Какой величины достигает напряжение прикосновения при замыкании фазы: Напряжение шага и прикосновения

Содержание

Напряжение шага и прикосновения

Поражение током возможно при прикосновении к заземленному корпусу электрооборудования, на которое произошло замыкание. В этом случае, когда человек касается одновременно корпуса, оказавшегося под напряжением, и земли, на которой стоит, он может оказаться под напряжением прикосновения U .

Напряжение прикосновения — разность потенциалов между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек.

Потенциалы на поверхности грунта при замыкании тока на корпус любого потребителя распределяются по гиперболической кривой. Напряжение прикосновения равно разности потенциалов корпуса электрооборудования и точек почвы, на которых находятся ноги человека. Чем дальше электродвигатель находится от заземлителя, тем под большее напряжение прикосновения человек попадает, и наоборот, чем ближе к заземлителю, тем меньше напряжение прикосновения U . За пределами зоны растекания тока напряжение прикосновения равно напряжению на корпусе оборудования относительно земли.

Рис. Схема прикосновения человека к заземленному оборудованию при напряжении прикосновения:

I-распределение потенциала на поверхности грунта в момент замыкания фазы на корпус; II — напряжение прикосновения U при изменении расстояния от заземлителя; 1,2,3 — корпуса электродвигателей

Напряжение прикосновения и величина тока, протекающего через организм человека при нормальном (неаварийном) режиме работы электроустановки переменного тока частотой 50 Гц, не должны превышать соответственно 2 В и 0,3 мА.

Снизить напряжение прикосновения и силу тока можно за счет малого сопротивления системы защитного заземления или увеличения потенциала поверхности в зоне растекания тока на землю.

При наличии токопроводящих полов или грунта человек, находящийся недалеко от корпуса электрооборудования, на которое произошло замыкание тока, может оказаться под напряжением шага U Напряжение шага возникает вокруг места перехода тока от поврежденной электроустановки в землю.

Напряжение шага — напряжение между двумя точками цепи тока, находящимися одна от другой на расстоянии шага, на которых одновременно стоит человек.

Характер распределения потенциалов на земной поверхности подчиняется гиперболическому закону.

На расстоянии 1 м от места стекания тока на землю потенциал снижается на 68%, на расстоянии 10 м снижение достигает 92%, а на расстоянии 20 м потенциал точек земли практически равен нулю. Такое распределение потенциалов объясняется тем, что вблизи заземлителя площадь проводника-земли малая, поэтому здесь земля оказывает большое сопротивление прохождению тока. По мере удаления от заземлителя сечение проводника-земли увеличивается, сопротивление его уменьшается, следовательно, и падение напряжения уменьшается. На расстоянии более 20 м от места замыкания тока земля практически не оказывает сопротивления прохождению тока.

Человек, находясь в зоне растекания тока, даже не прикасаясь к поврежденному оборудованию, может попасть под высокое напряжение.

Это происходит потому, что различные точки земли, которых касаются ноги человека, имеют различные потенциалы.

Из равенства следует, что напряжение шага зависит от тока замыкания, ширины шага, расстояния от человека до места замыкания тока на землю, а также от удельного сопротивления грунта. По мере удаления от места замыкания напряжение шага становится меньше.

Максимальное значение будет, когда человек одной ногой стоит на участке земли в точке замыкания тока на землю, а другой — на расстоянии шага от этой точки. Минимальное значение соответствует случаю, когда человек стоит на точках с одинаковыми потенциалами, тесно сомкнув ноги. В этом случае = 0.

Напряжение шага является причиной частой гибели людей и крупных животных (коров, лошадей). При обнаружении соединения с землей какой-либо токоведущей части установки запрещается приближение к месту повреждения на расстояние ближе 4 м в помещениях и ближе 10 м — на открытых площадках.

Следует отметить, что характер зависимости напряжения шага от расстояния между человеком и заземлителем противоположен той же зависимости напряжения прикосновения, которое увеличивается с увеличением расстояния.

Без учета дополнительных сопротивлений в электрической цепи человека максимальное напряжение шага меньше напряжения прикосновения. Однако поражение людей при воздействии напряжения шага объясняется тем, что под действием тока в ногах возникают судороги и человек падает, после чего цепь тока замыкается вдоль его тела через дыхательные органы — легкие и сердце, что приводит к параличу их деятельности.

Оказавшись в зоне напряжения шага, выходить из нее следует небольшими шагами (гусиными скользящими шагами) в сторону, противоположную месту предполагаемого замыкания на землю и, в частности, лежащего на земле провода.

БЖД_ответы к лабам / Лаба 1

Лаба 1

Насколько реально получить
электрическую травму, работая на стенде
лабораторной работы №1?

Cтенд имеет закрытый металлический
корпус (оболочка IP21B), малое (сверхнизкое)
напряжение (Umax до 44 В), основную изоляцию,
поэтому при нормальном режиме не
представляет опасности.
Существует опасность получить
электрическую травму, если токоведущие
части стенда будут открыты: при
прикосновении к ним можно попасть под
напряжение 38…44 В, что может вызвать
судорожное сокращение мышц.
В связи с тем, что в стенде используется
малое (сверхнизкое) напряжение (до 50
В), опасности электрической травмы
практически не существует.
При пробое одной из фаз на корпус
стенда возможное напряжение на корпусе
по отношению к земле будет равно фазному
(22…24 В), в условиях, когда Вы касаетесь
корпуса одной рукой, а второй — батареи
отопления, возможно попадание под
неотпускающий ток и электрическая
травма, вплоть до смертельного исхода.
В связи с тем, что риск смертельной
травмы в России составляет примерно
3хЕ-6, то каждый из 333333,3 студента,
проводящего лабораторную работу №1,
будут смертельно травмированы.

Какие условия обеспечивают сети,
изолированные от земли по сравнению с
сетями с заземлённой нейтралью при
одинаковом рабочем напряжении?

В режиме однофазного прикосновения
они наилучшим образом обеспечивают
условия электробезопасности.
В режиме однофазного прикосновения
они обеспечивают примерно одинаковые
условия электробезопасности, если
ёмкости фаз маленькие, а сопротивление
изоляции большое.
В режиме однофазного прикосновения
они несколько хуже обеспечивают условия
электробезопасности во многих условиях.
В режиме однофазного прикосновения
при одинаковых фазных напряжениях они
могут быть более опасными за счёт того,
что при замыкании другой фазы на землю
напряжение может вырасти до линейного.
В режиме однофазного прикосновения
для протяжённых сетей при большой
ёмкости фаз примерно одинаковые условия.

Каково сопротивление тела человека?

Стандартное сопротивление 1000 Ом при
любом напряжении прикосновения.
Сопротивление может быть от 500 до 1500
Ом, поэтому принято 1000 Ом.
В лабораторной работе сопротивление
тела человека моделируется резистором
1000 Ом.
Сопротивление тела человека может
быть примерно от 100 кОм до 0.8 кОм, между
прочим, а какое, сразу не скажешь.
Зависит от пола человека и его возраста,
но в среднем принимается 1000 Ом.

От каких параметров сети с изолированной
нейтралью зависит напряжение
прикосновения?

От сопротивления рабочего заземления
на трансформаторной подстанции.
От напряжения трансформатора или
генератора
От сопротивления фаз относительно
земли
От сопротивления тела человека
От сопротивления нагрузки, подключаемой
к сети, к примеру лампочки или компьютера
От ёмкости фаз относительно земли

Что такое защитное заземление?

Преднамеренное электрическое
соединение какой-либо точки оборудования
с заземляющим устройством
Преднамеренное соединение открытых
проводящих частей с глухозаземленной
нейтралью генератора или трансформатора
в сетях трехфазного тока
Случайное электрическое соединение
какой-либо точки оборудования с землёй
Электрическое соединение какой-либо
точки сети с землёй

Какое дополнительное средство
защиты рекомендуется использовать в
системе IT при рабочем напряжении 220 В?

Для электрооборудования с достаточно
большой изоляцией проводов от проводящего
корпуса дополнительная защита не нужна
Защитное заземление
Контроль сопротивления изоляции фаз
Рабочее заземление
Повторное заземление проводов

Какое напряжение прикосновения
считается предельно допустимым на
частоте 50 Гц при неаварийной работе и
времени воздействия не более 10 минут
в сутки?

0,2 В
2 В или в 2/3 В
12 В
42 В, (последние требования 50 В)
20 В
36 В

Что обеспечивает дроссель (катушка
индуктивности), который устанавливают
в нейтрали трансформатора?

Снижение активных токов, протекающих
по человеку при однофазном прикосновении
Снижение реактивных токов,протекающих
по человеку при однофазном прикосновении
Снижение напряжения прикосновения
на проводящем корпусе при замыкании
на него фазы и непрямом прикосновении
к сети
Снижение риска отключения нагрузки
при замыкании фазы на землю
Снижение опасности междуфазного
замыкания

Что такое напряжение прикосновения?

Напряжение между токоведущей или
токопроводящей частью, к которой человек
прикоснулся, и участком земли, на котором
потенциал равен нулю
Напряжение, равное напряжению на
проводящей части (проводе, корпусе) по
отношению к нейтрали
Напряжение между открытыми проводящими
частями при одновременном к ним
прикосновении человека или животного,
а также между открытой проводящей
частью, к которой прикасается человек
или животное, и землей или проводящим
полом в месте, где находятся ноги/конечности
Напряжение между двумя частями тела
человека, контактирующего с различными
токопроводящими частями, встречающимися
на пути тока, протекающего по человеку.
Напряжение между проводящими частями
в зоне растекания тока в земле

Что такое сопротивление заземления?

Это сопротивление, которое оказывает
току замыкания проводник, соединяющий
корпус с землёй
Это сопротивление, которое оказывает
току замыкания проводник, соединяющий
корпус с землёй, контактное соединение
с корпусом, и заземлитель
Это сопротивление, равное сопротивлению
протеканию тока с заземлителя в землю
Это сопротивление, равное сопротивлению
протеканию тока от фазы до участка
земли, на котором потенциал равен нулю

Как меняется напряжение прикосновения
при непрямом прикосновении (касании
корпуса) от сопротивления заземления?

При увеличении сопротивления заземления
оно увеличивается
При увеличении сопротивления заземления
оно уменьшается
Практически не зависит от сопротивления
заземления, если оно надёжно сделано
При увеличении сопротивления заземления
оно сначала уменьшается, а затем
увеличивается
При увеличении сопротивления заземления
оно сначала немного увеличивается, а
затем резко уменьшается

На чём основана защита с помощью
защитного заземления при пробое фазы
на корпус?

На отключении повреждённого участка
от сети с помощью предохранителя или
автоматического выключателя за счёт
большого тока короткого замыкания
На отключении повреждённого участка
от сети с помощью предохранителя или
автоматического выключателя за счёт
создании перекоса фаз относительно
земли, когда напряжения неповреждённых
фаз достигает почти линейного напряжения
На сильном снижении напряжения фазы,
замыкаемой на корпус, относительно
фазного напряжения
На сильном увеличении напряжения фазы,
замыкаемой на корпус, за счёт сильного
увеличения тока короткого замыкания
и срабатывании защиты
На осознании того, что, если от корпуса
тянется провод к земле, значит беспокоиться
не о чем

Какой основной принцип защиты
обеспечивается защитным заземлением
корпуса в системе IT?

Снижение времени воздействия тока при
прикосновении к корпусу
Снижение напряжения источника питания
при прикосновении к корпусу
Снижение тока, потребляемого нагрузкой
(электрическими элементами, находящимися
в корпусе) при прикосновении к корпусу
Снижение напряжения прикосновения
к корпусу

К чему приводит замыкание фазы на
землю при прямом или непрямом прикосновении
к фазе?

Ток и напряжение прикосновения
практически не зависят от замыканий
фаз на землю
Ток и напряжение прикосновения
увеличиваются при замыкании другой
фазы на землю (не той, в контакте с
которой находится человек)
Ток и напряжение прикосновения могут
значительно уменьшится при замыкании
той же фазы на землю (в контакте с которой
находится человек)
Ток и напряжение прикосновения
уменьшаются при замыкании другой фазы
на землю (не той, в контакт с которой
вступил человек)
К появлению горения участка земли, где
произошло замыкание

В связи с тем, что защитное заземление
может оказаться неэффективным при
замыкании фаз на землю, какое дополнительное
мероприятие должно использоваться?

Защитное шунтирование
Защитное зануление
Контроль изоляции фаз
Выравнивание потенциалов
Пробивной предохранитель

Гарантируют ли технические средства
безопасности, применяемые в электрической
сети, 100% безопасность от поражения
электрическим током?

Нет
Гарантируют, если эксплуатировать их
в соответствии с правилами эксплуатации
Гарантируют в любом случае
Гарантируют при полной исправности
всех используемых защит
Гарантируют, если их купить

Какой максимальной величиной
ограничивается сопротивление заземления
заземляемого оборудования на 220 В в
сети с изолированной нейтралью?

0,1 Ом
0,5 Ом
1 Ом
4 или 10 Ом
100 Ом

Какое максимальное напряжение сети
питания относится к малым, сверхнизким
напряжениям на частоте 50 Гц?

2 В
12 В
36 В
50 В
120 В

В каком случае необходимо использовать
защитное заземление или зануление в
помещении без
повышенной опасности поражения
электрическим током?

При напряжении выше 42 В переменного
тока 50 Гц и 110 В постоянного тока
При напряжении выше 380 В переменного
тока 50 Гц и 440 В постоянного тока
При напряжении выше 12 В переменного
тока 50 Гц и 42 В постоянного тока
При напряжении равном или выше 220 В
переменного и постоянного тока
При напряжении равном или выше 50 В
переменного и 120 В постоянного тока
При напряжении выше 25 В переменного
тока 50 Гц и 60 В постоянного тока

В каком случае необходимо использовать
защитное заземление или зануление в
помещении повышенной
опасности поражения
электрическим током?

При напряжении выше 42 В переменного
тока 50 Гц и 110 В постоянного тока
При напряжении выше 380 В переменного
тока 50 Гц и 440 В постоянного тока
При напряжении выше 12 В переменного
тока 50 Гц и 42 В постоянного тока
При напряжении равном или выше 220 В
переменного и постоянного тока
При напряжении равном или выше 50 В
переменного и 120 В постоянного тока
При напряжении выше 25 В переменного
тока 50 Гц и 60 В постоянного тока

Какой класс защиты от поражения
электрическим током используется в
лабораторном стенде №1?

0
I
II
III
Самый высокий

Является ли защитное заземление
основным средством защиты от поражения
электрическим током с сети с изолированной
нейтралью?

Нет, является основным средством защиты
только вместе с контролем сопротивления
изоляции фаз
Да, является
Оно может являться основным средством
защиты только в том случае, если основная
изоляция токоведущих частей не выполняет
своих функций
Оно является основным средством, если
одновременно работает с защитным
отключением
Нет, не является (только основная
изоляция токоведущих частей)

Каковы основные недостатки
компенсирующего дросселя в сети с
компенсированной нейтралью, ухудшающие
условия безопасности?

Недокомпенсация или перекомпенсация
Наличие активного сопротивления,
определяемого добротностью дросселя
Необходимость постоянной подстройки
индуктивности в зависимости от меняющейся
ёмкости фаз относительно земли
Большой ток, протекающий по дросселю,
ухудшающий условия пожарной безопасности
Сложность и дороговизна конструкции,
на жизнь и так денег не хватает
Ненажёжные контакты при большой величине
тока замыкания

Что вызывает замыкание фаз на землю
в сети с изолированной нейтралью с
большими сопротивлениями изоляции и
малыми ёмкостями при прямом прикосновении

При замыкании той же фазы, к которой
прикоснулся человек, напряжение может
вырасти до линейного
При замыкании другой фазы, к которой
прикоснулся человек, напряжение может
вырасти почти до линейного
При замыкании другой фазы, к которой
прикоснулся человек, напряжение может
вырасти до фазного
При замыкании другой фазы, к которой
прикоснулся человек, напряжение может
увеличиться почти до половины линейного

Существует ли опасность при
прикосновении к заземлённому корпусу
с исправной (неповреждённой изоляцией),
в случае замыкания какой-либо фазы на
землю

Напряжение на корпусе по отношению к
земле может превысить предельно
допустимое в нормальных условиях даже
при хорошей изоляции электроприёмника
Напряжение на корпусе по отношению к
земле может вырасти до фазного
Напряжение на заземлённом корпусе
по отношению к земле не изменится
(останется почти нулевым)
Напряжение на корпусе по отношению к
земле может вырасти до линейного

+ см. общие вопросы по электричеству

1.2 Напряжение прикосновения

Если человек
касается одновременно двух точек, между
которыми существует разность потенциалов,
этот человек попадает под напряжение
прикосновения.
При этом образуется замкнутая цепь, и
через тело человека проходит ток.
Величина этого тока зависит от схемы
включения, т.е. от того, каких частей
электроустановки касается человек, а
также от параметров электрической сети.

При
прикосновении к токоведущим частям
электроустановок наиболее
тяжелым
является двухполюсное касание человеком
токоведущих частей
(рисунок
2.3).

Рисунок
3 – Двухполюсное прикосновение к
токоведущим частям в трехфазной сети
с изолированной нейтралью

Рисунок
4 – Однополюсное прикосновение к
токоведущим частям в трехфазной сети
с изолированной нейтралью

В этом случае
величина тока, проходящего через
человека, достигает предельного значения
и определяется выражением

(4)

где
I_h
– ток, проходящий через тело человека,
А;

U_Л
– линейное напряжение, В;

U_ф
– фазное напряжение, В;

R_h
– сопротивление
тела человека, Ом.

При
U
– 220 В и R_h
– 1000 Ом ток, проходящий через тело
человека, составит:

т.е. это значение
превышает пороговое значение предельно
допустимого тока при длительности
воздействия на человека более 0,2 с (ГОСТ
12.1.038-82).

Мерой, повышающей
безопасность обслуживающего персонала,
может быть понижение рабочего напряжения
установки, однако это не всегда можно
осуществить. Наиболее распространенной
мерой является применение изолированных
защитных средств.

Чаще встречаются
случаи однополосного прикосновения.
На рисунке 2.4 приведена схема однополосного
прикосновения в трехфазных сетях с
изолированной нейтралью, которые широко
применяются на железнодорожном транспорте
и транспортном строительстве. При
касании человека провода 1 образуется
замкнутая электрическая цепь: обмотка
трансформатора фазы 1- провод
1-человек-земля-активное и емкостное
сопротивления фазы 2 и 3 относительно
земли (r₂,
r₃,
x_c₂,
x_c₃
) — провод 2 и 3 — обмотки трансформатора
второй и третьей фаз. По этой цепи будет
протекать ток I_h
, определяющий опасность при однополосном
прикосновении.

В воздушных сетях
напряжением до 1000 В емкость фаз
относительно земли можно приравнять к
нулю
и соответственноx_c₁=x_c₂=x_c₃=
∞, а активное сопротивление изоляции
фаз относительно земли
r₁
=r₂
=r₃
=r
.

Ток через тело
человека для этого случая составит

(5)

где r
– сопротивление изоляции фаз относительно
земли.

Из выражения (5)
сопротивление изоляции фаз можно
определить

(6)

Если принять
максимально допустимый для человека
ток 1 мА, то для обеспечения безопасности
необходимо, чтобы сопротивление изоляции
фаз относительно земли при U
= 220 В и R_h=
1000 Ом было не менее

Величина сопротивления
изоляции электроустановок нормируется
выше, чем 0,5 мОм.

Если при прикосновении
человека к фазе одновременно произойдет
пробой другой фазы на землю (т.е.
сопротивление изоляции этой фазы
относительно земли =0), то человек окажется
под линейным напряжением. Тогда ток,
протекающий через тело человека,
определяется по формуле:

(7)

Присоединение к
незаземленному корпусу электрооборудования
в таких сетях равносильно прикосновению
к токоведущим частям.

При прикосновении
человека к заземленному корпусу,
оказавшемуся под напряжением, напряжение
прикосновения может быть определено
по выражению:

(8)

Так как человек
касается корпуса, то потенциал руки
есть потенциал корпуса или напряжение
относительно земли, т.е.

(9)

где х₃
– расстояние от центра до поверхности
электрода.

Если ноги человека
находятся на расстоянии х
от центра заземлителя, то их потенциал
находим из (1).

На рисунке 5 показано
несколько корпусов потребителей
(электродвигателей), присоединенных к
заземлителю R₃.
Потенциалы на поверхности грунта
при замыкании на корпус любого потребителя
распределяются
по кривой 1. Потенциалы всех корпусов
одинаковы, так
как
корпуса электрически связаны между
собой заземляющим проводом, падением
напряжения в котором можно пренебречь.

Рисунок
5 – Напряжение прикосновения к заземленным
нетоковедущим
частям, оказавшимся под напряжением;

I
– кривая
распределения потенциалов;

II
– кривая
распределения
прикосновения.

Чтобы
получить значения напряжения прикосновения
к корпусам надо
согласно (7) из напряжения относительно
земли вычесть потенциал точки грунта,
на которой стоит человек. Для человека,
стоящего над заземлителем, напряжение
прикосновения равно нулю, так как
потенциал рук и ног одинаков и равен
потенциалу корпусов.

По
мере удаления от заземлителя напряжение
прикосновения возрастает,
и у последнего (третьего) корпуса оно
равно напряжению относительно
земли,
потому
что человек стоит на земле и потенциал
его ног
равен нулю, т.е. из (7) имеем:

Если в (8) подставить
значение потенциала рук и ног
и,
то получим напряжение прикосновения:

или

(10)

В (10)
первый множитель представляет собой
напряжение корпуса относительно земли
U₃,
второй
множитель обозначим
и
назовем коэффициентом напряжения
прикосновения.

Подставив эти
значения в (10), получим:

U_пр=U₃α₁
(11)

Таким образом, U_пр
есть часть напряжения относительно
земли, так как α₁
≤ 1.

Во всех случаях
контакта человека с частями, находящимися
под напряжением, это напряжение
прикладывается к цепи, состоящей из
сопротивления человека, обуви, пола. А
напряжение прикосновения это та часть
напряжения, которая приходится в этой
цепи непосредственно на тело человека:

(12)

Напряжение
прикосновения определяется как падение
напряжения в сопротивлении тела человека.

Полное сопротивление
цепи человека равно

(13)

где R
– полное сопротивление цепи человека;

R_h
– сопротивление человека;

R_об
– сопротивление обуви;

R_н
– сопротивление пола;

α₂
– коэффициент, учитывающий падение
напряжения в дополнительных сопротивлениях
цепи человека.

Напряжение
прикосновения с учетом дополнительных
сопротивлений в цепи человека определяется
из выражения:

(14)

Коэффициент α₂
может быть определен, если известны
сопротивления R_об,
R_н
. Сопротивления обуви может колебаться
в широких пределах — от несколько МОм
до нескольких Ом, поэтому в наружных
электроустановках, а также сырых
помещениях сопротивлением обуви можно
пренебречь.

Сопротивление
опорной поверхности ног можно определить,
если представить ноги человека как два
полусферических (радиусом х_Н)
заземлителя, включенных параллельно.
Тогда

(15)

где ρ
– удельное
сопротивление поверхностного слоя
грунта;

x_Н–
эквивалентный
радиус опорной поверхности ног (х_Н
= 7 см).

С некоторым
приближением можно использовать это
выражение и для учета сопротивления
пола, на котором стоит человек.

Ток через человека
при прикосновении к заземленным
нетоковедущим частям, оказавшимся под
напряжениям, определяется из выражения
(14). Если учесть, что

; ;

получим:

(16)

Таким
образом, получена зависимость тока,
проходящего через тело человека при
случайном прикосновении, от тока
замыкания на корпус электрической
установки (землю) I_h=ƒ(I₃).

Из
соотношения видно, что при увеличении
сопротивления заземляющего
устройства, например, из-за увеличения
удельного электрического
сопротивления фунта, ток, проходящий
через тело человека, может
возрасти только в том случае, сели ток
замыкания соответственно не снизится.
Эго связано с тем, что увеличенное
значение сопротивления заземляющего
устройства входит в электрическую цепь
замыкания и приведёт
к снижению тока в ней.

Необходимо
иметь в виду, что ток замыкания
электрической сети на землю зависит не
только от сопротивления растеканию
заземляющего устройства,
а также и от других электрических
сопротивлений, входящих в электрическую
цепь замыкания.

В
электрических сетях с изолированной
нейтралью трансформатора или генератора
возможны два случая вынужденных режимов,
в которых могут возникнуть напряжения
прикосновения и шага:

Вынужденный
режим однофазного замыкания на заземляющее
устройство
в сетях с изолированной нейтралью не
является аварийным режимом и может
существовать достаточно длительный
период. В этом режиме
малый ток замыкания определяется высоким
электрическим сопротивлением
изоляции проводов и, практически не
зависит от величины электрического
сопротивления заземляющего устройства
(рисунок 6).

Рисунок
6 – Замыкание электрической установки
на заземляющее устройство в электрической
сети с изолированной нейтралью

Это
подтверждается соотношением (5) для
этого случая, так как,

(17)

Многократное
увеличение R_З
из-за
увеличения удельного сопротивления
грунта
практически не повлияет на величину
тока I_З

При
неизменной величине тока замыкания,
протекающего через заземляющее
устройство, напряжение прикосновения
будет изменяться прямо
пропорционально изменению удельного
электрического сопротивления грунта,
что следует из соотношения (9).

В
другом рассматриваемом случае при
наличии однофазного замыкания на
одном электрическом аппарате и
возникновении второго замыкания на
другом
электрическом аппарате (рисунок 7)
неизменным будет напряжение на заземляющем
устройстве независимо от величины тока
короткого замыкания и удельного
сопротивления грунта.

Если
принять равенство конструктивных
параметров заземляющих устройств,
то ток короткого замыкания и напряжение
на заземляющем устройстве
с достаточной степенью точности можно
определить из соотношений

,
(18)

Рисунок 7 –
Однофазное замыкание на одном электрическом
аппарате и возникновение второго
замыкания на другом электрическом
аппарате.

В
рассмотренном случае напряжение
прикосновения не зависит от величины
электрического сопротивления, удельного
электрического сопротивления
грунта и других параметров заземляющего
устройства.

Защитное заземление — Справочник химика 21

из «Электробезопасность на нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводах»

Заземление — это преднамеренное соединение металлических корпусов электрических машин, аппаратов и приборов с землей при помощи специальных заземли-телей (электродов), искусственных и естественных. [c.35]

Устройство защитного заземления — основное мероприятие, обеспечивающее безопасность людей от воздействия электрического тока при прикосновении, возникающем при нарущении изоляции токоведущих частей и замыканий на корпус в системах электроснабжения с незаземленной нейтралью трансформатора, генератора (рис. 11). [c.36]

Так как R3 величина постоянная, то потенциал, под которым могут оказаться металлические корпуса оборудования при однофазном замыкании, будет зависеть в основном от силы тока однофазного замыкания /3. [c.37]

С —емкость одной фазы по отношению к земле, Ф. [c.37]

При хорошем коэффициенте использования установленной трансформаторной мощности длина сети на каждый киловольт-ампер составляет 1,6—2,2 м. Тогда сила тока однофазного замыкания на 1000 кВА установленной мощности составит примерно 400 мА. [c.38]

Земля представляет собой объемный проводник электрического тока, поэтому ток от заземлителей расходится в ней во всех направлениях как по поверхности, так и в глубину. [c.38]

Закон распределения потенциалов на поверхности земли можно объяснить на примере растекания тока в землю с одиночного заземлителя (рис. 12). [c.38]

Таким образом, сопротивление прохождению тока оказывает лишь зона земли на участке АБ (см. рис. 12). Такая зона называется зоной токов в земле или потенциальной зоной. Все остальное пространство земли, 1де плотность тока настолько мала, что практически не обнаруживается падение напряжения, называется зоной нулевого потенциала. Напряжением относительно земли ири замыкании на корпус называется напряжение между этим корпусом и точками земли, находящимися вне зоны токов в земле. Напряжение заземлителя относительно земли (зоны нулевого потенциала) называют также полным потенциалом заземлителя. [c.39]

Для безопасности людей имеет значение напряжение прикосновения, а не полное падение напряжения относительно земли. [c.40]

Как видно из графика, напряжение прикосновения зависит от расстояния между двумя точками цепи, к-которым может одновременно прикоснуться человек. [c.40]

Из сказанного понятно, почему не рекомендуется применять вблизи электроустановок удлиненные металлические предметы, ломики, трубы и т. д. Это равносильно значительному удлинению руки, создающему вероятность прикосновения человека к заземленному корпусу токоприемника, хотя он и находится на большом расстоянии от него, в точке Лз. Напряжение прикосновения возрастает, так как потенциал точки п.2 более низок и достигает величины Упр- Отсюда ясна необходимость принятия специальных мер предосторожности при применении удлиненных металлических предметов вблизи электроустановок. [c.40]

Так как различные точки поверхности земли при прохождении через нее аварийного тока имеют различные потенциалы, человек, идущий по земле вблизи заземлителя, может оказаться под напряжением. Это напряжение называется напряжением шага. [c.41]

При приближении к заземленному токоприемнику напряжение шага возрастает. В пределе напряжение шага достигает значения напряжения прикосновения. [c.41]

Исследования показывают, что при больших токах замыкания на землю и применении одноэлектродного заземлителя напряжения прикосновения и шага в предельном случае достигают достаточно большой величины (более 10 В). В некоторых случаях это может привести к электротравме. [c.41]

Для уменьшения напряжения прикосновения и шага до безусловно безопасных величин необходимо, чтобы потенциальная кривая была как можно более пологой, т. е. нужно уменьшить разность потенциалов и выравнять потенциалы, возникающие на поверхности земли вблизи заземлителей при замыкании на землю. Выравнивание потенциалов лучше всего обеспечивается устройством сложных заземлителей в виде замкнутого контура, охватывающего всю территорию защищаемой электроустановки. [c.41]

Рассмотрим эффект выравнивания потенциалов на примере двухэлектродного заземляющего устройства (см. рис. 13). Для большей наглядности представим себе, что второй электрод находит точке Г и соединен шиной с электродом в точке А. Закон распределения тока такой же, что и вокруг электрода А. На поверхности ГА возникает второй потенциал — кривая 2, подобная кривой /. [c.41]

Если контур заземления выполнен правильно, то напряжение прикосновения и шага не превышает 5—8 В, что меньше условно безопасного значения (10 В). [c.42]

Из сказанного ясно, что величина Г1 меньше единицы. [c.42]

Свойства грунта как проводника тока характеризуются его удельным сопротивлением р, под которым понимают сопротивление кубика грунта с ребром 1 см. Величина сопротивления зависит от характера грунта, его температуры, влажности, содержания солей, кислот, щелочей. Увеличение содержания растворенных веществ в грунте, общей влажности, уплотнения его частиц и температуры приводит к уменьшению р. Пропитывание грунта маслами и нефтью и промерзание приводят к резкому увеличению р. [c.43]

Обычно заземляющее устройство представляет собой сложное соединение отдельных заземлителей (электродов) и соединительных полос, Это способствует, как бы—ло указано ранее, уменьшению напряжения прикосновения и шага. [c.43]

Вернуться к основной статье

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.

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.

Предыдущее: Какие отделочные материалы использовать в ванной
Следующее: Что можно сделать из сломанных игрушек: выбрасывать не рекомендуется

Защитное заземление в электроустановках напряжением до 1000 В

МО и ПО РФ

НГТУ

Кафедра Безопасности труда

Лабораторная работа №12

«Защитное заземление в электроустановках напряжением
до 1000 В»

Факультет: АВТ

Группа: АС-812

Выполнили: Мухина Юлия

Дмитриева Юлия

Бакарась Сергей

Проверил: Пименова Л.В.

Новосибирск

2001

Цель работы: изучить назначение, устройство и принцип действия
защитного заземления

Ход выполнения
работы:

Измеряем ток, протекающий
через человека, касающегося корпуса электроприемника ЭП2 при пробое фазы
на корпус. Защитное заземление отсутствует, сопротивление изоляции
максимальное. Тумблер S5 при замерах 1-4 в положении «отключено».
Показания миллиамперметра заносим в таблицу результатов 1. Рассчитываем
напряжение прикосновения по формуле ,
где =1000 Ом и заносим в таблицу 1.
Производим замеры по пункту
1, но при минимальном сопротивлении изоляции
Производим замеры по пункту
2, но при наличии защитного заземления =8
Ом, тумблер S4 в положении .
Производим замеры по пункту
3, но при наличии защитного заземления =4
Ом, тумблер S4 в положении .
Измеряем напряжение,
относительно земли, на заземлителе в электроприемниках 1,2,3 при пробое
фазы на корпус и при минимальном значении сопротивления изоляции и
сопротивления заземлителя 4 Ом (). Показания
вольтметра заносим в таблицу 2.
Измеряем напряжение
прикосновения для первого, второго и третьего человека, касающихся
соответствующих приемников, данные заносим в таблицу 2.

Схемы:

Схема
1 Пути протекания тока при замыкании фазы на корпус

Схема
2 Эквивалентные схемы замещения:

а) без учета сопротивления
заземления б) с учетом сопротивления заземления

Схема
3

Таблицы результатов:

Таблица 1 Величины тока и напряжения прикосновения

№

Сопротивление изоляции

Наличие защитного заземления

Ток через человека, mA

Напряжение прикосновения, В

Максимальное

Минимальное

Минимальное минимальное

Нет

Есть (8 Ом)

Есть (4 Ом)

145

Таблица
2 Величины измеренного напряжения относительно земли

№

Объект измерения

Показания вольтметра, В

Заземлитель (=4 Ом)

Двигатель ЭП1

Двигатель ЭП2

Двигатель ЭП3

Человек, касающийся ЭП1 (U_пр1)

Человек, касающийся ЭП2 (U_пр2)

Человек, касающийся ЭП3 (U_пр3)

0,7

Выводы:

В результате выполнения л/р №12 можно сделать
следующие выводы:

1.
Если заземлитель соединен с
корпусом установки, то весь ток замыкается на землю и протекает только через
человека. В таком случае величина напряжения прикосновения зависит от
сопротивления изоляции и емкости сети. При малом сопротивлении изоляции
напряжение достигает в лабораторной установке 145 В, при максимально возможном
сопротивлении – 8 В. Обратная пропорциональность наблюдается для величины
емкости сети: при большой емкости напряжение велико, при малой – мало.

2.
В случае наличия заземлителя,
соединенного с корпусом двигателя, в эквивалентной цепи возникают 2
параллельные ветви, одна из которых содержит сопротивление заземлителя r₃, другая состоит из сопротивления человека R_h_{. Так
как r₃<<
R_h , то почти весь ток течет через заземлитель. Таким
образом напряжение прикосновения, под которое попадает человек, будет равно
падению напряжения на заземлителе .Принцип действия защитного
заземлителя: снижение до безопасных значений напряжений прикосновения и
шага, обусловленных замыканием на корпус и другими причинами. Это достигается
путем уменьшения потенциала заземленного оборудования (за счет уменьшения сопротивления
заземлителя ), а также путем выравнивания потенциалов основания, на котором стоит
человек, и заземляемого оборудования (за счет подъема первого до значения,
близкого к последнему).}

3.
На основании теоретических выводов
можно заключить, что снижение величины сопротивления заземлителя приводит к
снижению напряжения на заземлителе. В условиях лабораторной установки
уменьшение величины сопротивления в 2 раза (с 8 Ом до 4 Ом) привело к более чем
2-х кратному снижению напряжения с 25 В до 9 В. В соответствии с ПУЭ напряжение
прикосновения не должно превышать 40В. Увеличение расстояния до заземлителя
приводит к увеличению величины

Анализ опасности поражения электрическим током в сетях различного назначения. (Лекции 3 и 4)

1. Анализ опасности поражения электрическим током в сетях различного назначения

ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский
политехнический университет»
Лекция № 3
Анализ опасности поражения
электрическим током в сетях различного
назначения
Рассматриваются случаи прямого прикосновения (электрический контакт человека с
токоведущими частями, находящимися под напряжением) и случаи косвенного прикосновения
(электрический контакт осуществляется с открытыми токопроводящими частями, оказавшимися
под напряжением при повреждении изоляции).
Выделяют следующие режимы работы сети:
– нормальный режим работы электрической сети;
– режим замыкания фазы на корпус электроустановки;
– режим однофазного замыкания на землю.
Наиболее характерные схемы включения человека в цепь тока:
– однофазное прикосновение (при включении человека между одной фазой и землей).
– двухфазное прикосновение (человек оказывается под рабочим напряжением U в однофазной сети
или под линейным напряжением Uл в трёхфазной сети, а ток через тело человека Ih
ограничивается только его сопротивлением Rh и не зависит от схемы сети и режима нейтрали).
В связи с этим анализ электрических сетей проводится только для режима однофазного
прикосновения.
Однофазные сети
1. Анализ опасности поражения электрическим током в однофазной
двухпроводной сети, изолированной от земли
Нормальный режим работы сети – когда электрическая сеть находится в исправном состоянии, замыкания в сети
отсутствуют, а человек коснулся одного из проводов сети
Нормальный режим работы
Однофазные сети
1. Анализ опасности поражения электрическим током в однофазной
двухпроводной сети, изолированной от земли
Т.е. чем выше значения сопротивления изоляции, тем меньшие значения будут иметь
напряжение прикосновения Uпр и ток через тело человека Ih.
Ток через тело человека Ih определяется сопротивлением того провода, которого
человек не касается, так как именно это сопротивление оказывает токоограничивающее
действие.
Следовательно, прикосновение человека к проводу с более высоким
сопротивлением изоляции является более опасным.
Нормальный режим работы
1. Анализ опасности поражения электрическим током в однофазной
двухпроводной сети, изолированной от земли
Аварийный режим работы сети соответствует такому режиму, когда один из проводов замкнут на землю
(ОЗЗ) через сопротивление замыкания, а человек коснулся другого исправного провода сети.
Аварийный режим работы
1. Анализ опасности поражения электрическим током в однофазной
двухпроводной сети, изолированной от земли
Человек, прикоснувшийся к исправному проводу, оказывается под напряжением,
близким к рабочему напряжению сети, а токоограничивающее действие току будет
оказывать только сопротивление тела человека.
Т.е. в аварийном режиме работы изоляция практически не влияет на ток через тело
человека, поэтому опасность поражения человека в аварийном режиме работы сети
значительно выше, чем в нормальном режиме
Аварийный режим работы
2. Анализ опасности поражения электрическим током в однофазной
двухпроводной сети с заземлённым проводом
Нормальный режим работы сети – когда электрическая сеть находится в исправном состоянии, замыкания в
сети отсутствуют, а человек прикоснулся к незаземлённому проводу сети.
Нормальный режим работы
2. Анализ опасности поражения электрическим током в однофазной
двухпроводной сети с заземлённым проводом
При малом значении r0, изоляция не влияет на ток через тело человека и
напряжение прикосновения Uпр оказывается равным рабочему напряжению сети. Ток
через тело человека Ih зависит только от рабочего напряжения сети и Rh.
Следовательно, прикосновение человека к незаземлённому проводу сети
оказывается опасным, даже при высоком сопротивлении изоляции проводов.
Нормальный режим работы
2. Анализ опасности поражения электрическим током в однофазной
двухпроводной сети с заземлённым проводом
Нормальный режим работы под нагрузкой
2. Анализ опасности поражения электрическим током в однофазной
двухпроводной сети с заземлённым проводом
Человек при прикосновении к заземлённому
проводу
оказывается
под
напряжением
прикосновения, равным потере напряжения в
заземлённом проводе на участке от места его
заземления (точка а) до места прикосновения
(точка б).
Напряжение прикосновения в нормальном
режиме работы увеличивается по мере удаления
от места заземления провода и достигает
максимума в точке в. В случае, если сеть
спроектирована с учетом требований ПУЭ в части
допустимого
отклонения
напряжения,
то
наибольшее значение напряжения прикосновения
(точка в) не превысит 5% номинального
напряжения сети.
Нормальный режим работы под нагрузкой
2. Анализ опасности поражения электрическим током в однофазной
двухпроводной сети с заземлённым проводом
Аварийный режим работы сети (при КЗ) — когда человек касается заземлённого провода сети, ток в проводе
возрастает до величины тока однофазного короткого замыкания. В этом случае величина потери напряжения в
проводе достигает 100% номинального напряжения сети. При одинаковых сечениях проводов напряжение в точке
КЗ (точка г) будет близким к половине номинального напряжения сети.
Аварийный режим работы под нагрузкой
2. Анализ опасности поражения электрическим током в однофазной
двухпроводной сети с заземлённым проводом
Напряжение прикосновения зависит от величины тока КЗ и может достигать
значения равного половине напряжения сети.
Т.е. в сети с заземлённым проводом сопротивление изоляции практически
не влияет на ток через тело человека, прикосновение к незаземлённому
проводу сети оказывается более опасным, чем к заземлённому проводнику.
При прикосновении человека к заземлённому проводнику, ток через тело
человека зависит от режима работы сети. В аварийном режиме работы
прикосновение к заземлённому проводнику более опасно, чем в нормальном
режиме.
Аварийный режим работы под нагрузкой
Трехфазные сети
3. Анализ опасности поражения электрическим током в трёхфазной сети
При проведении анализа принимаются следующие допущения:
1) Внутренние сопротивления источника питания и продольные сопротивления проводников
сети малы и поэтому не учитываются.
2) Сопротивления изоляции, как и ёмкости проводов относительно земли, не равны между
собой: r1 ≠ r2 ≠ r3 ≠ rN; с1 ≠ с2 ≠ с3 ≠ сN ≠ 0.
3) Замыкание фазы на землю происходит через переходное сопротивление rзм (при коротком
металлическом замыкании принимается равным нулю).
4) Тело человека обладает только активным сопротивлением, а сопротивление основания, на
котором стоит человек, включая сопротивление обуви равны нулю.
Трехфазные сети
3. Анализ опасности поражения электрическим током в трёхфазной сети
Нормальный режим работы сети – когда электрическая сеть находится в исправном состоянии, замыкания в сети
отсутствуют, а человек коснулся одной из фаз сети
Нормальный режим работы
3. Анализ опасности поражения электрическим током в трёхфазной сети
Приведенные выражения для общего случая трёхфазной сети, можно, с учётом
особенностей каждого типа сети, распространить на трёхфазные сети с различными
режимами работы нейтрали источника питания.
3. Анализ опасности поражения электрическим током в трёхфазной сети
3.1. Анализ опасности поражения электрическим током в трёхфазной
четырёхпроводной сети с глухозаземлённой нейтралью
Нормальный режим работы
3. Анализ опасности поражения электрическим током в трёхфазной сети
3.1. Анализ опасности поражения электрическим током в трёхфазной
четырёхпроводной сети с глухозаземлённой нейтралью
Человек оказывается под фазным напряжением сети Uф. При условии, что полные
проводимости проводов относительно земли малы по сравнению с проводимостью
заземления нейтрали, величина тока через тело человека оказывается не зависящей
от сопротивлений изоляции и ёмкости проводов относительно земли и
ограничивается только сопротивлением тела человека Rh.
Нормальный режим работы
При аварийном режиме работы сети при прикосновении человека к одной из фаз сети, например
к фазному проводнику L1, происходит замыкание одной из других фаз сети, например фазного
проводника L3, на землю через малое сопротивление rзм.
В месте замыкания фазного
проводника
L3
на
землю,
проводимости нулевого и фазных
проводников относительно земли
могут быть приняты равными нулю.
Тогда:
Аварийный режим работы
3. Анализ опасности поражения электрическим током в трёхфазной сети
3.1. Анализ опасности поражения электрическим током в трёхфазной
четырёхпроводной сети с глухозаземлённой нейтралью
Человек оказывается под напряжением, величина которого зависит от
сопротивления в месте замыкания. Т.к. rзм и r0 > 0, напряжение, под которым
оказывается человек, прикоснувшийся в аварийный период к исправному фазному
проводу всегда меньше линейного, но больше фазного напряжения сети (Uф
Наиболее опасным случаем является режим металлического замыкания фазы сети,
в этом режиме человек оказывается под линейным напряжением сети, а ток через
тело человека ограничивается только его сопротивлением Rh.
Аварийный режим работы
3. Анализ опасности поражения электрическим током в трёхфазной сети
3.1. Анализ опасности поражения электрическим током в трёхфазной
четырёхпроводной сети с глухозаземлённой нейтралью
Режим косвенного прикосновения
3. Анализ опасности поражения электрическим током в трёхфазной сети
3.1. Анализ опасности поражения электрическим током в трёхфазной
четырёхпроводной сети с глухозаземлённой нейтралью
Режим косвенного прикосновения
3. Анализ опасности поражения электрическим током в трёхфазной сети
3.1. Анализ опасности поражения электрическим током в трёхфазной
четырёхпроводной сети с глухозаземлённой нейтралью
В связи с этим в электрических сетях с глухим заземлением нейтрали напряжением
до 1000 В защитное заземление корпусов электроустановок является
неэффективной мерой защиты и поэтому запрещается его применение в качестве
единственной меры защиты от замыкания на корпус электроустановки, но
допускается использовать его в качестве дополнительной меры защиты.
Режим косвенного прикосновения
3. Анализ опасности поражения электрическим током в трёхфазной сети
3.2. Анализ опасности поражения электрическим током в трёхфазной сети
с изолированной нейтралью
Нормальный режим работы
3. Анализ опасности поражения электрическим током в трёхфазной сети
3.2. Анализ опасности поражения электрическим током в трёхфазной сети
с изолированной нейтралью
При нормальной работе сети с изолированной нейтралью, ток через тело человека,
прикоснувшегося к одному из фазных проводов, зависит от величин активного и
емкостного сопротивлений проводов относительно земли. С увеличением
активного сопротивления и уменьшением ёмкости сети величина тока
уменьшается.
Нормальный режим работы (сети до 1000 В)
3. Анализ опасности поражения электрическим током в трёхфазной сети
3.2. Анализ опасности поражения электрическим током в трёхфазной сети
с изолированной нейтралью
Таким образом, в сетях малой протяжённости напряжения до 1000 В ток через
тело человека зависит только от активного сопротивления изоляции. Поддержание
высокого активного сопротивления изоляции приводит к уменьшению величины тока
через тело человека в период прикосновения.
Нормальный режим работы (сети до 1000 В) малой протяженности
3. Анализ опасности поражения электрическим током в трёхфазной сети
3.2. Анализ опасности поражения электрическим током в трёхфазной сети
с изолированной нейтралью
Ток через тело человека зависит только от емкостного сопротивления изоляции
и даже при идеальной изоляции (r = ∞) прикосновение к токоведущим частям
смертельно опасно. Поддержание малой величины ёмкости сети уменьшает
величину тока через тело человека в период прикосновения.
Нормальный режим работы (кабельные сети U выше 1000 В) значительной
протяженности
3. Анализ опасности поражения электрическим током в трёхфазной сети
3.2. Анализ опасности поражения электрическим током в трёхфазной сети
с изолированной нейтралью
Аварийный режим работы
3. Анализ опасности поражения электрическим током в трёхфазной сети
3.2. Анализ опасности поражения электрическим током в трёхфазной сети
с изолированной нейтралью
При прикосновении к одной из фаз трехфазной сети с изолированной нейтралью в
аварийном режиме работы сети, человек оказывается под напряжением, величина
которого зависит от сопротивления в месте замыкания. Т.к. rзм
напряжение, под которым оказывается человек, близко к линейному напряжению
сети, а ток через тело человека ограничивается только его сопротивлением Rh.
3. Анализ опасности поражения электрическим током в трёхфазной сети
3.2. Анализ опасности поражения электрическим током в трёхфазной сети
с изолированной нейтралью
Ток через тело человека зависит от величин активного и емкостного сопротивлений
проводов относительно земли, а также от величины сопротивления заземления rз, с
уменьшением которого уменьшается и величина тока Ih.
Режим косвенного прикосновения

Сопротивление и импеданс переменного тока в цепи переменного тока

В предыдущих уроках мы видели, что в цепи переменного тока, содержащей синусоидальные сигналы, векторы напряжения и тока вместе с комплексными числами могут использоваться для представления комплексной величины.

Мы также увидели, что синусоидальные формы сигналов и функции, которые ранее были нарисованы в преобразовании во временной области , могут быть преобразованы в пространственный или векторной области , чтобы можно было построить векторные диаграммы, чтобы найти это соотношение напряжения и тока векторов.

Теперь, когда мы знаем, как представить напряжение или ток в виде вектора, мы можем рассмотреть это соотношение в применении к базовым пассивным элементам схемы, таким как Сопротивление переменного тока при подключении к однофазному источнику переменного тока.

Любой идеальный элемент базовой схемы, такой как резистор, может быть описан математически с точки зрения его напряжения и тока, и в учебнике о резисторах мы увидели, что напряжение на чисто омическом резисторе линейно пропорционально току, протекающему через него. как определено законом Ома.Рассмотрим схему ниже.

Сопротивление переменного тока при синусоидальном напряжении питания

Когда переключатель замкнут, на резистор R будет подано переменное напряжение V. Это напряжение вызовет протекание тока, который, в свою очередь, будет расти и падать, когда приложенное напряжение синусоидально растет и падает. Поскольку нагрузка является сопротивлением, ток и напряжение достигают своих максимальных или пиковых значений и упадут до нуля в одно и то же время, то есть они повышаются и падают одновременно и, следовательно, называются « синфазно ».

Тогда электрический ток, протекающий через сопротивление переменного тока, изменяется синусоидально со временем и представлен выражением I (t) = Im x sin (ωt + θ), где Im — максимальная амплитуда тока, а θ — его фаза. угол. Кроме того, мы также можем сказать, что для любого заданного тока i, протекающего через резистор, максимальное или пиковое напряжение на выводах R будет определяться законом Ома как:

, а мгновенное значение тока i будет:

Итак, для чисто резистивной цепи переменный ток, протекающий через резистор, изменяется пропорционально приложенному к нему напряжению по той же синусоидальной схеме.Поскольку частота питания является общей как для напряжения, так и для тока, их векторы также будут общими, что приведет к тому, что ток будет «синфазным» с напряжением (θ = 0).

Другими словами, при использовании сопротивления переменного тока нет разницы фаз между током и напряжением, поскольку ток будет достигать своих максимальных, минимальных и нулевых значений всякий раз, когда напряжение достигает максимального, минимального и нулевого значений, как показано ниже.

Синусоидальные формы сигналов для сопротивления переменному току

Этот «синфазный» эффект также может быть представлен векторной диаграммой.В комплексной области сопротивление — это действительное число, означающее, что здесь нет «j» или мнимой составляющей. Следовательно, поскольку напряжение и ток синфазны друг с другом, между ними не будет разности фаз (θ = 0), поэтому векторы каждой величины накладываются друг на друга вдоль одной и той же опорной оси. Преобразование из синусоидальной временной области в фазовую область задается как.

Фазорная диаграмма для сопротивления переменному току

Поскольку вектор представляет среднеквадратичные значения величин напряжения и тока, в отличие от вектора, который представляет пиковое или максимальное значения, при делении пикового значения приведенных выше выражений во временной области на √2 соответствующее соотношение вектора напряжения и тока дается как.

Связь RMS

Фазовое соотношение

Это показывает, что чистое сопротивление в цепи переменного тока создает соотношение между векторами напряжения и тока точно так же, как и такое же соотношение напряжения и тока резисторов в цепи постоянного тока. Однако в цепи постоянного тока это соотношение обычно называется Сопротивление , как определено законом Ома, но в синусоидальной цепи переменного тока это соотношение напряжения и тока теперь называется Импеданс .Другими словами, электрическое сопротивление в цепи переменного тока называется «импедансом».

В обоих случаях эта зависимость напряжение-ток (V-I) всегда линейна в чистом сопротивлении. Таким образом, при использовании резисторов в цепях переменного тока термин Импеданс , символ Z обычно используется для обозначения его сопротивления. Следовательно, мы можем правильно сказать, что для резистора сопротивление постоянному току = импеданс переменного тока или R = Z.

Вектор импеданса представлен буквой (Z) для значения сопротивления переменному току с такими же единицами измерения в Ом (Ом), как и для постоянного тока.Тогда полное сопротивление (или сопротивление переменному току) можно определить как:

Импеданс переменного тока

Импеданс также может быть представлен комплексным числом, поскольку он зависит от частоты цепи, ω, когда присутствуют реактивные компоненты. Но в случае чисто резистивной цепи эта реактивная составляющая всегда будет равна нулю, и общее выражение для полного сопротивления в чисто резистивной цепи, заданное как комплексное число, будет:

Z = R + j0 = R Ω’s

Поскольку фазовый угол между напряжением и током в чисто резистивной цепи переменного тока равен нулю, коэффициент мощности также должен быть равен нулю и задается как: cos 0 ^o = 1.0, тогда мгновенная мощность, потребляемая резистором, определяется как:

Однако, поскольку средняя мощность в резистивной или реактивной цепи зависит от фазового угла, а в чисто резистивной цепи она равна θ = 0, коэффициент мощности равен единице, поэтому средняя мощность, потребляемая сопротивлением переменного тока, может быть определяется просто с помощью закона Ома как:

, которые представляют собой те же уравнения закона Ома, что и для цепей постоянного тока. Тогда эффективная мощность, потребляемая сопротивлением переменного тока, равна мощности, потребляемой тем же резистором в цепи постоянного тока.

Многие цепи переменного тока, такие как нагревательные элементы и лампы, состоят только из чистого омического сопротивления и имеют незначительные значения индуктивности или емкости, содержащиеся в импедансе.

В таких схемах мы можем использовать как закон Ома, так и закон Кирхгофа, а также простые правила схемы для расчета и определения напряжения, тока, импеданса и мощности, как при анализе цепей постоянного тока. При работе с такими правилами обычно используются только значения RMS.

Пример сопротивления переменному току №1

Электрический нагревательный элемент, имеющий сопротивление переменному току 60 Ом, подключен к однофазному источнику питания 240 В переменного тока.Рассчитайте ток, потребляемый от источника питания, и мощность, потребляемую нагревательным элементом. Также нарисуйте соответствующую векторную диаграмму, показывающую соотношение фаз между током и напряжением.

1. Ток питания:

2. Активная мощность, потребляемая сопротивлением переменного тока, рассчитывается как:

3. Поскольку в резистивном компоненте отсутствует разность фаз (θ = 0), соответствующая векторная диаграмма имеет вид:

Пример сопротивления переменному току №2

Источник синусоидального напряжения, определяемый как: V (t) = 100 x cos (ωt + 30 ^o), подключен к чистому сопротивлению 50 Ом.Определите его полное сопротивление и пиковое значение тока, протекающего по цепи. Нарисуйте соответствующую векторную диаграмму.

Синусоидальное напряжение на сопротивлении будет таким же, как при питании в чисто резистивной цепи. Преобразование этого напряжения из выражения во временной области в выражение в векторной области дает:

Применение закона об Омах дает нам:

Следовательно, соответствующая векторная диаграмма будет:

Резюме импеданса

В чисто омическом сопротивлении AC ток и напряжение «синфазны», поскольку между ними нет разности фаз.Ток, протекающий через сопротивление, прямо пропорционален напряжению на нем, и эта линейная зависимость в цепи переменного тока называется Импеданс .

Импеданс, которому присвоена буква Z, в чистом омическом сопротивлении представляет собой комплексное число, состоящее только из действительной части, являющейся фактическим значением сопротивления переменного тока (R), и нулевой мнимой части (j0). Из-за этого закон Ома может использоваться в цепях, содержащих сопротивление переменному току, для расчета этих напряжений и токов.

В следующем руководстве по индуктивности переменного тока мы рассмотрим зависимость напряжения от тока катушки индуктивности при подаче на нее синусоидальной формы волны переменного тока в установившемся режиме вместе с представлением векторной диаграммы как для чистой, так и для нечистой индуктивности.

Реактивное сопротивление, индуктивное и емкостное | Физика

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

Зависимость напряжения и тока от времени в простых индуктивных, емкостных и резистивных цепях.
Рассчитайте индуктивное и емкостное сопротивление.
Рассчитывайте ток и / или напряжение в простых индуктивных, емкостных и резистивных цепях.

Многие схемы также содержат конденсаторы и катушки индуктивности в дополнение к резисторам и источнику переменного напряжения. Мы видели, как конденсаторы и катушки индуктивности реагируют на постоянное напряжение при его включении и выключении. Теперь мы исследуем, как катушки индуктивности и конденсаторы реагируют на синусоидальное переменное напряжение.

Катушки индуктивности и индуктивное сопротивление

Предположим, индуктор подключен непосредственно к источнику переменного напряжения, как показано на рисунке 1.Разумно предположить, что сопротивление пренебрежимо мало, поскольку на практике мы можем сделать сопротивление катушки индуктивности настолько малым, что оно окажет незначительное влияние на схему. Также показан график зависимости напряжения и тока от времени.

Рис. 1. (a) Источник переменного напряжения, включенный последовательно с катушкой индуктивности, имеющей незначительное сопротивление. (б) График зависимости тока и напряжения на катушке индуктивности от времени.

График на Рисунке 1 (b) начинается с максимального напряжения. Обратите внимание, что ток начинается с нуля и повышается до своего пика после напряжения, которое им управляет, как это было в случае, когда напряжение постоянного тока было включено в предыдущем разделе.Когда напряжение становится отрицательным в точке а, ток начинает уменьшаться; оно становится нулевым в точке b, где напряжение является самым отрицательным. Затем ток становится отрицательным, снова вслед за напряжением. Напряжение становится положительным в точке c и начинает делать ток менее отрицательным. В точке d ток проходит через ноль, когда напряжение достигает своего положительного пика, чтобы начать следующий цикл. Кратко это поведение можно описать следующим образом:

Напряжение переменного тока в индукторе

Когда на катушку индуктивности подается синусоидальное напряжение, оно опережает ток на одну четверть цикла или на фазовый угол 90º.

Ток отстает от напряжения, поскольку индукторы препятствуют изменению тока. При изменении тока возникает обратная ЭДС В = — L (Δ I / Δ t ). Это считается эффективным сопротивлением катушки индуктивности переменному току. Среднеквадратичный ток I через катушку индуктивности L определяется версией закона Ома:

[латекс] I = \ frac {V} {{X} _ {L}} \\ [/ latex],

, где В, — среднеквадратичное значение напряжения на катушке индуктивности, а X _L определяется как

[латекс] {X} _ {L} = 2 \ pi {fL} \\ [/ латекс],

с f частота источника переменного напряжения в герцах (анализ схемы с использованием правила петли Кирхгофа и вычислений фактически дает это выражение). X _L называется индуктивным реактивным сопротивлением , потому что катушка индуктивности препятствует прохождению тока. X _L имеет единицы измерения Ом (1 Гн = 1 Ом с, так что частота, умноженная на индуктивность, имеет единицы (циклов / с) (Ом ⋅ с) = Ом)), что соответствует его роли в качестве эффективное сопротивление. Логично, что X _L пропорционально L , поскольку чем больше индукция, тем больше сопротивление изменению.Также разумно, что X _L пропорционально частоте f , поскольку большая частота означает большее изменение тока. То есть Δ I / Δ t является большим для больших частот (большие f , маленькие Δ t ). Чем больше изменение, тем больше сопротивление катушки индуктивности.

Пример 1. Расчет индуктивного сопротивления, а затем тока

(a) Рассчитайте индуктивное сопротивление 3.Индуктор 00 мГн при подаче переменного напряжения 60,0 Гц и 10,0 кГц. (b) Каков среднеквадратичный ток на каждой частоте, если приложенное действующее напряжение составляет 120 В?

Стратегия

Индуктивное реактивное сопротивление находится непосредственно из выражения X _L = 2πf L . Как только X _L будет найдено на каждой частоте, закон Ома, как указано в уравнении I = V / X _L, можно использовать для определения тока на каждой частоте.

Решение для (a)

Ввод частоты и индуктивности в уравнение X _L = 2πf L дает

X _L = 2πf L = 6,28 (60,0 / с) (3,00 мГн) = 1,13 Ом при 60 Гц.

Аналогично, на 10 кГц,

X _L = 2πf L = 6,28 (1,00 × 10 ⁴ / с) (3,00 мГн) = 188 Ом при 10 кГц.

Решение для (b)

Среднеквадратичное значение тока теперь определяется с использованием версии закона Ома в уравнении I = В / X _L, учитывая приложенное действующее напряжение 120 В.Для первой частоты это дает

[латекс] I = \ frac {V} {{X} _ {L}} = \ frac {120 \ text {V}} {1.13 \ text {} \ Omega} = 106 \ text {A at} 60 \ текст {Hz} \\ [/ latex].

Аналогично, на 10 кГц,

[латекс] I = \ frac {V} {{X} _ {L}} = \ frac {120 \ text {V}} {188 \ text {} \ Omega} = 0,637 \ text {A at} 10 \ текст {кГц} \\ [/ latex].

Обсуждение

Катушка индуктивности по-разному реагирует на двух разных частотах. На более высокой частоте его реактивное сопротивление велико, а ток невелик, что соответствует тому, как катушка индуктивности препятствует быстрому изменению.Таким образом, наиболее затруднены высокие частоты. Индукторы могут использоваться для фильтрации высоких частот; например, большую катушку индуктивности можно включить последовательно с системой воспроизведения звука или последовательно с вашим домашним компьютером, чтобы уменьшить высокочастотный звук, выводимый из ваших динамиков или высокочастотные всплески мощности на ваш компьютер.

Обратите внимание, что, хотя сопротивлением в рассматриваемой цепи можно пренебречь, переменный ток не очень велик, потому что индуктивное реактивное сопротивление препятствует его протеканию.С переменным током нет времени, чтобы ток стал слишком большим.

Конденсаторы и емкостное сопротивление

Рассмотрим конденсатор, подключенный непосредственно к источнику переменного напряжения, как показано на рисунке 2. Сопротивление такой цепи можно сделать настолько малым, что оно окажет незначительное влияние по сравнению с конденсатором, поэтому мы можем предположить, что сопротивление незначительно. Напряжение на конденсаторе и ток показаны на рисунке как функции времени.

Рисунок 2.(а) Источник переменного напряжения, включенный последовательно с конденсатором С, имеющим незначительное сопротивление. (б) График зависимости тока и напряжения на конденсаторе от времени.

График на Рисунке 2 начинается с максимального напряжения на конденсаторе. В этот момент ток равен нулю, потому что конденсатор полностью заряжен и останавливает поток. Затем напряжение падает, а ток становится отрицательным по мере разряда конденсатора. В точке а конденсатор полностью разряжен (на нем Q = 0 ) и напряжение на нем равно нулю.Ток остается отрицательным между точками a и b, вызывая обратное напряжение на конденсаторе. Это завершается в точке b, где ток равен нулю, а напряжение имеет самое отрицательное значение. Ток становится положительным после точки b, нейтрализуя заряд конденсатора и доводя напряжение до нуля в точке c, что позволяет току достичь своего максимума. Между точками c и d ток падает до нуля, когда напряжение достигает своего пика, и процесс начинает повторяться. На протяжении всего цикла напряжение соответствует тому, что делает ток, на одну четверть цикла:

Напряжение переменного тока в конденсаторе

Когда на конденсатор подается синусоидальное напряжение, оно следует за током на одну четверть цикла или на фазовый угол 90º.

Конденсатор влияет на ток, имея возможность полностью его остановить, когда он полностью заряжен. Поскольку применяется переменное напряжение, возникает среднеквадратичный ток, но он ограничивается конденсатором. Это считается эффективным сопротивлением конденсатора переменному току, поэтому среднеквадратичный ток I в цепи, содержащей только конденсатор C , определяется другой версией закона Ома как

[латекс] I = \ frac {V} {{X} _ {C}} \\ [/ latex],

, где В, — среднеквадратичное напряжение, а X _C определено (Как и в случае с X _L, это выражение для X _C является результатом анализа цепи используя правила и исчисление Кирхгофа) равным

[латекс] {X} _ {C} = \ frac {1} {2 \ pi fC} \\ [/ latex],

, где X _C называется емкостным реактивным сопротивлением , потому что конденсатор препятствует прохождению тока. X _C имеет единицы измерения Ом (проверка оставлена в качестве упражнения для читателя). X _C обратно пропорционально емкости C ; Чем больше конденсатор, тем больший заряд он может накапливать и тем больше может протекать ток. Она также обратно пропорциональна частоте f ; чем выше частота, тем меньше времени остается для полной зарядки конденсатора, и поэтому он меньше препятствует току.

Пример 2. Расчет емкостного реактивного сопротивления, а затем тока

(a) Рассчитайте емкостное реактивное сопротивление конденсатора 5,00 мФ при приложении переменного напряжения 60,0 Гц и 10,0 кГц. (b) Каков среднеквадратичный ток, если приложенное действующее напряжение составляет 120 В?

Стратегия

Емкостное реактивное сопротивление находится непосредственно из выражения в [latex] {X} _ {C} = \ frac {1} {2 \ pi fC} \\ [/ latex]. Как только X _C было обнаружено на каждой частоте, закон Ома сформулирован как I = V / X _C, чтобы найти ток на каждой частоте.

Решение для (a)

Ввод частоты и емкости в [латекс] {X} _ {C} = \ frac {1} {2 \ pi fC} \\ [/ latex] дает

[латекс] \ begin {array} {lll} {X} _ {C} & = & \ frac {1} {2 \ pi fC} \\ & = & \ frac {1} {6.28 \ left (60.0 / \ text {s} \ right) \ left (5.00 \ text {} \ mu \ text {F} \ right)} = 531 \ text {} \ Omega \ text {at} 60 \ text {Hz} \ end {массив }\\[/латекс].

Аналогично, на 10 кГц,

[латекс] \ begin {array} {lll} {X} _ {C} & = & \ frac {1} {2 \ pi fC} = \ frac {1} {6.{4} / \ text {s} \ right) \ left (5,00 \ mu \ text {F} \ right)} \\ & = & 3,18 \ text {} \ Omega \ text {at} 10 \ text {кГц} \ end {array} \\ [/ latex].

Решение для (b)

Среднеквадратичное значение тока теперь определяется с использованием версии закона Ома в I = В / X _C, учитывая приложенное действующее напряжение 120 В. Для первой частоты это дает

[латекс] I = \ frac {V} {{X} _ {C}} = \ frac {120 \ text {V}} {531 \ text {} \ Omega} = 0,226 \ text {A at} 60 \ текст {Hz} \\ [/ latex].

Аналогично, на 10 кГц,

[латекс] I = \ frac {V} {{X} _ {C}} = \ frac {120 \ text {V}} {3.18 \ text {} \ Omega} = 3.37 \ text {A at} 10 \ текст {Hz} \\ [/ latex].

Обсуждение

Конденсатор очень по-разному реагирует на двух разных частотах, а индуктор реагирует прямо противоположным образом. На более высокой частоте его реактивное сопротивление мало, а ток велик. Конденсаторы одобряют изменения, тогда как индукторы противодействуют изменениям. Конденсаторы больше всего препятствуют низким частотам, так как низкая частота позволяет им успеть зарядиться и остановить ток.Конденсаторы можно использовать для фильтрации низких частот. Например, конденсатор, включенный последовательно с системой воспроизведения звука, избавляет ее от гула 60 Гц.

Хотя конденсатор в основном представляет собой разомкнутую цепь, в цепи с напряжением переменного тока, приложенным к конденсатору, присутствует среднеквадратичный ток. Это связано с тем, что напряжение постоянно меняет направление, заряжая и разряжая конденсатор. Если частота стремится к нулю (постоянный ток), X _C стремится к бесконечности, и ток равен нулю после зарядки конденсатора.На очень высоких частотах реактивное сопротивление конденсатора стремится к нулю — он имеет незначительное реактивное сопротивление и не препятствует току (он действует как простой провод). Конденсаторы оказывают противоположное влияние на цепи переменного тока, чем индукторы .

Резисторы в цепи переменного тока

В качестве напоминания рассмотрим Рисунок 3, на котором показано напряжение переменного тока, приложенное к резистору, и график зависимости напряжения и тока от времени. Напряжение и ток равны в фазе в резисторе.Отсутствует частотная зависимость поведения простого сопротивления в цепи:

Рис. 3. (a) Источник переменного напряжения, включенный последовательно с резистором. (b) График зависимости тока и напряжения на резисторе от времени, показывающий, что они точно совпадают по фазе.

Напряжение переменного тока в резисторе

Когда на резистор подается синусоидальное напряжение, напряжение точно совпадает по фазе с током — они имеют фазовый угол 0 °.

Сводка раздела

Для катушек индуктивности в цепях переменного тока мы обнаруживаем, что когда на индуктор подается синусоидальное напряжение, напряжение опережает ток на одну четверть цикла или на фазовый угол 90 °.
Противодействие катушки индуктивности изменению тока выражается как сопротивление переменному току.
Закон Ома для катушки индуктивности
[латекс] I = \ frac {V} {{X} _ {L}} \\ [/ latex],
, где В — действующее значение напряжения на катушке индуктивности.
X _L определяется как индуктивное реактивное сопротивление, определяемое по формуле
[латекс] {X} _ {L} = 2 \ pi fL \\ [/ латекс],
с f частота источника переменного напряжения в герцах.
Индуктивное реактивное сопротивление X _L измеряется в единицах Ом и имеет наибольшее значение на высоких частотах.
Для конденсаторов мы обнаруживаем, что когда на конденсатор подается синусоидальное напряжение, напряжение следует за током на одну четверть цикла или на фазовый угол 90º.
Поскольку конденсатор может останавливать ток при полной зарядке, он ограничивает ток и предлагает другую форму сопротивления переменному току; Закон Ома для конденсатора
[латекс] I = \ frac {V} {{X} _ {C}} \\ [/ latex],
, где В — действующее значение напряжения на конденсаторе.
X _C определяется как емкостное реактивное сопротивление, определяемое по формуле
[латекс] {X} _ {C} = \ frac {1} {2 \ pi fC} \\ [/ latex].
X _C имеет единицы измерения Ом и имеет наибольшее значение на низких частотах.

Концептуальные вопросы

1. Пресбиакузис — это возрастная потеря слуха, которая постепенно влияет на высокие частоты. Усилитель слухового аппарата предназначен для равномерного усиления всех частот. Чтобы отрегулировать его мощность на пресбиакузис, включите ли вы конденсатор последовательно или параллельно динамику слухового аппарата? Объяснять.

2. Будете ли вы использовать большую индуктивность или большую емкость последовательно с системой для фильтрации низких частот, таких как гул 100 Гц в звуковой системе? Объяснять.

3. Высокочастотный шум в сети переменного тока может повредить компьютеры. Использует ли съемный блок, предназначенный для предотвращения этого повреждения, большую индуктивность или большую емкость (последовательно с компьютером) для фильтрации таких высоких частот? Объяснять.

4. Зависит ли индуктивность от тока, частоты или и того, и другого? А как насчет индуктивного сопротивления?

5. Объясните, почему конденсатор на рисунке 4 (a) действует как фильтр низких частот между двумя цепями, тогда как конденсатор на рисунке 4 (b) действует как фильтр высоких частот.

Рисунок 4. Конденсаторы и катушки индуктивности. Конденсатор с высокой и низкой частотой.

6. Если конденсаторы на Рисунке 4 заменить катушками индуктивности, какой фильтр действует как фильтр низких частот, а какой — как фильтр высоких частот?

Задачи и упражнения

1. На какой частоте индуктор 30,0 мГн будет иметь реактивное сопротивление 100 Ом?

2. Какое значение индуктивности следует использовать, если требуется реактивное сопротивление 20,0 кОм при частоте 500 Гц?

3.Какую емкость следует использовать для получения реактивного сопротивления 2,00 МОм при 60,0 Гц?

4. На какой частоте конденсатор 80,0 мФ будет иметь реактивное сопротивление 0,250 Ом?

5. (a) Найдите ток через катушку индуктивности 0,500 H, подключенную к источнику переменного тока 60,0 Гц, 480 В. (б) Каким будет ток на частоте 100 кГц?

6. (a) Какой ток течет, когда источник переменного тока 60,0 Гц, 480 В подключен к конденсатору 0,250 мкФ? (b) Каким будет ток на частоте 25,0 кГц?

7. А 20.Источник 0 кГц, 16,0 В, подключенный к катушке индуктивности, вырабатывает ток 2,00 А. Что такое индуктивность?

8. Источник 20,0 Гц, 16,0 В вырабатывает ток 2,00 мА при подключении к конденсатору. Какая емкость?

9. (a) Катушка индуктивности, предназначенная для фильтрации высокочастотного шума от источника питания, подаваемого на персональный компьютер, включается последовательно с компьютером. Какая минимальная индуктивность должна обеспечивать реактивное сопротивление 2,00 кОм для шума 15,0 кГц? (б) Каково его реактивное сопротивление при 60?0 Гц?

10. Конденсатор на рисунке 4 (а) предназначен для фильтрации низкочастотных сигналов, препятствуя их передаче между цепями. (а) Какая емкость необходима для создания реактивного сопротивления 100 кОм при частоте 120 Гц? (б) Каким будет его реактивное сопротивление на частоте 1,00 МГц? (c) Обсудите значение ваших ответов на (a) и (b).

11. Конденсатор на рисунке 4 (b) будет фильтровать высокочастотные сигналы, замыкая их на землю / землю. (a) Какая емкость необходима для получения реактивного сопротивления [латекса] \ text {10.0 м \ Omega} [/ latex] для сигнала 5,00 кГц? (б) Каким будет его реактивное сопротивление при 3,00 Гц? (c) Обсудите значение ваших ответов на (a) и (b).

12. Необоснованные результаты При регистрации напряжений, обусловленных мозговой активностью (ЭЭГ), сигнал 10,0 мВ с частотой 0,500 Гц подается на конденсатор, создавая ток 100 мА. Сопротивление незначительное. а) Какая емкость? б) Что неразумного в этом результате? (c) Какое предположение или предпосылка ответственны?

13. Создайте свою проблему Рассмотрите возможность использования индуктора последовательно с компьютером, работающим от электричества 60 Гц. Постройте задачу, в которой вы вычисляете относительное снижение напряжения входящего высокочастотного шума по сравнению с напряжением 60 Гц. Среди вещей, которые следует учитывать, — допустимое последовательное реактивное сопротивление катушки индуктивности для мощности 60 Гц и вероятные частоты шума, проходящего через линии электропередач.

Глоссарий

индуктивное сопротивление:: противодействие катушки индуктивности изменению тока; вычисляется по X _L = 2π fL

емкостное реактивное сопротивление:: сопротивление конденсатора изменению тока; рассчитывается по [latex] {X} _ {C} = \ frac {1} {2 \ pi fC} \\ [/ latex]

Избранные решения проблем и упражнения

1.531 Гц

3. 1,33 нФ

5. (а) 2,55 А (б) 1,53 мА

7. 63,7 мкГн

9. (а) 21,2 мГн (б) 8,00 Ом

Токовые системы (переменного / постоянного тока) и уровни напряжения, которые нельзя забывать

Основы электротехники

Есть много основ электротехники, которые вы действительно должны знать в любое время, даже посреди ночи! Основы, которые мы здесь обсудим, — это текущие системы и уровни напряжения в системах передачи и распределения.

Токовые системы (переменного / постоянного тока) и уровни напряжения, которые нельзя забывать

Содержание:

Токовые системы

Электрические токи бывают трех классов:

Постоянный ток (постоянный ток)
переменный (переменный ток) , и
Пульсирующий

Электротехники, работающие в сфере распределения и передачи, в основном работают с переменным током. Пульсирующие токи в этой статье обсуждаться не будут.

Постоянные токи (д.c.)

Система постоянного тока (d.c.) — это система , в которой ток течет в одном направлении в проводниках этой системы. Обычным примером является автомобильный аккумулятор, у которого есть две клеммы, одна положительная (+), а другая отрицательная (-).

Принято соглашение, согласно которому ток течет от положительной клеммы к внешней цепи и возвращается к отрицательной клемме .

Высоковольтная передача электроэнергии постоянным током была разработана в последние годы. Однако, как правило, постоянный ток распространение ограничено:

Трамвайные и тяговые системы с напряжением обычно 600 В;
Железнодорожный пост. системы тяги с напряжением 1,5кВ между рельсом и проводом ВЛ;
Лифты, печатные машины и различные машины, где желательно плавное регулирование скорости;
Гальваника; и
Зарядка аккумулятора.

Обычно постоянный ток системы бывают 2-х или 3-х проводного типа. В 2-проводной системе один провод положительный, а другой отрицательный. Разница потенциалов для трамвайных путей составляет 500 В при отрицательном рельсе и постоянном токе. В железнодорожной системе разница потенциалов составляет 1,5 кВ, опять же с отрицательной полярностью.

В 3-проводной системе стандартные напряжения 460 и 230 В . Есть три провода, один из которых на 230 В положительный (или + 230 В потенциал), второй 230 В отрицательный (или — 230 В потенциал), а третий, называемый «общим» или нейтральным , имеет нулевой потенциал (см. Рисунок 1 ).

Питание 230 В берется от «внешнего» (или положительного) и общего проводов, или от «внутреннего» (или отрицательного) и общего проводов.

Рисунок 1 — Потенциал в 3-проводной системе

Энергия для двигателей на 480 В берется из внешнего и внутреннего проводников.

Вернуться к содержанию ↑

Переменный ток (a.c.)

Переменный ток (a.c.) течет в электрической цепи, на которую подается переменное напряжение. Это напряжение регулярно меняет направление на противоположное, и это вызвано способом, которым оно генерируется.

Проще говоря, генератор представляет собой медную катушку, которая установлена на валу между противоположными полюсами магнита. Когда вал вращается, медь разрезает магнитное поле, и на концах катушки появляется напряжение.

Генератор (или генератор переменного тока) показан на Рисунке 2 (слева).

Рисунок 2 (слева) — Простой переменный ток генератор; Рисунок 3 (справа) — переменный ток. форма волны напряжения

Когда катушка вращается на один оборот, напряжение изменяется в соответствии с изменением, показанным на Рисунке 3 (справа).Когда катушка расположена под прямым углом к магнитному полю, она не режет поле и напряжение равно нулю. Максимальная скорость резки происходит, когда катушка находится в соответствии с магнитным полем и имеется максимальное выходное напряжение.

От нуля до максимума и за его пределами возврат к нулю происходит за половину оборота, и напряжение растет и падает. На следующей половине оборота генерируемое напряжение противоположно первой половине. Один полный оборот катушки дает один «цикл» изменения.

Число циклов напряжения за одну секунду времени называется частотой источника питания , и ему присваивается имя Гц (Гц) . Стандартная частота в Австралии и большинстве стран — 50 Гц.

Вернуться к содержанию ↑

Преимущества переменного тока для распределения

Переменный ток имеет важное преимущество по сравнению с постоянным током в том, что напряжение может быть изменено трансформаторами на высокое значение для передачи на большие расстояния, а затем снижено в точке подключения потребителя до более низкого уровня, подходящего для рабочего освещения, двигателей. и другая техника.

Поскольку мощность = вольт × ампер , для того же уровня передаваемой мощности может использоваться высокое напряжение, так что ток может поддерживаться на низком уровне, тем самым минимизируя падение напряжения.

Следовательно, для передачи высоких уровней мощности требуется:

Сопротивление линии передачи должно быть как можно меньшим
Ток линии передачи должен быть как можно более низким

Первое условие не всегда может быть выполнено, так как для этого нужны проводники большого сечения.Проводники большого диаметра дороги, и для их большого веса потребуются прочные и дорогостоящие опоры.

С другой стороны, второе условие может быть выполнено путем повышения напряжения линии передачи, так что высокие уровни мощности могут передаваться с относительно небольшими токами . Небольшие токи, в свою очередь, требуют относительно небольшой площади поперечного сечения, легких проводов с соответственно более легкими опорами.

Следовательно, когда задействованы большие уровни мощности, обычной практикой является использование высоких напряжений передачи и относительно малых токов с соответственно небольшими падениями напряжения.

Это условие намного более эффективно, чем если бы эквивалентный уровень мощности передавался при низком напряжении и большом токе с относительно высоким падением напряжения.

Трансформаторы используются для обеспечения высокого напряжения, необходимого для передачи высоких уровней мощности на большие расстояния. В соответствии с величиной используемого напряжения линии передачи необходимо изолировать проводники от утечки на землю.

Вернуться к содержанию ↑

Значения напряжения

Далее «напряжение» означает напряжение между проводниками.Используемые стандартные значения напряжения:

Сверхнизкое напряжение (ПЗВ) — означает любое напряжение, не превышающее 50 В переменного тока. или 120 В постоянного тока без пульсаций
Низкое напряжение — означает любое напряжение, превышающее 50 В переменного тока. или 120 В постоянного тока без пульсаций но не более 1 кВ переменного тока. или 1,5 кВ постоянного тока
Таким образом, обычное напряжение 240 В и 415 В, подаваемое большинству потребителей, является «низким напряжением».
Высокое напряжение (HV) — означает и напряжение, превышающее 1 кВ переменного тока. или 1.5кВ постоянного тока
Сверхвысокое напряжение (СВН) означает любое напряжение, превышающее 220 кВ.

Вернуться к содержанию ↑

Стандартные линейные напряжения

Стандартные используемые линейные напряжения составляют:

33 кВ в распределении на средние расстояния

Линейные напряжения

Использование

240 фаз / 41585 В (31585 В (3)

Используется для поставки установок заказчикам

240/480 В (1 фаза)

6.6 кВ

Используется для распределения ВН в городских и сельских районах

11 кВ

22 кВ

12,7 кВ (SWER)

22 кВ

33 кВ для более мощной передачи

66кВ

110кВ

Используется для передачи больших уровней мощности на большие расстояния

220В

330кВ

назад к 9852 содержание ↑
Напряжение между токоведущими проводниками и напряжение относительно нейтрали
Напряжение между любыми двумя токоведущими проводниками часто называют «линейным напряжением» .Напряжение относительно нейтрали, часто называемое «фазным напряжением» , представляет собой напряжение между любым проводником под напряжением и нейтральной точкой или землей системы.
Рисунок 4 — Трехфазная система с заземленной нейтралью
На рисунке 4 показаны линейные и фазные напряжения в трехфазной системе. Нейтральная точка обычно заземляется со стороны источника питания (из соображений защиты и безопасности), и тогда каждый проводник под напряжением имеет определенный потенциал относительно земли.
Например, в трехфазной системе 11 кВ, напряжение между любыми двумя токоведущими проводниками дает линейное напряжение 11 кВ, в то время как напряжение между любым токоведущим проводом и нейтралью (или землей) дает фазное напряжение 6.35кВ .
Вернуться к содержанию ↑
Системы напряжения
Воздушные системы высокого напряжения
Две системы, наиболее часто используемые для передачи и распределения:
Однофазные
Трехфазные
Вернуться к содержание ↑
Однофазная система высокого напряжения
Эта система обычно связана с распределением низких уровней мощности на относительно короткие расстояния. Однофазные системы обычно питаются от трехфазной сети.
Однофазная линия состоит из двух проводов, ни один из которых не заземлен напрямую на общую массу земли. В этой системе отсутствует нейтральный провод (см. Рисунок 5).
Обычно трехфазная система заземляется (в нейтральной точке трансформатора или генератора, питающего систему) либо прочно, либо через некоторое ограничивающее сопротивление сопротивление (в целях безопасности и защиты). Поскольку однофазная система высокого напряжения является частью трехфазной системы высокого напряжения, каждая фаза однофазной системы имеет определенное напряжение относительно земли.
Только из соображений безопасности важно помнить , что каждая фаза заземлена и что между каждой фазой и оборудованием, подключенным к земле , существует определенное напряжение.
Рисунок 5 — Трехфазная система высокого напряжения с однофазным ответвлением
Вернуться к содержанию ↑
Трехфазная система высокого напряжения
Эта система широко используется для передачи высоких уровней мощности и также является стандартной система, используемая в распределении и ретикуляции.
Он состоит из трех проводов, каждый из которых называется «фазой» . Чтобы стандартизировать идентификацию фаз, они называются фазами A, B и C или красной, белой и синей фазами соответственно.
Напряжение в каждой фазе чередуется аналогично переменному напряжению, показанному на рисунке 3, но одно следует за другим в обычном порядке (см. Рисунок 6).
Рисунок 6 — Представление трех синусоид в трехфазной системе
Вкратце, сначала фаза A достигает своего максимального положительного значения, затем следует фаза B, затем фаза C и так далее.Порядок, в котором фазы достигают своего пика, называется последовательностью фаз.
Вернуться к содержанию ↑
Последовательность фаз
Важно, чтобы порядок последовательностей фаз и идентичность A, B и C были известны . В только что процитированном случае порядок чередования фаз был от A до B к C, потому что напряжение в фазе B достигло максимального значения после этого в фазе A, а напряжение в фазе C достигло своего максимального значения после этого в фазе B.
Последовательность фаз имеет важное значение для направления вращения трехфазного a.c. двигатели , которые зависят от последовательности фаз и относительного положения трех фаз, подключенных к клеммам двигателя.
Изменение порядка чередования фаз на противоположное (например, путем перестановки любых двух из трех проводов, подключенных к его основным клеммам) заставит двигатель работать в обратном направлении вращения.
Только по этой причине для важно, чтобы работники электротехники знали, что произойдет, если произойдет непреднамеренное изменение положения фаз , питающих завод, на котором установлены двигатели.
Вернуться к содержанию ↑
Однофазная 2-проводная воздушная система низкого напряжения
В этой системе есть два проводника, один, как правило, надежно заземлен на трансформаторе и известен как «нейтраль », а другой известен как «живущий», «активный» или «фазный» провод .
Напряжение между фазой и нейтралью номинально составляет 240 В, и поэтому напряжение фазы или активного проводника относительно земли также составляет 240 В (см. Рисунок 7).
Рисунок 7 — Однофазная двухпроводная система
Вернуться к содержанию ↑
Однофазная трехпроводная система низкого напряжения
В некоторых сельских районах часто более экономично установить однофазную линию высокого напряжения , экономия затрат на третью фазу высокого напряжения и питание нагрузки путем перехода через трансформатор к 3-проводной системе. Один проводник заземлен и известен как нейтраль, в то время как другие проводники являются «активными». (см. рисунок 8).
Рисунок 8 — Однофазная 3-проводная система
Напряжение между активным элементом и нейтралью составляет 240 В, а напряжение между двумя активными проводниками — 480 В.Это переменный ток. эквивалент трехпроводного постоянного тока система. Это облегчает питание больших нагрузок или нагрузок на больших расстояниях от трансформатора, чем однофазная 2-проводная система.
Половина внутренней нагрузки 240 В подключена между одним активным элементом и нейтралью, а другая половина — между другим активным элементом и нейтралью. Это уравновешивает нагрузку на каждой фазе и снижает, если не устраняет, остаточный ток в нейтрали.
Вернуться к содержанию ↑
Трехфазная 4-проводная система низкого напряжения
В этой системе используются четыре проводника, и она широко используется во всех областях, где считается экономичным подавать большие объемы энергии для промышленных и бытовых целей .
Система показана на рисунке 9 — a, b и c — активные проводники, а n — нейтраль, которая подключена к «нейтрали» трансформатора . Обычно «точка звезды» заземляется, как показано на рисунке.
Рисунок 9 — Трехфазная система с заземленной нейтралью
Стандартное напряжение между активными элементами составляет 415 В, в то время как напряжение между любым из активных элементов (a, b и c соответственно) и нейтралью составляет 240 В.
Такое же соотношение фаз «чередования фаз» существует на НН, что и на стороне ВН трансформатора, , поэтому необходимо соблюдать осторожность при замене сети, чтобы избежать нарушения чередования фаз для питания нагрузок двигателя .
Вернуться к содержанию ↑
Высоковольтная однопроводная система заземления (SWER)
В энергосистеме, известной как система SWER, используется только один высоковольтный провод с заземлением, используемым в качестве обратного (см. Рис. 10).
Эта система была впервые разработана в Новой Зеландии, а сейчас используется в Австралии, Южной Африке и многих других странах. Он может иметь большие экономические преимущества в холмистой местности, где нагрузка относительно невелика, где требуются большие расстояния и где леска может быть натянута от вершины гребня до вершины гребня.
Из-за обычно более низкого импеданса цепи между фазой и землей, обычно имеет лучшее регулирование напряжения, чем обычная однофазная 2-проводная схема .
Чтобы ограничить шумовые помехи в телекоммуникационных системах, допустимая величина тока земли, протекающего в цепи заземления, ограничена. Кроме того, должно быть минимальное расстояние между линиями SWER и любыми телекоммуникационными линиями.
Для изоляции линии SWER от основной распределительной линии используется специальный трансформатор.Линейное напряжение SWER составляет 12,7 кВ относительно земли. Распределительные трансформаторы, подключенные к линии SWER, могут иметь однофазное двухпроводное питание 240 В или однофазное трехпроводное питание 240/480 В.
Особое внимание необходимо уделить хорошему заземлению трансформаторов на однопроводной линии и защите этих заземляющих проводов от физического повреждения .
Рисунок 10 — Однопроводная система заземления
Вернуться к содержанию ↑
Ссылка // Справочник полевого работника VESI
Импульсный импульс — обзор
Коммутационный импульс в индуктивной цепи
Когда катушка индуктивности L , состоящий из Z витков, возбуждается напряжением e , поток ϕ, соединяющий индуктивную цепь, будет претерпевать быстрое изменение от одного пика (+ ve) к другому (−ve) , в пределах половины цикла волны напряжения (рисунок 1.3), т.е.
(17,4) e = −Z (dϕ / dt = −L (di / dt)
Знак минус указывает направление ЭДС, которая препятствует изменению потока и, следовательно, тока.
Ссылаясь на нормальную кривую намагничивания индуктивного сердечника, можно заметить, что нормальный пиковый поток возникает около точки насыщения (рисунок 17.12). В момент переключения поток может достигать 2ϕ _м (рисунок 1.3). и вызвать чрезмерное насыщение магнитопровода, в результате чего индуцированная эл.м.ф. повышаются непропорционально. Отсюда явление коммутационных скачков. Если сердечник уже имеет некоторый остаточный поток в его магнитной цепи, в момент переключения импульсное напряжение достигнет еще более высоких значений и еще больше усилит импульсные перенапряжения.
Рисунок 17.12. Нормальная характеристика намагничивания катушки индуктивности
Чрезмерное насыщение магнитопровода снижает значение L и непропорционально увеличивает ток намагничивания, скажем, до десяти раз по сравнению с нормальным значением или даже больше, как обсуждалось в разделе 1.2.
Для анализа коммутационных скачков мы можем рассмотреть следующие две возможности:
•
Скачки, генерируемые при включении или замыкании контактов, и
•
Скачки, генерируемые при выключении или замыкании контактов. контакт-прерывание.
(ii) Скачки, генерируемые во время операции «ВКЛ»
Полевые данные, собранные из различных источников, выявили отказ обмоток двигателя даже во время процесса подачи питания.Было показано, что двигатель может подвергаться перенапряжению 3–5 о.е. с временем фронта « t ₁» всего 1 мкс или даже меньше (что означает крутизну TRV) во время включения. Явление импульсного перенапряжения, таким образом, составляет всего несколько микросекунд и является результатом повторного включения переходного восстанавливающегося напряжения (TRV) только во время его первых нескольких циклов при очень высокой переходной частоте в диапазоне 5–100 кГц. .
Чтобы объяснить это, представьте, что на двигателе замыкается выключатель.Подвижные контакты будут приближаться к неподвижным контактам переключающего устройства, и, прежде чем они замкнутся, возникнет стадия, когда диэлектрическая прочность постепенно уменьшающегося зазора между замыкающими контактами больше не сможет выдерживать напряжение системы и пробой, вызывая дугу. между замыкающими контактами. В этом случае напряжение на зазоре и, следовательно, на клеммах двигателя может возрасти следующим образом:
•
К первому предварительному зажиганию дугового промежутка TRV может достигнуть 1 p.u., когда предполагается, что двигатель остановлен без какой-либо э.д.с. перед замыканием контактов.
•
При этом TRV 1 о.е. достигает клемм двигателя, он будет отражать скачок и почти вдвое, подвергая обмотки двигателя напряжению почти 2 о.е. (более подходяще 1,5–1,8 о.е.), как измерено во время реальных испытаний (см. Pretorius and Eriksson, 1982). Оно меньше 2 из-за импеданса цепи и обеспечивает эффект демпфирования (раздел 18.5.1), а также другие эффекты, такие как более одного соединения соединительных кабелей от коммутирующего устройства до клемм двигателя, что также будет гасить квант отраженной волны.
•
Сделать одновременно все три полюса переключающего устройства во время последовательности включения довольно непрактично, какая бы точность механизма включения переключающего устройства ни была достигнута. Это происходит из-за возможных отклонений, даже незначительных, в трех перемещениях контакта или фактическом замыкании контакта.Обычно сначала образует один полюс устройства, а затем — два других полюса. Между первым и вторым контактом может быть промежуток в несколько миллисекунд. Этот аспект очень важен при анализе условий помпажа во время включения.
Замыкание одного полюса вызывает колебания в соответствующей фазе обмотки двигателя, что приводит к колебаниям в двух других фазах, которые все еще разомкнуты. Было замечено, что если первый полюс имеет предварительное зажигание при максимальном напряжении, т.е.е. за 1 ед. На замыкающих контактах пиковое напряжение на двух других полюсах может достигать значения
0,5 о.е. + (1,5–1,8 о.е.)
или до 2,0–2,3 о.е. (См. Cormick and Thompson, 1982)
При таком напряжении, когда эти два полюса срабатывают до разряда, они вызывают скачок напряжения на клеммах двигателя
в 1,5–1,8 раза больше 2,0–2,3 о.е. 1,5 × 2 о.е. или 3 ед. до 1,8 × 2,3 о.е. или 4,14 о.е.
Вышесказанное будет верным, если предполагается, что двигатель остановлен.Если бы двигатель работал почти на полной скорости, это напряжение приняло бы еще более высокие пропорции, скажем, до 5 о.е. из-за собственной ЭДС двигателя, которая может выпадать по фазе вместе с напряжением системы. Такая ситуация может возникнуть во время быстрого переключения шины, когда работающий двигатель переключается с одного источника на другой, или во время периода повторного разгона после кратковременного сбоя питания. Но поскольку на амплитуду и скорость нарастания восстанавливающегося напряжения (rrrv) при включении влияет импульсное сопротивление замыкающей цепи, которое формируется импульсным сопротивлением двигателя и соединительных кабелей, время нарастания равно . t ₁ (рисунок 17.6), а амплитуда импульсного напряжения, В _t, будет возрастать с увеличением длины кабеля между коммутирующим устройством и клеммами двигателя (раздел 18.6.2). Такие переходные напряжения будут существовать в системе только до замыкания контакта и, следовательно, имеют чрезвычайно короткую продолжительность (в мкс).
Такие предварительные срабатывания перед замыканием контакта являются естественным явлением и могут возникать во всех типах переключающих устройств, таких как OCB, MOCB, ABCB, SF ₆ или вакуумные прерыватели.Но сила предварительных ударов и величина переходных напряжений будут зависеть от среды гашения, которая будет определять зазор между контактами до того, как произойдет предварительный удар (рисунок 19.1), и от скорости его замыкания.
Рассмотрим вакуумный прерыватель, имеющий электрическую прочность 50 кВ при контактном зазоре примерно 1,2 мм (рисунок 19.1). Если предположить, что диэлектрические свойства в этой области почти линейны, контактный зазор, например, при переключении двигателя 6,0 кВ, выйдет из строя, когда контакты будут иметь размер:
6 × 1.250 или 0,144 мм друг от друга
Принимая во внимание скорость движущегося контакта, равную 0,6 м / с (типичная), то продолжительность предварительных ударов до того, как этот контакт коснется неподвижного контакта, будет
= 0,144103 × 10,6 × 106 мкс = 240 мкс
Для параметров цепи двигателя, если частота TRV считается равной 17 кГц, возникающей из-за предварительных ударов, то количество предварительных ударов на переходной частоте до замыкания контактов будет
2 * × 17 × 103 × 240 × 10-6
или 8 (* каждый цикл вызывает два забастовки).Предварительные удары вызовут скачки напряжения от 3 до 5 о.е. как описано выше и для которого должны подходить все клеммы и соединительные кабели. Ниже приведены полевые данные, собранные в ходе реальных операций, чтобы проиллюстрировать это явление:
•
При включении двигателя 6,0 кВ, время фронта всего 0,5 мкс и переходное пиковое напряжение В _t, до 15 кВ, т.е. 3 о.е.
(1 о.е. = 23 × 6 кВ)
было измерено.
•
Переходные напряжения до 3,5 о.е. с временами фронта всего 0,2 мкс упоминаются в Рабочей группе 13.02 Исследовательского комитета 13 (1981) и Slamecka (1983).
Таким образом, явление включения может привести к появлению волн с крутым фронтом, с временем фронта всего 0,2 мкс и высокими или очень высокими значениями TRV ( В _t) с амплитудой до 3,0– 5 о.е. Оба являются причинами повреждения изоляции обмоток двигателя.
Примечание
Выше мы проанализировали случай асинхронного двигателя во время последовательности переключения для систем из 2-х.4 кВ и выше. Явление скачков напряжения в трансформаторах, конденсаторах, соединительных кабелях или воздушных линиях и т. Д. Ничем не отличается, поскольку условия цепи и последовательность переключения останутся одинаковыми для всех.
Другое дело, что все такое оборудование будет иметь лучший уровень изоляции (BIL) по сравнению с асинхронным двигателем и может не подвергаться такой опасности, как двигатель. В последующем тексте мы уделяем больше внимания двигателям, которые являются типичными для всех.
Расчет падения напряжения
Общеизвестно, что потребители электроэнергии должны платить за общее количество киловатт-часов, поставленных электроэнергетической компанией, измеренное соответствующим счетчиком мощности.Однако, поскольку ни один электрический проводник не является идеальным и даже самая качественная проводка имеет сопротивление, часть этого электричества теряется между измерителем мощности и точкой использования.
Что такое падение напряжения?
Одним из основных принципов электротехники является закон Ома, который гласит, что падение напряжения на проводнике или нагрузке эквивалентно произведению тока и сопротивления (V = I x R). Электрический ток определяется нагрузкой на цепь, а сопротивление определяется физическими свойствами проводника.
Получите профессиональный электротехнический проект для своего здания и избегайте проблем с напряжением.
Понятие падения напряжения используется для описания разницы между напряжением, подаваемым на источник, и напряжением, измеренным на нагрузке. Факторы, определяющие падение напряжения, приведены в следующей таблице:
КОЭФФИЦИЕНТЫ ПАДЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ
ОПИСАНИЕ
А.Материал проводника
Некоторые материалы являются лучшими электрическими проводниками, чем другие. Например, медь более проводящая, чем алюминий.
B. Диаметр жилы
Более широкий проводник имеет лучшую проводимость, потому что больше материала для переноса электрического тока.
C. Длина проводника
Более длинные проводники имеют более высокое сопротивление, потому что ток должен проходить большее расстояние между источником и нагрузкой.
D. Температура проводника
Температура влияет на проводимость материалов. В зависимости от материала и фактической температуры проводимость может увеличиваться или уменьшаться при дальнейшем повышении температуры.
E. Ток, переносимый проводником
Ток прямо пропорционален падению напряжения. Если ток удваивается, а сопротивление остается неизменным, падение напряжения также удваивается.
F. Соединения в цепи
Соединение представляет собой разрыв материала проводника, и с этим связано контактное сопротивление. Неудовлетворительные соединения связаны с повышенным падением напряжения.
Как можно контролировать падение напряжения?
Поскольку идеального проводника не существует и все материалы обладают электрическим сопротивлением, полностью устранить падение напряжения невозможно.Однако есть много способов минимизировать его:
Повышение эффективности системы
При неизменной нагрузке повышение эффективности электрического оборудования снижает потребление энергии. Поскольку напряжение питания постоянно, повышенная эффективность приводит к меньшему току и уменьшенному падению напряжения.
Поиск и устранение неисправностей
Некоторые электрические проблемы вызывают ненужное увеличение тока или сопротивления, что приводит к более высокому падению напряжения. Как только эти проблемы будут решены, падение напряжения вернется в норму.
Корректировка сечения проводов
Если проводники в цепи были выбраны неправильно, на них может наблюдаться значительное падение напряжения. При выборе проводов важно учитывать такие факторы, как ток полной нагрузки, температура окружающей среды и количество проводников в кабелепроводе.
Централизованное электрическое распределение
Если главный электрический вал и распределительные щиты расположены близко к центру здания, проводка должна проходить меньшие расстояния, чтобы охватить различные нагрузки.Такой тип компоновки сводит к минимуму падение напряжения. С другой стороны, когда электрический вал и панели расположены на одном конце здания, цепи должны пересекать всю конструкцию, чтобы достичь нагрузок на противоположной стороне.
Сбалансированное распределение нагрузки
В крупных коммерческих зданиях обычно используются трехфазные цепи с тремя токоведущими проводниками, как следует из их названия. Если одна фаза слишком нагружена, она также будет испытывать больший ток и большее падение напряжения по сравнению с другими фазами.
Это особые меры, которые могут быть применены для уменьшения падения напряжения. В общем, любая мера, которая обеспечивает любой из следующих эффектов, является жизнеспособной, если это разрешено Электрическим кодексом Нью-Йорка:
Уменьшение тока нагрузки
Увеличение диаметра жилы
Увеличение количества параллельных проводов
Уменьшение длины проводника
Понижение температуры проводника
Допустимое падение напряжения в соответствии с NEC, издание 2011 г.
Национальный электротехнический кодекс NFPA (NEC), который является основой Электротехнического кодекса Нью-Йорка, устанавливает два условия для допустимого падения напряжения в электрических установках:
Максимально допустимое напряжение в ответвленной цепи составляет 3 процента, измеренное между соответствующей электрической панелью и самой дальней розеткой, обеспечивающей питание, обогрев, освещение или любую комбинацию таких нагрузок.
Максимальное суммарное падение напряжения на главных фидерах и ответвленных цепях составляет 5 процентов, измеренное от служебного подключения до самой дальней розетки.
Считается, что эти уровни падения напряжения обеспечивают разумную эффективность работы. Важно отметить, что при увеличении размеров проводников цепи для компенсации падения напряжения необходимо соответственно увеличить провод заземления оборудования.
Как рассчитать падение напряжения
Важно отметить, что формула падения напряжения меняется в зависимости от количества фаз в цепи (однофазные или трехфазные).В следующих уравнениях используются следующие переменные:
Z = полное сопротивление проводника (Ом на 1000 футов или Ом / км)
I = ток нагрузки (амперы)
L = Длина (фут)
ТИП УСТАНОВКИ ФОРМУЛА ПАДЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ
Однофазная система
Трехфазная система
В падение = 2 x Z x I x L / 1000
Падение В = 1,73 x Z x I X L / 1000
Формулы делятся на 1000, поскольку стандартные значения импеданса предоставляются для каждых 1000 футов.Таким образом, они преобразуются в Ом на фут. В главе 9 NEC приведены свойства проводников, рассчитанные на номинальную температуру 75 ° C.
Для демонстрации процедуры предположим, что однофазная цепь на 120 В пропускает ток 22 А, где полное сопротивление проводника составляет 1,29 Ом на 1000 футов, а длина цепи составляет 50 футов. Падение напряжения будет:
Падение напряжения = (2 x 1,29 Ом / kft x 22A x 50 футов) / 1000 = 2,84 В
Падение напряжения в процентах = 2,84 В / 120 В = 0.0237 = 2,37%
Если на фазу больше одного проводника, то приведенный выше расчет необходимо разделить на количество проводов на фазу, поскольку сопротивление уменьшается. Например, если в приведенном выше примере на каждую фазу приходится два проводника, сопротивление уменьшается вдвое, а падение напряжения составит 1,42 В (1,18%).
Как выбрать размер провода?
Процедура, описанная выше, может быть изменена для выбора сечения проводника в зависимости от допустимого падения напряжения. Предположим, что цепь соответствует следующим условиям:
Рабочее напряжение = 120 В
Конфигурация: однофазный
Ток = 25 А
Длина = 100 футов
Формулу падения напряжения можно изменить следующим образом, чтобы рассчитать необходимое полное сопротивление.
Падение напряжения = 2 x Z x I x L / 1000
Z = (1000 x падение напряжения) / (2 x I x L)
Подставляя указанные выше значения в формулу, получаем следующий результат:
Допустимое падение напряжения = 120 В x 3% = 3,6 В
Z = (1000 x 3,6 В) / (2 x 25 A x 100 футов) = 0,72 Ом / кВт
В соответствии с требованиями NEC, приведенными в таблице 8 главы 9, для удержания падения напряжения ниже 3% требуется размер проводника AWG №6 (0,510 Ом / kft). Следующий размер — AWG # 8, но его сопротивление слишком велико (0.809 Ом / kft), а падение напряжения превысит 3%.
Установка нескольких проводников в кабелепровод, кабель или кабельную коробку
Таблицы NEC с 310.16 по 310.19 предоставляют допустимые значения силы тока максимум для трех проводов в кабелепроводе, кабеле или кабелепроводе. Когда количество проводников равно четырем или более, допустимая допустимая нагрузка снижается, как показано в следующей таблице:
КОЛИЧЕСТВО ТОКОПРОВОДНИКОВ
ЗНАЧЕНИЕ ПРОЦЕНТНОЙ МОЩНОСТИ
4-6
7-9
10-20
21-30
31-40
41 или более
80%
70%
50%
45%
40%
35%
Проводники должны иметь достаточную допустимую нагрузку по току в соответствии с таблицами 310.От 16 до 310,19, при этом падение напряжения ниже максимально допустимого значения 3%. Также обратите внимание, что номинальная допустимая нагрузка снижается, когда несколько проводов проложены вместе. Чтобы электрическая установка соответствовала нормам, необходимо проверить все три фактора.
Сводка
NEC рекомендует максимальное падение напряжения 5% на фидерах и ответвленных цепях и 3% только на ответвленных цепях. Считается, что такой уровень падения напряжения обеспечивает правильные условия для оптимальной работы оборудования.Обратите внимание, что максимально допустимый уровень падения напряжения — это не мера безопасности, а мера производительности.
Неоновые лампы, неоновые индикаторные лампы
Ниже приводится техническая информация и информация по применению неоновых ламп ILT. Многие из наших ламп можно приобрести прямо в нашем интернет-магазине. Чтобы поговорить с одним из наших экспертов по лампам, узнать о индивидуальной лампе или попросить образец, свяжитесь с нами, используя форму ниже.
Обзор лампы
Поговорите с экспертом
<Назад ко всем источникам света
Неоновые лампы рекомендуются для применений 110 вольт переменного тока, 220 вольт переменного тока и постоянного тока, превышающего 90 вольт.Лампы доступны в миниатюрных и субминиатюрных размерах.
Неоновая лампа состоит из двух электродов, помещенных в небольшой стеклянный колпак. Два провода из луженого металла Dumet выводятся из лампы для электрических соединений с электродами. Лампы стандартной яркости заполнены газовой смесью неон / аргон, а лампы высокой яркости заполнены чистым газом неоном. При приложении пускового напряжения (обычно 55–110 вольт переменного тока или 90–140 вольт постоянного тока) газ ионизируется и начинает светиться, позволяя очень слабому току проходить от одного электрода к другому.После ионизации более низкое напряжение будет поддерживать работу лампы. Поддерживающее напряжение обычно на 10-20 вольт ниже пускового напряжения, в зависимости от лампы и рабочего тока. Для ламп, работающих от переменного тока с частотой 60 Гц или выше, световой поток будет казаться глазам непрерывным.
Когда газ ионизируется, он становится проводником, и для ограничения тока требуется внешний последовательный резистор. Чтобы рассчитать значение последовательного резистора, вычтите поддерживающее напряжение из напряжения питания, чтобы получить напряжение на резисторе, затем используйте закон Ома и желаемый уровень тока для определения значения сопротивления.
Типичные значения сопротивления находятся в диапазоне от 10 кОм до 220 кОм. Рассеиваемая мощность необходимого резистора мала, обычно менее 1/4 Вт, но ее следует проверять для приложений с высоким напряжением. Типичный ток для неоновых ламп составляет от 0,5 до 3,0 мА. Рассеиваемая мощность в резисторе может быть рассчитана по следующей формуле:
P (мощность в ваттах) = I (ток в амперах) x I (ток в амперах) x R (резистор в омах)
Неоновые лампы очень прочные и не подвержен вибрации, механическим ударам или частым включениям / выключениям.Неоновые лампы могут работать в широком диапазоне температур от -40 до +150 градусов C и не повреждаются при переходных процессах напряжения статических разрядов высокого напряжения.
Неоновые лампы обладают особыми рабочими характеристиками, которые также позволяют использовать их в качестве умеренно стабильных источников опорного напряжения высокого напряжения. При питании от постоянного напряжения при их расчетном токе напряжение на лампе стабильно и составляет около 90 вольт.
Светоотдача неоновых ламп постепенно снижается, поскольку электроды испаряются и конденсируются на внутренней стороне стеклянной оболочки.Эта ситуация является постепенной, и выход из строя определяется как уменьшение на 50% от исходной яркости. По мере старения неоновых ламп напряжение зажигания медленно увеличивается, пока не достигнет значения напряжения питания. В этот момент лампа мигает и становится нестабильной, что указывает на окончание срока службы.
Срок службы неоновой лампы значительно увеличивается при уменьшении рабочего тока. Для ламп высокой яркости существует обратная зависимость мощности от 4 до 5 между током и сроком службы, тогда как для ламп со стандартной яркостью срок службы лампы изменяется обратно пропорционально 3.5 мощность тока. При световой отдаче, экспоненциально пропорциональной току, можно добиться значительного увеличения номинального срока службы при небольшом уменьшении тока и только небольшом уменьшении яркости. Для применений с неоновыми лампами, требующих срока службы более 50 000 часов, использование резистора более высокого номинала снизит ток лампы и продлит срок службы.
При работе от постоянного тока срок службы лампы высокой яркости составляет около 50% от срока службы неоновой лампы, работающей при том же среднеквадратичном напряжении переменного тока. Срок службы лампы стандартной яркости при постоянном токе составляет около 60% от срока службы при переменном токе.
Типичный цвет светового потока для неоновых ламп из прозрачного стекла находится в оранжево-красном диапазоне от 600 до 700 нанометров. Другие излучаемые цвета, такие как зеленый, желтый и синий, доступны за счет вторичного излучения путем покрытия внутренней поверхности конверта люминофором.
Зачем использовать неоновые лампы в качестве индикаторных ламп
Контрольные лампы, также называемые контрольными лампами, используются практически во всех видах электрического или электронного оборудования, которое только можно вообразить. В большинстве новых приложений используются светоизлучающие диоды (светодиоды), за исключением индикаторов сети переменного тока или контрольных ламп, где неоновые лампы все еще популярны.
Лампы неоновые
Долговечность
Очень слабый сток
Устойчивость к ударам и вибрации
Холодный режим
Соотношение напряжения и тока для неоновых ламп показано выше. Ток не протекает, пока напряжение не достигнет напряжения зажигания (первый пик). Ток увеличится (это будет зависеть от импеданса цепи), а напряжение упадет до рабочего напряжения, которое является нормальным диапазоном свечения лампы.Изменения тока не будут иметь большого влияния, пока вы не достигнете следующей точки и не создадите дугу, создающую область аномального свечения. Неоновые лампы должны работать в области нормального свечения (иногда называемого «отрицательным свечением»).
Простые принципиальные схемы, представленные ниже, показывают разницу в сложности между неоновыми и светодиодными индикаторными лампами.
ИНДИКАТОР НЕОНОВОЙ ЛАМПЫ и СВЕТОДИОДНЫЙ ИНДИКАТОР
(в среде 115/230 В)
Газы — неоновые лампы наполнены инертными газами, основным из которых является неон.Дополнительные газы, такие как гелий, аргон и криптон, могут быть добавлены для изменения характеристик лампы.
Электроды — никель является основным металлом для электродов неоновой лампы, которые затем покрываются материалами для снижения напряжения пробоя. Длина электродов определяет ток и продолжительность свечения.
Температура — рекомендуемая рабочая температура составляет от -50 ° F до 160 ° F. Поддерживающее напряжение уменьшается с увеличением температуры.
Характеристики и преимущества неоновой лампы
Неоновые лампы обычно используются в приложениях, требующих широкого диапазона температур, яркости и напряжений. Доступны несколько разных цветов и яркости.
Неоновые лампы очень прочны и не подвержены вибрации, механическим ударам или частым включениям / выключениям. Неоновые лампы могут работать в широком диапазоне температур от -40 до +150 ° C и не повреждаются при переходных процессах напряжения статических разрядов высокого напряжения.
Неоновые лампы обладают особыми рабочими характеристиками, которые также позволяют использовать их в качестве умеренно стабильных источников опорного напряжения высокого напряжения. При питании от постоянного напряжения при их расчетном токе напряжение на лампе стабильно и составляет около 90 вольт.
Светоотдача неоновых ламп постепенно снижается, поскольку электроды испаряются и конденсируются на внутренней стороне стеклянной оболочки. Эта ситуация является постепенной, и выход из строя определяется как уменьшение на 50% от исходной яркости.По мере старения неоновых ламп напряжение зажигания медленно увеличивается, пока не достигнет значения напряжения питания. В этот момент лампа мигает и становится нестабильной, что указывает на окончание срока службы.
Ожидаемый срок службы неоновой лампы значительно увеличивается при уменьшении рабочего тока. Для ламп высокой яркости существует обратная зависимость мощности от 4 до 5 между током и сроком службы, тогда как для ламп со стандартной яркостью срок службы лампы изменяется обратно пропорционально мощности тока 3,5.При световой отдаче, экспоненциально пропорциональной току, можно добиться значительного увеличения номинального срока службы при небольшом уменьшении тока и только небольшом уменьшении яркости. Для применений с неоновыми лампами, требующих срока службы более 50 000 часов, использование резистора более высокого номинала снизит ток лампы и продлит срок службы.
При работе от постоянного тока срок службы лампы высокой яркости составляет около 50% от срока службы неоновой лампы, работающей при том же среднеквадратичном напряжении переменного тока. Срок службы лампы стандартной яркости при постоянном токе составляет около 60% от срока службы при переменном токе.
Типичный цвет светового потока для неоновых ламп из прозрачного стекла находится в оранжево-красном диапазоне от 600 до 700 нанометров. Другие излучаемые цвета, такие как зеленый, желтый и синий, доступны за счет вторичной эмиссии путем покрытия внутренней поверхности конверта люминофором.
Неоновая терминология
Напряжение зажигания: Напряжение, при котором зажигается неоновая лампа, обычно составляет от 45 до 65 В переменного тока для стандартных типов яркости и от 70 до 95 В переменного тока для типов высокой яркости.Иногда это называют напряжением пробоя или зажигания.
Поддерживающее напряжение: Напряжение на лампе после ее зажигания. Это напряжение является функцией тока лампы и обычно указывается при расчетном токе. Номинальные значения: 80 В для стандартной яркости и 75 В для ламп повышенной яркости.
Напряжение гашения: Напряжение, при котором лампа гаснет при понижении напряжения питания. Обычно оно на несколько вольт ниже поддерживаемого напряжения.
Расчетный ток: Ток, при котором лампа должна работать. Он будет определяться напряжением питания и значением последовательного сопротивления. Работа при более низких токах приведет к тому, что тлеющий разряд станет нестабильным (т. Е. Мерцанием), а работа при более высоких токах может значительно сократить срок службы лампы. Поэтому важно использовать только рекомендованное значение последовательного сопротивления.
Темный эффект: Для всех неоновых ламп ILT действует условие, называемое темным эффектом.Аффект темноты определяется как резкое увеличение количества напряжения, необходимого для того, чтобы лампа светилась, когда лампа находится в темноте. Поскольку лампа светочувствительна, для ее запуска может потребоваться много дополнительных вольт, если нет света. Неоновые лампы также могут работать неустойчиво в полной темноте.
Чтобы предотвратить влияние темноты, рядом с неоновыми лампами может быть установлен внешний источник или, в некоторых случаях, нестандартные неоновые лампы могут поставляться с радиоактивным газом, часто с криптоном 85.
чередование фаз | Многофазные цепи переменного тока
Трехфазный генератор
Давайте возьмем схему трехфазного генератора переменного тока, представленную ранее, и посмотрим, что происходит при вращении магнита.
Трехфазный генератор
Фазовый сдвиг на 120 ° является функцией фактического углового сдвига трех пар обмоток.
Если магнит вращается по часовой стрелке, обмотка 3 будет генерировать свое пиковое мгновенное напряжение точно через 120 ° (вращения вала генератора) после обмотки 2, которое достигнет своего пика 120 ° после обмотки 1. Магнит проходит через каждую пару полюсов в разных положениях. во вращательном движении вала.
То, где мы решили разместить обмотки, будет определять величину фазового сдвига между формами сигналов переменного напряжения обмоток.
Если мы сделаем обмотку 1 нашим «эталонным» источником напряжения для фазового угла (0 °), то обмотка 2 будет иметь фазовый угол -120 ° (запаздывание 120 ° или опережение 240 °), а обмотка 3 — угол -240 °. ° (или 120 ° вперед).
Чередование фаз
Эта последовательность фазовых сдвигов имеет определенный порядок. Для вращения вала по часовой стрелке порядок 1-2-3 (сначала обмотка 1 пика, затем обмотка 2, затем обмотка 3).Этот порядок повторяется, пока мы продолжаем вращать вал генератора.
Чередование фаз по часовой стрелке: 1-2-3.
Однако, если мы обратим вращение вала генератора переменного тока (повернем его против часовой стрелки), магнит пройдет мимо пар полюсов в противоположной последовательности. Вместо 1-2-3 у нас будет 3-2-1. Теперь форма волны обмотки 2 будет впереди на 120 ° впереди 1 вместо запаздывания, а 3 будет еще на 120 ° впереди 2.(Рисунок ниже)
Чередование фаз против часовой стрелки: 3-2-1.
Порядок последовательностей сигналов напряжения в многофазной системе называется чередованием фаз или чередованием фаз . Если мы используем многофазный источник напряжения для питания резистивных нагрузок, чередование фаз не будет иметь никакого значения. Независимо от того, 1-2-3 или 3-2-1, значения напряжения и тока будут одинаковыми.
Есть несколько применений трехфазного питания, как мы вскоре увидим, которые зависят от того, имеет ли чередование фаз то или иное направление.
Детекторы чередования фаз
Поскольку вольтметры и амперметры были бы бесполезны для определения чередования фаз в действующей системе питания, нам нужен какой-то другой инструмент, способный выполнять эту работу.
В одной оригинальной схеме используется конденсатор для введения фазового сдвига между напряжением и током, который затем используется для определения последовательности путем сравнения яркости двух индикаторных ламп на рисунке ниже.
Детектор последовательности фаз сравнивает яркость двух ламп.
Две лампы имеют одинаковое сопротивление нити накала и одинаковую мощность. Конденсатор рассчитан на то, чтобы иметь примерно такое же реактивное сопротивление на системной частоте, что и сопротивление каждой лампы.
Если бы конденсатор был заменен резистором, равным сопротивлению ламп, две лампы светились бы с одинаковой яркостью, схема сбалансирована. Однако конденсатор вносит фазовый сдвиг между напряжением и током в третьем плече цепи, равный 90 °.
Этот фазовый сдвиг больше 0 °, но меньше 120 ° приводит к смещению значений напряжения и тока на двух лампах в соответствии с их фазовым сдвигом относительно фазы 3.
Анализ SPICE для детекторов последовательности фаз
Следующий анализ SPICE, «детектор чередования фаз — последовательность = v1-v2-v3», демонстрирует, что произойдет: (рисунок ниже)
Схема SPICE для детектора последовательности фаз.
детектор поворота фаз - последовательность = v1-v2-v3 v1 1 0 ac 120 0 грех v2 2 0 ac 120 120 sin v3 3 0 ac 120 240 sin г1 1 4 2650 г2 2 4 2650 c1 3 4 1u .переменный ток 1 60 60 .print ac v (1,4) v (2,4) v (3,4) .конец частота v (1,4) v (2,4) v (3,4) 6.000E + 01 4.810E + 01 1.795E + 02 1.610E + 02
Результирующий фазовый сдвиг конденсатора приводит к падению напряжения на лампе фазы 1 (между узлами 1 и 4) до 48,1 В, а напряжение на лампе фазы 2 (между узлами 2 и 4) повышается до 179,5 В, что делает первое лампа тусклая, а вторая лампа яркая.
Если чередование фаз поменять на противоположное, произойдет обратное: «детектор чередования фаз — последовательность = v3-v2-v1»
детектор чередования фаз - последовательность = v3-v2-v1 v1 1 0 ac 120 240 sin v2 2 0 ac 120 120 sin v3 3 0 ac 120 0 грех г1 1 4 2650 г2 2 4 2650 c1 3 4 1u .переменный ток 1 60 60 .print ac v (1,4) v (2,4) v (3,4) .конец частота v (1,4) v (2,4) v (3,4) 6.000E + 01 1.795E + 02 4.810E + 01 1.610E + 02
Здесь («детектор чередования фаз — последовательность = v3-v2-v1») первая лампа получает 179,5 вольт, а вторая — только 48,1 вольт.
Мы исследовали, как происходит чередование фаз (порядок, в котором пары полюсов проходят через вращающийся магнит генератора переменного тока) и как его можно изменить, изменив направление вращения вала генератора переменного тока.
Однако реверсирование вращения вала генератора переменного тока обычно не является вариантом, открытым для конечного потребителя электроэнергии, поставляемой из общенациональной сети («генератор» фактически представляет собой совокупную сумму всех генераторов переменного тока на всех электростанциях, питающих сеть) .
Обмен горячими проводами
Существует намного более простой способ изменить последовательность фаз, чем реверсирование вращения генератора: просто поменяйте местами любые два из трех «горячих» проводов, идущих к трехфазной нагрузке.
Этот трюк станет более понятным, если мы еще раз посмотрим на последовательность фаз трехфазного источника напряжения:
1-2-3 вращения: 1-2-3-1-2-3-1-2-3-1-2-3-1-2-3. . . 3-2-1 вращение: 3-2-1-3-2-1-3-2-1-3-2-1-3-2-1. . .
То, что обычно называют чередованием фаз «1-2-3», можно также назвать «2-3-1» или «3-1-2», идя слева направо в числовой строке выше? Точно так же противоположное вращение (3-2-1) можно так же легко назвать «2-1-3» или «1-3-2».”
Начиная с чередования фаз 3-2-1, мы можем попробовать все возможности для замены любых двух проводов за раз и посмотреть, что произойдет с результирующей последовательностью на рисунке ниже.
Все возможности перестановки любых двух проводов.
Независимо от того, какую пару «горячих» проводов из трех мы выберем для замены, чередование фаз в конечном итоге меняется на противоположное (1-2-3 меняются на 2-1-3, 1-3-2 или 3-2. -1, все равнозначно).
ОБЗОР:
Чередование фаз или последовательность фаз — это порядок, в котором формы волны напряжения многофазного источника переменного тока достигают своих соответствующих пиков. Для трехфазной системы есть только две возможные последовательности фаз: 1-2-3 и 3-2-1, соответствующие двум возможным направлениям вращения генератора.
Чередование фаз не влияет на резистивные нагрузки, но оказывает влияние на несбалансированные реактивные нагрузки, как показано в работе схемы детектора поворота фаз.
Чередование фаз можно изменить, поменяв местами любые два из трех «горячих» выводов, подающих трехфазное питание на трехфазную нагрузку.
СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:
.
Навигация по записям
Предыдущая запись:
Малые гэс: Малые гидроэлектростанции «под ключ»
Следующая запись:
Зеленоград солнечные панели: Солнечные модули ТСМ (Зеленоград) — СтройТорг.com

alexxlab
Посмотреть все записи автора alexxlab →
Вам также может понравиться

Зу для автомобильных аккумуляторов своими руками: Зарядное устройство для автомобильного аккумулятора своими руками
09.07.202102.06.2021

Сила тока в сети 220в: Сколько ампер в розетке 220В ?
03.02.202029.09.2020

Симистор что это такое: Что такое симистор, как его проверить
11.09.202022.03.2021
Добавить комментарий Отменить ответ
Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *
Комментарий *
Имя *
Email *
Сайт

Рубрики
Генератор
Разное
Советы
Турбина
Электростанции
Энергия
2024 © Все права защищены.