной электрической цепи с линейным напряжением Uл = Uab = Ubc = Uca = 380 В необходимо подключить трехфазный электроприемник, каждая фаза которого рассчитывается на фазное напряжение в 220 В и имеет активное сопротивление rф = 10 Ом и индуктивное сопротивление хф = 10 Ом, которые соединены последовательно. Необходимо определить мощности, углы сдвига между токами и напряжениями (cos φ) и фазные токи.

Решение

Каждая фаза потребителя электрической энергии рассчитана на напряжение в раз меньше номинального, то фазы потребителя нужно соединять в звезду. Поскольку нагрузка в данном случае симметричная, то нулевой провод (нейтраль) к потребителю можно не подводить.

Фазные тока, углы сдвига cos φ, а также полны сопротивления фаз будут иметь вид:

Активная, реактивная и полная мощности  приемника, а также любой фазы будут равны:

Векторная диаграмма для данной системы приводилась выше.

Несимметричная нагрузка при соединении приемников звездой

Нагрузка трехфазной электрической сети будет считаться несимметричной, если хотя бы одно из фазных сопротивлений не равно другим. Проще говоря, сопротивления фаз не равны, например: ra = rb = rc, xa = xb ≠ xc. В общем случае  считают, что несимметричная нагрузка возникает при отключении одной из фаз.

Возникает не симметрия чаще всего при подключении к трехфазной сети однофазных электроприемников. Они могут иметь различные мощности, режимы работы, различное территориальное расположение, что тоже влияет на величину фазной нагрузки.

В случае, когда необходимо подключить однофазные потребители электрической энергии, для более равномерной загрузки их делят на три примерно одинаковые по мощности группы.

Один вывод однофазных потребителей подключают к одной из трех фаз, а второй вывод подключают к нейтральному проводу. Так как все электроприемники рассчитываются на одно напряжение, то в пределах каждой фазы они соединяются параллельно.

Главной особенностью электрической сети несимметричной нагрузкой является то, что она должна в обязательном порядке иметь нейтральный провод.

Это объяснимо тем, что при его отсутствии величины фазных напряжений будут в значительной степени зависеть от величины не симметрии сети, то есть от величин и характера сопротивления каждой из фаз.

Поскольку сопротивления фаз могут варьироваться довольно в широких пределах в зависимости от количества подключенных электроприемников, также широко будет варьироваться и напряжения на потребителях электрической энергии, а это недопустимо.

Для иллюстрации выше сказанного ниже приведена векторная диаграмма для трехфазной несимметричной цепи при наличии нейтрального провода:

Ниже приведена приведена векторная диаграмма для этой же цепи, но при отсутствии нулевого рабочего (нейтрального) провода:

Также можно посмотреть видео, где объясняется, что может произойти в электрической цепи при обрыве нулевого провода:

Необходимость нулевого провода станет еще более очевидной, если представить, что вам необходимо подключить однофазного потребителя к одной из фаз, при этом остальные две подключать нельзя, так как приемник рассчитан на фазное напряжение 220 В, а не на линейное 380В, как в таком случае получить замкнутый контур для протекания электрического тока? Только использовать нулевой рабочий проводник.

Для повышения надежности соединения электроприемников в цепь нулевого рабочего проводника не устанавливают коммутационную аппаратуру (автоматические выключатели, предохранители или разъединители).

Фазные токи, углы сдвига, а также фазные мощности при несимметричной нагрузке будут различными. Для вычисления их фазных значений можно применить формулу (5), а вот для вычисления трехфазной мощности формула (6) уже не подходит. Для определения мощностей необходимо пользоваться выражением:

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Можно ли использовать алюминиевые провода

Если существует необходимость определения тока нейтрального провода, то необходимо решать задачу комплексным методом. Если существует векторная диаграмма, то определить ток можно по ней.

Какой провод называется нейтральным

Нейтральный (нулевой рабочий) провод — провод, соединяющий между собой нейтрали электроустановок в трёхфазных электрических сетях.

Назначение [ править | править код ]

При соединении обмоток генератора и приёмника электроэнергии по схеме «звезда» фазное напряжение зависит от подключаемой к каждой фазе нагрузки. В случае подключения, например, трёхфазного двигателя, нагрузка будет симметричной, и напряжение между нейтральными точками генератора и двигателя будет равно нулю.

Однако, в случае, если к каждой фазе подключается разная нагрузка, в системе возникнет так называемое напряжение смещения нейтрали, которое вызовет несимметрию напряжений нагрузки. На практике это может привести к тому, что часть потребителей будет иметь пониженное напряжение, а часть повышенное.

Пониженное напряжение приводит к некорректной работе подключённых электроустановок, а повышенное может, кроме этого, привести к повреждению электрооборудования или возникновению пожара.

Соединение нейтральных точек генератора и приёмника электроэнергии нейтральным проводом позволяет снизить напряжение смещения нейтрали практически до нуля и выровнять фазные напряжения на приёмнике электроэнергии. Небольшое напряжение будет обусловлено только сопротивлением нулевого провода.

Обозначение [ править | править код ]

Нулевой рабочий провод обозначается буквой N. Если нулевой рабочий провод одновременно выполняет функцию нулевого защитного провода (в системе заземления TN-C), то он обозначается как PEN. Согласно ПУЭ цвет нулевого рабочего провода должен быть голубым или бело-голубым [1] . Такая же расцветка принята в Европе. В США цвет нулевого рабочего провода может быть серым или белым.

Нейтраль в ЛЭП [ править | править код ]

В линиях электропередач разных классов применяются различные виды нейтралей. Это связано с целевым назначением и различной аппаратурой защиты линии от короткого замыкания и утечек. Нейтраль бывает глухозаземлённая, изолированная и эффективно-заземленная.

Глухозаземлённая нейтраль [ править | править код ]

Применяется в линиях напряжением от 0,4 кВ и до 35 кВ, при небольшой длине ЛЭП и большом количестве точек подключения потребителей. Потребителю приходят 3 фазы и ноль, подключение однофазной нагрузки осуществляется между фазой и нулевым проводом (нейтралью). Нулевой провод генератора также заземлён.

Изолированная нейтраль [ править | править код ]

Применяется в линиях с напряжением свыше 2 кВ до 35 кВ, такие линии имеют среднюю протяжённость и сравнительно небольшое число точек подключения потребителей, которыми обычно являются ТП в жилых районах и мощные машины фабрик и заводов.
В линиях на 50 кВ может применяться как изолированная, так и эффективно-заземлённая нейтраль.

Эффективно заземленная нейтраль [ править | править код ]

Применяется на протяжённых линиях с напряжением от 110 кВ до 220 кВ (п. 1.2.16 ПУЭ) Работа электрических сетей напряжением 110 кВ может предусматриваться как с глухозаземленной, так с эффективно заземленной нейтралью. Электрические сети напряжением 220 кВ и выше должны работать только с глухозаземленной нейтралью.

Для чего нужны фаза, ноль и заземление?

Известно, что электрическая энергия вырабатывается на электрических станциях при помощи генераторов переменного тока. Затем, по линиям электропередач от трансформаторных подстанций электроэнергия поступает потребителям. Разберем подробнее, каким образом энергия подводится к подъездам многоэтажных домов и частным домам. Это даст понять даже чайникам в электрике, что такое фаза, ноль и заземление и зачем они нужны.

Простое объяснение

Итак, для начала простыми словами расскажем, что собой представляют фазный и нулевой провод, а также заземление. Фаза — это проводник, по которому ток приходит к потребителю. Соответственно ноль служит для того, чтобы электрический ток двигался в обратном направлении к нулевому контуру.

Помимо этого назначение нуля в электропроводке — выравнивание фазного напряжения. Заземляющий провод, называемый так же землей, не находится под напряжением и предназначен для защиты человек от поражения электрическим током. Подробнее о заземлении вы можете узнать в соответствующем разделе сайта.

Надеемся, наше простое объяснение помогло разобраться в том, что такое ноль, фаза и земля в электрике. Также рекомендуем изучить цветовую маркировку проводов. чтобы понимать, какого цвета фазный, нулевой и заземляющий проводник!

Углубляемся в тему

Питание потребителей осуществляется от обмоток низкого напряжения понижающего трансформатора, являющегося важнейшей составляющей работы трансформаторной подстанции.

Соединение подстанции и абонентов выглядит следующим образом: к потребителям подводится общий проводник, отходящий от точки соединения трансформаторных обмоток, называемый нейтралью, наряду с тремя проводниками, представляющими собой выводы остальных концов обмоток.

Выражаясь простыми словами, каждый из этих трех проводников является фазой, а общий – это ноль.

Между фазами в трехфазной энергетической системе возникает напряжение, называемое линейным. Его номинальное значение составляет 380 В. Дадим определение фазному напряжению — это напряжение между нулем и одной из фаз. Номинальное значение фазного напряжения составляет 220 В.

Источник: https://crast.ru/instrumenty/kakoj-provod-nazyvaetsja-nejtralnym

При соединении генератора в звезду линейное напряжение

Снабжение электричеством городов, предприятий и жилищ ведется с помощью сети из трёх фаз. Так сложилось исторически, что трёхфазные машины переменного тока используются для генерирования электроэнергии и её потребления (в электроустановках).

Такое количество было выбрано для минимальных затрат на создание вращающегося магнитного поля или использования этой энергии в целях генерации электричества. Встречаются и специфичные 6-тифазные генераторы, в автомобилях например, но там они нужны для других целей.

В этой статье мы будем вести речь о том, что собой представляют фазное и линейное напряжение в трёхфазных цепях, чем они связаны и в чем различие.

Переменное напряжение и его величины

Напряжение различают по роду тока: переменное и постоянное. Переменное может быть разной формы, основная суть в том, что с течением времени изменяется его знак и величина. У постоянного знак всегда одной полярности, а величина может быть стабилизированной или нестабилизированной.

В наших розетках напряжение переменное синусоидальной формы. Выделяют разные его значения, чаще всего используются понятия мгновенное, амплитудное и действующее.

Как понятно из названия, мгновенное напряжение — это количество вольт в конкретный момент времени.

Амплитудное – это размах синусоиды относительно нуля в вольтах, действующее — это интеграл от функции напряжения по времени, соотношение между ними такое: действующее в √2 или 1,41 раз меньше амплитудного. Вот как это выглядит на графике:

Напряжение в трехфазных цепях

В трёхфазных цепях выделяют два вида напряжения – линейное и фазное. Чтобы разобрать их отличия нужно взглянуть на векторную диаграмму и график. Ниже вы видите три вектора Ua, Ub, Uc – это вектора напряжений или фаз. Угол между ними 120°, иногда говорят 120 электрических градусов. Этот угол соответствует таковому в простейших электрических машинах между обмотками (полюсами).

Если отразить вектор Ub так, чтобы сохранился его угол наклона, но начало и конец поменялись местами, его знак изменится на противоположный. Тогда установим начала вектора –Ub в конец вектора Ua, расстояние между началом Ua и концом –Ub будет соответствовать вектору линейного напряжения Uл.

Простыми словами мы видим, что величина линейного напряжения больше чем фазного. Давайте разберем график напряжений в трёхфазной сети.

Красной вертикальной линией выделено линейное напряжение межу фазой 1 и фазой 2, а желтой линией выделено фазное амплитудное фазы 2.

КРАТКО: Линейное напряжение измеряется между фазой и фазой, а фазное между фазой и нулём.

С точки зрения расчетов, разница между напряжениями обуславливается решением этой формулы:

Линейное напряжение больше фазного в √3 или в 1,73 раза.

Нагрузка к трёхфазной сети может быть подключена по трём или четырем проводам. Четвертый проводник – нулевой (нейтральный). В зависимости от типа сеть может быть с изолированной нейтралью и глухозаземленной. Вообще при равномерной нагрузке три фазы можно подать и без нулевого провода.

Он нужен для того, чтобы напряжения и токи распределялись равномерно и не было перекоса фаз, а также в качестве защитного.

В глухозаземленных сетях, при пробое на корпус выбьет автоматический разъединитель или перегорит предохранитель в щите, так вы избежите опасности поражения электрическим током.

Отлично то, что в такой сети у нас одновременно есть два напряжения, которые можно использовать исходя из требований нагрузки.

Для примера: обратите внимание на электрический щиток в подъезде вашего дома. К вам приходит три фазы, а в квартиру заведена одна из них и ноль. Таким образом, вы получаете в розетках 220В (фазное), а между фазами в подъезде 380В (линейное).

Схемы подключения потребителей к трём фазам

Все двигателя, мощные нагреватели и прочая трёхфазная нагрузка может быть подключена по схеме звезды или треугольника. При этом большинство электродвигателей в борно имеют набор перемычек, которые в зависимости от их положения формируют звезду или треугольник из обмоток, но об этом позже. Что такое соединение звездой?

Соединение звездой предполагает соединение обмоток генератора таким образом, когда концы обмоток соединяются в одну точку, а к началам обмоток подключается нагрузка. Звездой же соединяются и обмотки двигателя и мощных нагревателей, только вместо обмоток в них выступают ТЭНы.

Давайте рассуждать на примере электродвигателя. При соединении его обмоток звездой линейное напряжение 380 В приложено к двум обмоткам, и так с каждой парой фаз.

На рисунке A, B, C – начала обмоток, а X, Y, Z – концы, соединенные в одну точку и эта точка заземлена. Здесь вы видите сеть с глухозаземленной нейтралью (провод N). На практике это выглядит так, как на фото борно электродвигателя:

Красным квадратом выделены концы обмоток, они соединены между собой перемычками, такое расположение перемычек (в линию) говорит о том, что они соединены по звезде. Синим цветом – питающие три фазы.

На этом фото промаркированы начала (W1, V1, U1) и концы (W2, V2, U2), обратите внимание на то, что они сдвинуты относительно начал, это нужно для удобного соединения в треугольник:

При соединении в треугольник к каждой обмотке приложено линейное напряжение, это приводит к тому, что протекают большие токи. Обмотка должна быть рассчитана на такое подключение.

У каждого из способов включения есть свои достоинства и недостатки, некоторые двигателя вообще в процессе пуска переключаются со звезды на треугольник.

Нюансы

В продолжение разговора о двигателях нельзя оставить без внимания вопрос выбора схемы включения. Дело в том, что обычно двигателя на своем шильдике содержат маркировку:

В первой строке вы видите условные обозначения треугольника и звезды, обратите внимание, треугольник идет первым. Далее 220/380В – это напряжение на треугольнике и звезде, значит, что при соединении треугольником нужно, чтобы линейное напряжение было равно 220В. Если в вашей сети напряжение равно 380 – значит нужно подключать двигатель в звезду. В то время как фазное всегда на 1,73 меньше, не зависимо от величины линейного.

Отличным примером является следующий двигатель:

Здесь номинальные напряжения уже 380/660, это значит, что его для линейного 380 нужно подключать треугольником, а звезда предназначена для питания от трёх фаз 660В.

Наверняка вы не знаете:

Источник: https://1000eletric.com/pri-soedinenii-generatora-v-zvezdu-lineynoe-napryazhenie/

Почему отгорает нулевой провод

Питание потребителей осуществляется от обмоток низкого напряжения понижающего трансформатора, являющегося важнейшей составляющей работы трансформаторной подстанции.

Соединение подстанции и абонентов выглядит следующим образом: к потребителям подводится общий проводник, отходящий от точки соединения трансформаторных обмоток, называемый нейтралью, наряду с тремя проводниками, представляющими собой выводы остальных концов обмоток.

Выражаясь простыми словами, каждый из этих трех проводников является фазой, а общий – это ноль.

Между фазами в трехфазной энергетической системе возникает напряжение, называемое линейным. Его номинальное значение составляет 380 В. Дадим определение фазному напряжению — это напряжение между нулем и одной из фаз. Номинальное значение фазного напряжения составляет 220 В.

Электроэнергетическая система, в которой ноль соединен с землей, называется «система с глухозаземленной нейтралью». Чтобы было предельно понятно даже для новичка в электротехнике: под «землей» в электроэнергетике понимается заземление.

Физический смысл глухозаземленной нейтрали следующий: обмотки в трансформаторе соединены в «звезду», при этом, нейтраль заземляют. Ноль выступает в качестве совмещенного нейтрального проводника (PEN). Такой тип соединения с землей характерен для жилых домов, относящихся к советской постройке.

Здесь, в подъездах, электрический щиток на каждом этаже просто зануляют, а отдельное соединение с землей не предусмотрено.

Важно знать, что подключать одновременно защитный и нулевой проводник к корпусу щитка весьма опасно, потому как существует вероятность прохождения рабочего тока через ноль и отклонения его потенциала от нулевого значения, что означает возможность удара током.

К домам, относящимся к более поздней постройке, от трансформаторной подстанции предусмотрено подведение тех же трех фаз, а также разделенных нулевого и защитного проводника.

Электрический ток проходит по рабочему проводнику, а назначение защитного провода заключается в соединении токопроводящих частей с имеющимся на подстанции заземляющим контуром.

В этом случае в электрических щитках на каждом этаже располагается отдельная шина для раздельного подключения фазы, нуля и заземления. Заземляющая шина имеет металлическую связь с корпусом щитка.

Известно, что нагрузка по абонентам должна быть распределена по всем фазам равномерно. Однако, предсказать заранее, какие мощности будут потребляться тем или иным абонентом, не представляется возможным. В связи с тем, что ток нагрузки разный в каждой отдельно взятой фазе, появляется смещение нейтрали.

Вследствие чего и возникает разность потенциалов между нулем и землей. В случае, когда сечение нулевого проводника является недостаточным, разность потенциалов становится еще значительнее.

Если же связь с нейтральным проводником полностью теряется, то велика вероятность возникновения аварийных ситуаций, при которых в фазах, нагруженных до предела, напряжение приближается к нулевому значению, а в ненагруженных, наоборот, стремится к значению 380 В. Это обстоятельство приводит к полной поломке электрооборудования.

В то же время, корпус электрического оборудования оказывается под напряжением, опасным для здоровья и жизни людей. Применение разделенных нулевого и защитного провода в данном случае поможет избежать возникновения таких аварий и обеспечить требуемый уровень безопасности и надежности.

Напоследок рекомендуем просмотреть полезные видео по теме, в которых даются определения понятиям фазы, нуля и заземления:

Надеемся, теперь вы знаете, что такое фаза, ноль, земля в электрике и зачем они нужны. Если возникнут вопросы, задайте их нашим специалистам в разделе «Задать вопрос электрику «!

Рекомендуем также прочитать:

Назначение

При соединении обмоток генератора и приёмника электроэнергии по схеме «звезда» фазное напряжение зависит от подключаемой к каждой фазе нагрузке. В случае подключения, например, трехфазного двигателя, нагрузка будет симметричной, и напряжение между нейтральными точками генератора и двигателя будет равна нулю.

Однако, в случае, если к каждой фазе подключается разная нагрузка, в системе возникнет так называемое напряжение смещения нейтрали. которое вызовет несимметрию напряжений нагрузки. На практике это может привести к тому, что часть потребителей будет иметь пониженное напряжение, а часть повышенное.

Пониженное напряжение приводит к некорректной работе подключенных электроустановок, а повышенное может, кроме этого, привести к повреждению электрооборудования или возникновению пожар а.

Соединение нейтральных точек генератора и приёмника электроэнергии нейтральным проводом позволяет снизить напряжение смещения нейтрали практически до нуля и выровнять фазные напряжения на приёмнике электроэнергии. Небольшое напряжение будет обусловлено только сопротивлением нулевого провода.

Примечания

  • «Теоретические основы электротехники. Электрические цепи» Бессонов Л. А. Москва «Высшая школа» 1996 ISBN 5-8297-0159-6
  • ПУЭ
  • Трехфазные цепи

Wikimedia Foundation. 2010 .

Смотреть что такое “Нулевой провод” в других словарях:

нулевой провод — нейтральный провод — Тематики электротехника, основные понятия Синонимы нейтральный провод EN inner mainneutral main Справочник технического переводчика

Источник: https://kabel-house.ru/remont/pochemu-otgoraet-nulevoj-provod/

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Электро Дело
Чем отличается вольт и ватт

Закрыть