Ток в нулевом проводе при несимметричной нагрузке: Как вычислить ток в нулевом проводе при несимметричной нагрузке | Электрик со стажем.

Как вычислить ток в нулевом проводе при несимметричной нагрузке | Электрик со стажем.

Самый простой способ – его измерить (есть такой прибор… амперметр). Но бывают случаи, когда этот ток необходимо вычислить. Для этого существуют математические формулы.

Формулы вычисления тока в нулевом проводе. Рисунок из интернета

Формулы вычисления тока в нулевом проводе. Рисунок из интернета

Но есть способ намного проще, измерить этот ток не с помощью амперметра, а с помощью линейки.

Здравствуйте уважаемые подписчики и читатели канала «Электрик со стажем».

На практике такие задачи не возникают (зачем измерять то, что нас не интересует?). Но в теории этот вопрос может возникнуть, значит – нужно на него ответить.

Как узнать ток в фазном проводе

Очень просто. Для этого есть закон Ома.

формула закона Ома

формула закона Ома

Допустим, что нам удалось вычислить ток в каждом из фазных проводов по этой очень простой формуле. Но вопрос остался, какой ток будет протекать в нулевом проводе?

От этого зависит, какое сечение проводников должен иметь кабель для подключения нагрузки.

Немного теории

В 3-фазной сети фазы сдвинуты друг от друга на 120 градусов.

В эту окружность можно вписать треугольник, угол между сторонами треугольника будет = 60 градусов.

А по сторонам треугольника можно начертить (при помощи линейки) параллельные отрезки, длинной, равной токам в каждой из фаз. Для этого обозначим точку – начало координат.

точка начала координат

точка начала координат

Допустим, что токи будут в фазе А = 6А, в фазе В = 9А, в фазе С = 5А.

Рисуем треугольник.

ток в проводе А

ток в проводе А

ток в проводе В

ток в проводе В

ток в проводе С

ток в проводе С

Треугольник у нас получился не замкнутый. Теперь берём линейку, и измеряем ток, который будет протекать в нулевом проводе.

ток в нулевом проводе

ток в нулевом проводе

На рисунке видно, что нужно измерить расстояние между началом координат и окончанием отрезка С. При токах в фазе А = 6А, в фазе В = 9А, в фазе С = 5А, ток в нулевом проводе будет = 3,59А.

Вывод

При симметричной нагрузке (ток А = ток В = ток С) ток в нулевом проводе буде отсутствовать, или = 0 (отсюда и провод называется «нулевой»).

При симметричной нагрузке при обрыве одной фазы ток в нулевом проводе будет равен наибольшему току в одной из оставшихся необорванных фазах.

При симметричной нагрузке при обрыве двух фаз ток в нулевом проводе будет равен току в необорванной фазе.

При несимметричной нагрузке ток в нулевом проводе будет меньше, чем самый большой ток одной из фаз.

Хочу обратить Ваше внимание на то, что мой канал не носит образовательного характера, здесь я просто делюсь с Вами своими мыслями и опытом, поэтому, моё мнение не обязательно должно совпадать с Вашим. Образование нужно получать в образовательном учреждении.

До следующих встреч.

Если статья была для Вас полезной или интересной, не забудьте поставить лайк и подписаться на мой канал.

Задавайте вопросы и оставляйте комментарии, вступайте в дискуссию.

Много полезных статей Вы можете найти здесь.

Если Вам будет интересно:

Как соединять провода в распредкоробке без схемы и «на автомате» прочитаете здесь

Как паять скрутки – прочитаете здесь

Как выполнить проводку в гофре

Как выполнить проводку в кабельном канале

Как выполнить проводку на тросе

Как выполнить проводку в гараже

Вопросы по основам (Страница 1) — Спрашивайте

2)Аналогичный вопрос на примере сборки втор. обмоток трансф. тока в полную звезду с нулевым проводом. Как известно при симметричной нагрузке токи возвращаются в свои обмотки  через нулевой провод, In=Ia+Ib+Ic=Iнб~0.Значит ли что если сила тока равна нулю что токи в НП  не протекают? Или токи протекают но сила тока равна нулю?
  Тут у вас некоторая путаница. Смотрите, можно ведь не собирать вторичные токи в трёхфазную группу, в «звезду». Пусть каждый ТТ имеет свою собственную вторичную цепь, в знакомых нам обозначениях А411 — от вывода, скажем, И1 (S1)  ТТ к реле, А412 — от реле к выводу И2 (S2) трансформатора тока, и для других фаз аналогично. В каждом из этих проводов есть ток — ещё бы, ну ведь чудес не бывает. Если есть возможность, можете проверить это опытом, в лаборатории. Схема очевидно избыточна — зачем нам (вам, им) возможность измерять фазные токи дважды? Напрашивается объединение  вторичных цепей, после измерени тока каждой фазы, вторичного тока каждого ТТ в общую цепь Ну, это давно началось, ещё с цепей постоянного тока, вас же не удивляет наличие общей шины, GROUND, «масса» где-нибудь в . .. где угодно, от радиоприёмника, усилителя до электрооборудования автомобиля. Вот объединили все три «обратных» провода». В самом деле, тока в этом проводе в нормальном, нагрузочном, более или менее симметричном режиме нет. «Тока нет» — это и означает, что его значение (значение силы тока, если угодно) равно нулю или около того, «ток не протекает». Конечно, если этот нулевой провод разорвать, разомкнуть, нуль этот совсем уж будет «круглым», «полным». Тут я бы представил это как сравнение двух вариантов: 1) есть путь для тока, но нет тока (силы тока), ток равен нулю (очень близок к нулю) из-за того, что сумма токов фаз (симметричный режим) примерно равна нулю;  2) пути для тока нет (обрыв), понятно, что тока нет и не может быть (ёмкость фаза-земля и пр. пути для тока сейчас не рассматриваем).   

Если убрать нулевой провод то токи одной фазы всё равно будут протекать замыкаясь через провода и обмотки других фаз что вроде бы как говорит о том что оба варианта для  путей для замыкания токов имеют сопоставимые сопротивления.

Нет, это не так, особенно применительно к цепям вторичного тока, вторичным цепям ТТ. Сопротивление вторичной обмотки ТТ намного больше сопротивления обмоток реле, приборов и т.п.  Кроме того, вспомните, что единственный источник — это ЭДС (да-да, и у ТТ тоже). Если вы разомкнёте нулевой провод в трёхфазной группе (вторичных цепях ТТ, собранных в «звезду») то вы устроите «соревнование ЭДС», победит сильнейший, с наибольшим значением вторичной ЭДС, он и «продавит» свой ток через обмотки двух других ТТ (или одного). Во всяком случае, я это так представляю, опыта такого рода у меня нет. Это не то чтобы совсем «обрыв вторичной цепи тока», но фазные токи (вторичные) точно не будут равны первичным, делённым на Ктт.

Почему в этом случае ток Ia возвращаясь не распаралеливается на три ветви: два по проводам и обмоткам других фаз и один через НП ?

Потому, напомню, что ток всегда течёт по пути наименьшего сопротивления. Сопротивление (не омическое, не сопротивление постоянному току, а полное сопротивление) провода (жилы кабеля) всегда намного меньше, на порядок и более, чем сопротивление вторичной обмотки других ТТ группы (всё не так просто в случае насыщения сердечников ТТ, большого сопротивления жил кабеля и пр. , но «сейчас не об этом»). 

Хотя с другой стороны делая одиночное обтекание ТТ от постороннего источника видишь что весь ток в «фазе» и ток в НП одинаковы что значит что весь ток замыкается через НП никуда не ответвляясь.

Вот именно, и как раз по этой причине — из-за того, что сопротивление вторичных обмоток  ТТ намного больше сопротивления нулевого провода. Да, и на самом деле ток в эти «пассивные» цепи немного всё-таки ответвляется, стекает. Они же есть, это путь для тока. В книжке М.Л. Голубева об этом на с.83. Книжку прилагаю.

Post’s attachments

Реле прямого действия.djv 1.43 Мб, 4 скачиваний с 2020-02-17 

You don’t have the permssions to download the attachments of this post.

Практическая работа по дисциплине Электротехника. название Расчет несимметричной трехфазной цепи, определение тока в нулевом проводе

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 22

Наименование работы: Расчет несимметричной трехфазной цепи, определение тока в нулевом проводе

Цель работы: Рассчитать параметры цепи при несимметричном режиме работы, сравнить значения тока в нулевом проводе, найденные аналитически и графически.

Пояснения к работе.

Система трех однофазных цепей, в которых действуют ЭДС одной и той же частоты, сдвинутые по фазе на угол 120⁰ , называется трехфазной электрической цепью. Трехфазный генератор состоит из статора и ротора. На статоре расположены три, одинаковые обмотки, смещенные одна относительно другой на 120⁰. Начала обмоток обозначаются буквами АВС, а их концы соответственно буквами xyz (или abc). Ротор является электромагнитом и, при его вращении, будет вращаться его магнитный поток. В результате в каждой обмотке статора наведутся синусоидальные ЭДС с амплитудой Е_m , частотой f, сдвинутые по фазе относительно ЭДС соседней обмотки на 120⁰.

Система трех переменных ЭДС одной амплитуды и частоты, сдвинутые по фазе на 120^о, называется трехфазной симметричной системой ЭДС. Графики и векторная диаграмма, которой имеют вид.

+ j

е е_А е_В е_С

Е_С

120⁰ 120⁰ Е_А

t ₀

— 120⁰ +

Е_В

— j

Если вектор ЭДС E_A совместить с положительным направлением оси, то можно записать комплексы

Ė_А = Е; Ė_B = Ee^—j120°; Ė_C = Ee^—j240° или Ė_C = Ee^j120°.

ЭДС трехфазного генератора принимают амплитудное значение в определенной последовательности. Рассмотренная последовательность А → В → С называется прямой последовательностью фаз ЭДС.

К обмоткам генератора присоединяют нагрузку с сопротивлением Z_A, Z_B, Z_C. В результате образуются три самостоятельные электрические цепи с токами I_A, I_B, I_C, каждую из них называют фазой.

Различают симметричный и несимметричный режимы работы трехфазной цепи.

При симметричном режиме комплексные сопротивления трех фаз одинаковые, то есть Z_A = Z_B = Z_C ,ЭДС образуют трехфазную симметричную систему. В этом случае токи фаз I_A, I_B, I_C будут равны по величине и сдвинуты относительно одноименных ЭДС на одинаковые углы, то есть образуют трехфазную симметричную систему токов. В симметричных трехфазных системах алгебраическая сумма мгновенных значений ЭДС, а также сумма их комплексов равна нулю. e_A + e_B + e_C = 0, Ė_А + Ė_B + Ė_C = 0 i_A + i_B + i_C = 0, İ_А + İ_B + İ_C = 0

Ė_С

İ_С

φ

Ė_А

φ

İ_В φ İ_А

Ė_В

При несимметричном режиме комплексные сопротивления фаз не равны друг другу, при этом токи и их фазные сдвиги (углы φ) будут различные.

Для получения соединения обмоток трехфазного генератора звездой необходимо концы обмоток X, Y, Z соединить в одну точку O(N) называемую нулевой точкой или нейтралью генератора. От нулевой точки к потребителям энергии прокладывают нулевой (нейтральный) провод. К началам обмоток А, В, С присоединяют линейные провода, которые идут к потребителям.

A I_A A

U_A U_AB U_CA Z_A

0 I₀ 0^

U_B U_C Z_C Z_B

C B I_B C^ B^

I_C U_BC

Напряжение между линейным и нулевым проводами, то есть между началом и концом обмотки генератора называются фазным напряжением и обозначают U_A, U_B, U_C, в общем случае U_Ф (фазное). Фазные напряжения отличаются от ЭДС на величину внутреннего падения напряжения в обмотках и образуют симметричную систему.

Напряжение между линейными проводами, то есть между началами обмоток называют линейным напряжением и обозначают U_AВ, U_BС, U_CА, в общем случае U_Л (порядок букв индексов указывает положительное направление этих напряжений во внешней цепи).

Векторы U_AВ, U_BС, U_CА образуют симметричную систему, причем звезда векторов линейных напряжений опережает по фазе звезду векторов фазных напряжений на 30^о. U_л = √3 U_ф

Начала фаз генератора АВС соединяют с началами фаз приемника А^,В^,С^ линейными проводами. Нулевая точка генератора соединяется с нулевой точкой приемника 0^ нулевым проводом. Ток, напряжение и мощность каждой фазы приемника называют фазными. Токи первой фазы обозначаются I_А, второй I_В, третьей I_С. Положительное направление этих токов совпадает с положительным направлением ЭДС в обмотке генератора. Токи в линейных проводах называются линейными, при соединении звездой I_ф = I_Л. Ток в нулевом проводе равен геометрической сумме фазных токов. При равенстве комплексов сопротивлений фаз приемника, токи I_A, I_B, I_C образуют симметрическую трехфазную систему токов. В этом случае Ī_А + Ī_В + Ī_С = 0, ток в нулевом проводе отсутствует. Отсутствие нулевого провода не изменит режима работы электрической цепи. При несимметричной нагрузке или несимметричной системе фазных напряжений, в нулевом проводе имеется некоторый ток I_о, который можно определить графическим методом или методом с применением комплексных чисел.

Задание:

1. В практической работе необходимо определить ток в нулевом проводе аналитическим методом решения, представляя физические величины комплексными числами, и графическим методом решения при несимметричном режиме работы.

2. По исходным данным, применяя данные формулы, определить ток в нулевом проводе. İ_А = Ú_A / Z_A; İ_В = Ú_В / Z_В; İ_С = Ú_С / Z_С; İ_А + İ_B + İ_C = İ₀ ;

Z = R – jX_C — активно-емкостной характер; Z = Zе ^–jφ; Z = √ R² + X² ;

Z = R + jX_L — активно-индуктивный характер; Z = Zе ^jφ; tgφ = X / R ;

_{Z = R – активный характер;}

Z = – jX_C — емкостной характер; Z = Zе ^—jφ ;

_{Z = jXL – индуктивный характер; Z = Zе ^jφ.}

3. Исходные данные.

Напряжение четырехпроводной несимметричной системы для всех вариантов составляет 380/220 В

40-j30

60+j30

90+j40

70-j40

70

80+j60

40+j15

+j80

Z_В, Ом

30

15-j10

60

50+j20

90

60+j30

50+j20

40-j20

50+j30

70

50-j20

Z_С, Ом

30-j20

20+j10

40-j30

40

40-j15

35-j20

60

30+j10

20+j70

-j90

30+j20

50+j10

-j90

60+j20

j80

50+j40

70+j20

60-j15

45+j20

Z_В,Ом

j60

80

+j40

40+j20

60

75-j30

40

60-j15

30+j10

-j40

80

Z_С,Ом

90

50-j30

30-j15

50-j10

40+j20

j90

50-j30

80

-j80

90

-j70

40+j30

60+j30

90-j40

70+j40

j70

80-j60

40-j15

+j80

Z_В, Ом

30+j10

15-j10

70

50+j20

— j90

60+j30

50-j20

40+j20

50+j30

70

50+j20

Z_С, Ом

30-j20

25+j10

40-j30

j40

40-j15

35+j20

50

30-j10

20-j70

-j90

30-j20

Образец решения задачи.

В четырехпроводную несимметричную систему напряжением 380/220 В включены электрические приемники с сопротивлениями Z_A=(20+j30) Ом; Z_В=90 Ом; Z_С= (40-j60) Ом.

Определить токи в линейных проводах и в нулевом проводе аналитическим методом.

Построить диаграмму напряжений и токов, определить ток в нулевом проводе графическим методом.

U_Л=380 В, U_Ф=220 В, U_А=220 е^j0 В, U_В=220 е^—j120 В, U_С=220 е^j120 В

Аналитический расчет

1. Определяем величину комплексов сопротивлений фаз в показательной форме и их характер.

Z_A=(20+j30) Ом; Z = Zе ^jφ; Z = √ R² + X_L² ==36,1; tgφ =X_L/R = 30/20 = 1,5 φ = 56⁰; Z = 36,1e^j56 Ом, характер активно-индуктивный.

Z_В=90=90e^j0 Ом, характер активный,
Z_С=(40-j60) Ом; Z = Zе ^—jφ; Z = √ R² + X_C² = =72,1; tgφ =X_C/R = 60/40 =1,5 φ = 56⁰; Z = 72,1e ^—j56 Ом, характер активно-емкостной.

2. Составляем электрическую схему цепи, с учетом характера нагрузки.

R X_L

А

I_A

R

В 0

I_B

R X_C

C I₀

I_C

0

3. Определяем величину фазных токов в показательной форме.

İ_А = Ú_A / Z_A = 220 e^j0/36,1 e^j56 = 6,09 e^—j56 А

İ_В = Ú_В / Z_В = 220 e^—j120/90 e^j0=2,44 e^—j120 А

İ_С = Ú_С / Z_С = 220 e ^j120/72,1 e^—j56=3,05 e^j176 А

4. Для определения величины тока в нулевом проводе, предварительно необходимо полученные токи в показательной форме преобразовать в алгебраическую форму. Для этого применяют тригонометрическую форму. İ_А= I_Acosφ — jI_A sinφ = 6,09[cos(-56)+j sin(-56)]=3,41-j5,05 A

İ_В = I_Bcosφ — jI_B sinφ = 2,44[cos(-120)+j sin(-120)]=-1,22-j 2,11 A

İ_С = I_Ccosφ + jI_C sinφ = 3,05(cos 176+j sin 176)= -3,04+j 0,21 A

При определении синусов и косинусов углов, имеющих величину больше чем 90⁰, применяются формулы приведения. [(-φ) (-sinφ) (+cosφ)], [(180⁰+φ) (-sinφ) (-cosφ)], [(180⁰-φ) (+sinφ) (-cosφ)].

İ₀= İ_A+ İ_В+ İ_С= 3,14-j5,05-1,22-j2,11-3,04+j0,21= -0,85-j6,95

İ₀= I₀ e^jφ; I₀ ==7; tgφ=6,95/0,85 = 8.176; φ=83⁰; İ₀=7e^j83=7e^j(83-180)=7e^-j97A

Графический расчет.

Ток в нулевом проводе определяем как сумму векторов токов фаз, построенных в выбранном масштабе. Ī_А + Ī_В + Ī_С = Ī₀ М_I = 1A/см. Вектора фазных токов, с учетом масштаба (подчеркнутые значения пункт 3), откладываем относительно соответствующих фазных напряжений, учитывая характер нагрузки фаз и углы φ

(пункт 1).

При построении векторов токов проверяем еще раз характер нагрузок в фазах: вектор тока Ī_А отстает от вектора напряжения Ū_А на угол φ =56⁰(активно-индуктивный характер), вектор тока Ī_В совпадает с вектором напряжения Ū_В, φ=0⁰(активный характер), вектор тока Ī_С опережает вектор напряжения Ū_С на угол φ =56⁰ (активно-емкостной характер). Вектора Ū_А, Ū_В, Ū_С строим со сдвигом 120⁰ относительно друг друга.

М_I=1 А/см

U_A I_A

I

_B

0 I_C

I_B

U_C U_B I₀

I_C

I₀ = 7 e^—j97 А

Аналитическое и графическое значения тока в нулевом проводе совпали.

Работа на занятии.

1. Используя исходные данные, произвести аналитический расчет тока в нулевом проводе .

2. Определить ток в нулевом проводе графическим методом.

3. Письменно ответить на контрольные вопросы.

Содержание отчета.

1. Цель работы.

2. Исходные данные.

3. Решение задачи.

4. Ответы на контрольные вопросы.

5. Вывод по работе.

Контрольные вопросы.

1. Как получить соединение обмоток трехфазного генератора «звездой»?

2. Какой режим работы называется симметричным?

3. Какой режим работы называется несимметричным?

4. Какое напряжение называется фазным?

5. Какое напряжение называется линейным?

Литература.

1. Е.А.Лоторейчук. Теоретические основы электротехники.- М.: ИД «ФОРУМ»: ИНФРА-М, 2009. Стр. 215-220.

2. Конспект лекций. Тема: «Трехфазные цепи, соединение звезда».

3. Ф.Е.Евдокимов. Теоретические основы электротехники.- М.: Высшая школа, 2004. Стр. 341-343.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 21

Наименование работы: Расчет симметричной трехфазной цепи.

Цель работы: Рассчитать параметры цепи при симметричном режиме работы.

Пояснения к работе.

Система трех однофазных цепей, в которых действуют ЭДС одной и той же частоты, сдвинутые по фазе на угол 120⁰ , называется трехфазной электрической цепью. Трехфазный генератор состоит из статора и ротора. На статоре расположены три, одинаковые обмотки, смещенные одна относительно другой на 120⁰. Начала обмоток обозначаются буквами АВС, а их концы соответственно буквами xyz (или abc). Ротор является электромагнитом и, при его вращении, будет вращаться его магнитный поток. В результате в каждой обмотке статора наведутся синусоидальные ЭДС с амплитудой Е_m , частотой f, сдвинутые по фазе относительно ЭДС соседней обмотки на 120⁰.

e_A = E_m sin ωt

e_B = E_m sin (ωt – 120^о)

e_C = E_m sin (ωt – 240^о) или e_C = E_m sin (ωt + 120^о)

Система трех переменных ЭДС одной амплитуды и частоты, сдвинутые по фазе на 120^о, называется трехфазной симметричной системой ЭДС. Графики и векторная диаграмма, которой имеют вид.

+ j

е е_А е_В е_С

Е_С

120⁰ 120⁰ Е_А

t ₀

— 120⁰ +

Е_В

— j

Если вектор ЭДС E_A совместить с положительным направлением оси, то можно записать комплексы

Ė_А = Е; Ė_B = Ee^—j120°; Ė_C = Ee^—j240° или Ė_C = Ee^j120°.

ЭДС трехфазного генератора принимают амплитудное значение в определенной последовательности. Рассмотренная последовательность А → В → С называется прямой последовательностью фаз ЭДС.

К обмоткам генератора присоединяют нагрузку с сопротивлением Z_A, Z_B, Z_C. В результате образуются три самостоятельные электрические цепи с токами I_A, I_B, I_C, каждую из них называют фазой.

Различают симметричный и несимметричный режимы работы трехфазной цепи.

При симметричном режиме комплексные сопротивления трех фаз одинаковые, то есть Z_A = Z_B = Z_C ,ЭДС образуют трехфазную симметричную систему. В этом случае токи фаз I_A, I_B, I_C будут равны по величине и сдвинуты относительно одноименных ЭДС на одинаковые углы, то есть образуют трехфазную симметричную систему токов. В симметричных трехфазных системах алгебраическая сумма мгновенных значений ЭДС, а также сумма их комплексов равна нулю. e_A + e_B + e_C = 0, Ė_А + Ė_B + Ė_C = 0 i_A + i_B + i_C = 0, İ_А + İ_B + İ_C = 0

Ė_С

İ_С

φ

Ė_А

φ

İ_В φ İ_А

Ė_В

При несимметричном режиме комплексные сопротивления фаз не равны друг другу, при этом токи и их фазные сдвиги (углы φ) будут различные.

Для получения соединения обмоток трехфазного генератора звездой необходимо концы обмоток X, Y, Z соединить в одну точку O(N) называемую нулевой точкой или нейтралью генератора. От нулевой точки к потребителям энергии прокладывают нулевой (нейтральный) провод. К началам обмоток А, В, С присоединяют линейные провода, которые идут к потребителям.

A I_A A

U_A U_AB U_CA Z_A

0 I₀ 0^

U_B U_C Z_C Z_B

C B I_B C^ B^

I_C U_BC

Напряжение между линейным и нулевым проводами, то есть между началом и концом обмотки генератора называются фазным напряжением и обозначают U_A, U_B, U_C, в общем случае U_Ф (фазное). Фазные напряжения отличаются от ЭДС на величину внутреннего падения напряжения в обмотках и образуют симметричную систему.

Напряжение между линейными проводами, то есть между началами обмоток называют линейным напряжением и обозначают U_AВ, U_BС, U_CА, в общем случае U_Л (порядок букв индексов указывает положительное направление этих напряжений во внешней цепи).

Векторы U_AВ, U_BС, U_CА образуют симметричную систему, причем звезда векторов линейных напряжений опережает по фазе звезду векторов фазных напряжений на 30^о. U_л = √3 U_ф

Начала фаз генератора АВС соединяют с началами фаз приемника А^,В^,С^ линейными проводами. Нулевая точка генератора соединяется с нулевой точкой приемника 0^ нулевым проводом. Ток, напряжение и мощность каждой фазы приемника называют фазными. Токи первой фазы обозначаются I_А, второй I_В, третьей I_С. Положительное направление этих токов совпадает с положительным направлением ЭДС в обмотке генератора. Токи в линейных проводах называются линейными, при соединении звездой I_ф = I_Л. Ток в нулевом проводе равен геометрической сумме фазных токов. При равенстве комплексов сопротивлений фаз приемника, токи I_A, I_B, I_C образуют симметрическую трехфазную систему токов. В этом случае Ī_А + Ī_В + Ī_С = 0, ток в нулевом проводе отсутствует. Отсутствие нулевого провода не изменит режима работы электрической цепи. При несимметричной нагрузке или несимметричной системе фазных напряжений, в нулевом проводе имеется некоторый ток I_о, который можно определить графическим методом или методом с применением комплексных чисел.

Задание:

1. В практической работе необходимо определить параметры трехфазной цепи при симметричном режиме работы и соединении «звезда».

2. По исходным данным, применяя данные формулы, рассчитать параметры одной фазы трехфазной цепи. I_л = I_ф; U_л = √3 U_ф; I_ф = U_ф / Z_ф; U_ф = I_ф Z_ф; Z_ф = √ R_ф² + X_ф² ;

R_ф = Z_ф cos φ_ф; Z_ф = R_ф / cos φ_ф; P_ф = I_ф²R_ф; P_ф = U_фI_ф cos φ_ф; Р = 3Р_ф.

3. Исходные данные.

380

0,3

Z_ф, R_ф, X_ф, U_ф

2

1700

50

0,2

R_ф, U_л, I_ф, U_ф

3

44

17424

0,6

U_л, U_ф, Z_ф, R_ф

4

380

1038

0,8

P, U_ф, Z_ф, R_ф

5

220

40

0,5

I_л, U_л, P, R_ф

6

40

380

0,6

Z_ф, U_л, R_ф, P

7

220

18240

0,9

I_ф, Z_ф, R_ф, U_ф

8

60

380

0,3

Z_ф, P_ф, R_ф, U_ф

9

50

2040

0,2

U_л, U_ф, Z_ф, R_ф

10

220

16200

0,5

U_ф, I_л, P_ф, Z_ф

11

220

1050

0,6

I_ф, Z_ф, U_л, P

12

1500

60

0,5

R_ф, I_ф, U_л, U_ф

13

15000

30

1

P_ф, I_ф, U_ф, U_л

14

30

380

0,3

R_ф, U_л, P_ф, Z_ф

15

40

380

0,2

U_ф, Z_ф, R_ф, X_ф

16

230

25

0,6

U_л, I_ф, R_ф, P_ф

17

320

1000

0,5

U_ф, I_л, P, R_ф

18

20

14000

0,7

U_ф, U_л, P_ф, Z_ф

19

30

220

0,9

U_ф, P_ф, Z_ф, R_ф

20

225

2000

0,8

U_л, I_ф, Z_ф, P

21

35

380

0,2

U_ф, X_ф, Z_ф, R_ф

22

40

15200

0,75

U_ф, Z_ф, U_л, P_ф

23

220

1600

0,85

U_л, R_ф, Z_ф, I_л

24

360

2050

0,6

U_ф, I_ф, Z_ф, R_ф

25

35

17250

0,25

P_ф, U_ф, U_л, Z_ф

26

25

2500

0,4

U_ф, U_л, Z_ф, P

27

220

35

0,7

I_ф, U_л, X_ф, R_ф

28

40

16500

0,35

P_ф, U_л, U_ф, Z_ф

29

30

380

0,95

U_ф, P_ф, Z_ф, P

30

25

40

1

R_ф, U_л, P_ф, U_ф

Образец решения задачи.

При расчете симметричной трехфазной цепи определяют параметры только для одной фазы, так как в двух других фазах параметры будут такими же.

Дано:

U_л = 320 В U_л = √3 U_ф U_ф = U_л / √3 = 320/1,73 = 185 В

P_ф = 1240 Вт P_ф = U_фI_ф cos φ_ф I_ф = P_ф / U_ф cos φ_ф= 1240 / 185*0,75 = 8,9 А

cosφ_ф = 0,75 I_л = I_ф = 8,9 А I_ф = U_ф / Z_ф Z_ф = U_ф / I_ф = 185 / 8,9 =21 Ом

Определить: R_ф = Z_ф cos φ_ф = 21*0,75 = 16 Ом

U_ф, I_ф, Z_ф, R_ф, P, X_ф, I_л Z_ф =√ R_ф² + X_ф² X_ф= √ Z_ф² — R_ф² = √ 21² – 16² = 14 Ом

Р = 3Р_ф = 3*1240 = 3720 Вт

Работа на занятии.

1. Используя исходные данные, произвести расчет параметров одной фазы.

2. Письменно ответить на контрольные вопросы.

Содержание отчета.

1. Цель работы.

2. Исходные данные.

3. Решение задачи.

4. Ответы на контрольные вопросы.

5. Вывод по работе.

Контрольные вопросы.

1. Какой режим работы называется симметричным?

2. Какой режим работы называется несимметричным?

3. Какое напряжение называется фазным?

4. Какое напряжение называется линейным?

5. Чему равна алгебраическая сумма мгновенных значений ЭДС в симметричных трехфазных системах

Литература.

1. Е.А.Лоторейчук. Теоретические основы электротехники.- М.: ИД «ФОРУМ»: ИНФРА-М, 2009. Стр. 215-220.

2. Конспект лекций. Тема: «Трехфазные цепи, соединение звезда».

3. Ф.Е.Евдокимов. Теоретические основы электротехники. — М.: Высшая школа, 2004. Стр. 341-343.

Последствия несбалансированной электрической нагрузки (Часть:1)

Введение:

• Как правило, трехфазный баланс является идеальной ситуацией для энергосистемы и качества поставляемой электроэнергии. Однако дисбаланс напряжения может ухудшить качество электроэнергии на уровне распределения.
• Напряжения достаточно хорошо сбалансированы на уровне генератора и передачи. но напряжения на уровне использования могут стать несбалансированными из-за неравных импедансов системы, неравномерного распределения однофазных нагрузок, асимметричного трехфазного оборудования и устройств (таких как трехфазные трансформаторы с разомкнутой звездой-разомкнутым треугольником), несимметричных замыканий. , плохой контакт с электрическими разъемами.
• Чрезмерный уровень асимметрии напряжения может серьезно повлиять на качество электроэнергии. В системе уровень несимметрии токов в несколько раз превышает уровень несимметрии напряжений. Такой дисбаланс токов в линии может привести к чрезмерным потерям в линии, потерям в статоре и роторе двигателя, неисправности реле, несимметричному измерению счетчиков. Асимметрия напряжения также влияет на приводные системы переменного тока с регулируемой скоростью, в которых входной преобразователь состоит из трехфазных выпрямительных систем

.

• Балансировка фаз очень важна и может использоваться для снижения потерь в распределительных фидерах и повышения стабильности и безопасности системы

Что такое дисбаланс Напряжение

• Любое отклонение формы волны напряжения и тока от идеальной синусоидальной формы или фазового сдвига называется дисбалансом
• В идеальных условиях фазы питания разнесены на 120 градусов по фазовому углу, и величина их пиков должна быть одинаковой.На уровне распределения несовершенства нагрузки вызывают дисбаланс токов, которые передаются на трансформатор и вызывают дисбаланс трехфазного напряжения. Даже незначительная асимметрия напряжения на уровне трансформатора существенно влияет на форму кривой тока на всех подключенных к нему нагрузках
• Если трехфазные напряжения имеют одинаковую величину и сдвинуты по фазе точно на 120 градусов, то трехфазное напряжение называется симметричным, в противном случае оно несимметрично.
• В сбалансированной системе нет напряжений обратной и нулевой последовательности, существуют только составляющие положительной последовательности сбалансированного трехфазного напряжения.Наоборот, если система несбалансирована, в системе могут существовать компоненты обратной последовательности или компоненты нулевой последовательности, или и то, и другое.

Причины дисбаланса Напряжение

• Коммутация трехфазных тяжелых нагрузок приводит к скачкам тока и напряжения, вызывающим дисбаланс в системе.
• Неравные импедансы в системе передачи или распределения электроэнергии вызывают дифференциальный ток в трех фазах.
• Любая большая однофазная нагрузка или несколько небольших нагрузок, подключенных только к одной фазе, вызывают больший ток, протекающий от этой конкретной фазы, что приводит к падению напряжения на линии
• При длительной работе двигателей в различных условиях вызывают износ обмоток ротора и статора.Это ухудшение обычно различно для разных фаз, влияя как на амплитуду, так и на фазовый угол формы волны тока

.

• Трехфазное оборудование, такое как асинхронный двигатель и трансформатор с дисбалансом в обмотках. Если реактивное сопротивление трех фаз неодинаково, это приведет к различному току, протекающему по трем фазам, и приведет к дисбалансу системы.
• Утечка тока из любой фазы через подшипники или корпус двигателя иногда приводит к плавающему заземлению, вызывая флуктуации тока.
• Несбалансированное входящее электроснабжение
• Неравные настройки ответвлений трансформатора
• Большой однофазный распределительный трансформатор в системе
• Обрыв фазы на первичной обмотке трехфазного трансформатора в системе распределения
• Неисправности или заземление силового трансформатора
• Трансформаторные блоки, соединенные по схеме «открытый треугольник»
• Перегорел предохранитель на 3-фазной батарее конденсаторов для улучшения коэффициента мощности
• Неодинаковое сопротивление в жилах электропроводки
• Несбалансированное распределение однофазных нагрузок, таких как освещение
• Тяжелые реактивные однофазные нагрузки, такие как сварочные аппараты

  Как рассчитать дисбаланс

• % асимметрии напряжения = 100x (максимальное отклонение от среднего напряжения) / (среднее напряжение)
• Пример: При междуфазных напряжениях системы 430 В, 435 В и 400 В.
• Среднее напряжение=(430+435+400)/3=421В.
• Максимальное отклонение напряжения от среднего напряжения = 435-421 = 14 В
• % дисбаланса напряжения=14×100/421=3,32%
• Допустимый предел процентного отношения тока обратной последовательности к току прямой последовательности составляет 1,3% в идеале, но допустимо до 2%.

  Влияние дисбаланса напряжения на систему и оборудование:

• Факторы асимметрии напряжения можно разделить на две категории: нормальные факторы и аномальные факторы.
• Дисбаланс напряжения из-за нормальных факторов, таких как однофазные нагрузки и трехфазные группы трансформаторов с открытым соединением звезда-треугольник, как правило, могут быть уменьшены за счет правильного проектирования системы и установки соответствующего оборудования и устройств.
• К аномальным факторам относятся последовательные и шунтирующие замыкания цепей, плохие электрические контакты разъемов или переключателей, асимметричный выход из строя оборудования или компонентов, асинхронное перегорание трехфазных предохранителей, однофазная работа двигателей и т. д.Упомянутые выше аномальные факторы могут привести к критическим повреждениям систем и оборудования.

• Увеличение обратного тока нейтрали

• Неравномерное распределение нагрузок между тремя фазами системы вызывает протекание несимметричных токов в системе, что приводит к несимметричным падениям напряжения на электрических линиях. Это увеличение тока нейтрали, вызывающее потери в линии.
• Если система имеет сбалансированную фазу, ток нейтрали в системе будет меньше.Мы можем сэкономить от тысяч до миллионов рупий за счет уменьшения потерь за счет уменьшения тока нейтрали в системе

.

• Таким образом, дисбаланс в распределительной сети низкого напряжения приводит к увеличению тока нейтрали.

• Сдвиг напряжения или тока

• Если система несбалансирована, в системе могут существовать компоненты обратной последовательности или компоненты нулевой последовательности, или и то, и другое.
• Сопротивление для тока обратной последовательности составляет 1/6 тока прямой последовательности, что означает, что небольшая асимметрия в форме волны напряжения даст больший ток и, следовательно, потери.

• Чрезмерная потеря мощности

• Несимметричное напряжение всегда вызывает дополнительную потерю мощности в системе. Чем выше дисбаланс напряжения, тем больше рассеиваемая мощность означает более высокие счета за электроэнергию.
• Дисбаланс тока увеличивает потери I2R
• Давайте рассмотрим простое упражнение. В сбалансированной системе Ток нагрузки в фазе R = 200 А, в фазе Y = 200 А, в фазе В = 200 А, а в несимметричной системе ток нагрузки в фазе R = 300 А, в фазе Y = 200 А, в фазе В = 100A, учтите, что сопротивление линии одинаково в обоих случаях и во всех фазах.
• В сбалансированной системе:
• Суммарный ток нагрузки =R+Y+B = 200+200+200=
• Общие потери = R(I2R)+Y(I2R)+B(I2R)=40000+40000+40000= 120 000 Вт.
• В несбалансированной системе:
• Суммарный ток нагрузки =R+Y+B = 300+200+100=
• Общие потери =R(I2R)+Y(I2R)+B(I2R)=
  

  +40000+10000=

  140 000 Вт.

• Здесь общий ток нагрузки одинаков в обоих случаях, но потери в несбалансированной системе больше, чем в уравновешенной системе.
• Дисбаланс в 1% допустим, поскольку он не влияет на кабель.Но выше 1% он увеличивается линейно, а при 4% снижение рейтинга составляет 20%. Это означает, что 20% тока, протекающего по кабелю, будут непроизводительными и, следовательно, потери в меди в кабеле увеличатся на 25% при асимметрии 4%.

• Отказ двигателя

• В общем, трехфазный двигатель, питаемый сбалансированным трехфазным напряжением с компонентом только прямой последовательности, который создает крутящий момент только прямой последовательности.
• Сокращение срока службы двигателя за счет нагрева: Дополнительные потери из-за дисбаланса напряжения нагревают обмотки двигателя, повышение рабочей температуры двигателя приводит к пробою изоляции обмоток и, в конечном итоге, к отказу двигателя. Это также может привести к разложению смазки или масла в подшипнике и снижению номинальных характеристик обмоток двигателя. Асимметрия напряжения в 3 % увеличивает нагрев асинхронного двигателя на 20 %.
• Срок службы изоляции обмотки уменьшается наполовину при повышении рабочей температуры на каждые 10 °C
• Вибрация двигателя: Напряжение обратной последовательности, вызванное дисбалансом напряжения, создает противоположный крутящий момент и приводит к вибрации и шуму двигателя. Сильный дисбаланс напряжения может даже привести к поломке двигателя.
• Сокращение срока службы двигателя: Тепло, выделяемое несимметричным напряжением, также может сократить срок службы двигателя
• Уменьшение эффективности: В асинхронных двигателях, подключенных к несимметричному источнику питания, токи обратной последовательности протекают вместе с токами прямой последовательности, что приводит к уменьшению процента полезного тока и низкому КПД двигателя. Любой дисбаланс выше 3% снижает КПД двигателя.

• Предположим, что испытанный двигатель мощностью 100 л.с. был полностью загружен и работал в течение 800 часов в год при несимметричном напряжении 2,5%. С энергией по цене 23 рупий / кВтч. годовой расчет экономии энергии и затрат составляет
• С нормальным напряжением
• Годовое потребление энергии = 100HPx0. 746X800X(100/94,4)x23=1454068

рупий

• С несбалансированным напряжением
• Годовое потребление энергии = 100 л.с. x 0,746 X 800 X (100/93) x 23 = 1475957

рупий

• Годовая экономия затрат = 1475957-1454068=21889 рупий
• Общая экономия может быть намного больше, поскольку несбалансированное напряжение питания может питать многочисленные двигатели и другое электрооборудование.
• Отключение двигателя: Ток обратной последовательности, протекающий из-за асимметрии, может вызвать неисправности в двигателе, что приведет к отключению или необратимому повреждению электрооборудования
• Уменьшение мощности: Для двигателей дисбаланс на 5% приведет к снижению мощности на 25%.
• Отключение приводов VFD: Преобразователи частоты или скорости, подключенные к несбалансированной системе, могут отключиться. VFD обрабатывает дисбаланс высокого уровня как обрыв фазы и может отключиться при замыкании на землю или обрыве фазы.

Нравится:

Нравится Загрузка…

Родственные

О Jignesh.Parmar (BE, Mtech, MIE, FIE, CEng)
Jignesh Parmar завершил M.Tech (управление энергосистемой), BE (электрика). Он является членом Института инженеров (MIE) и CEng, Индия. Членский номер: M-1473586. Он имеет более чем 16-летний опыт работы в области передачи-распределения-обнаружения хищения электроэнергии-электротехнического обслуживания-электропроектов (планирование-проектирование-технический анализ-координация-исполнение). В настоящее время он работает в одной из ведущих бизнес-групп в качестве заместителя менеджера в Ахмадабаде, Индия. Он опубликовал ряд технических статей в журналах «Electrical Mirror», «Electrical India», «Lighting India», «Smart Energy», «Industrial Electrix» (Australian Power Publications).Он является внештатным программистом Advance Excel и разрабатывает полезные электрические программы на основе Excel в соответствии с кодами IS, NEC, IEC, IEEE. Он технический блоггер и знаком с английским, хинди, гуджарати и французским языками. Он хочет поделиться своим опытом и знаниями и помочь техническим энтузиастам найти подходящие решения и обновить себя по различным инженерным темам.

Трехфазная несбалансированная нагрузка | Четырехпроводная несбалансированная нагрузка, соединенная звездой

Трехфазная несбалансированная нагрузка:

Трехфазные нагрузки, имеющие одинаковый импеданс и коэффициент мощности в каждой фазе, называются сбалансированными нагрузками.Проблемы со сбалансированными нагрузками можно решить, рассматривая только одну фазу; условия в двух других фазах аналогичны. Однако мы можем столкнуться с ситуацией, когда нагрузки несимметричны, т.е. каждая фаза нагрузки имеет разный импеданс и/или коэффициент мощности. В этом случае ток и мощность в каждой фазе будут разными. На практике мы можем встретить следующую трехфазную несбалансированную нагрузку:

1. Четырехпроводная несимметричная нагрузка, соединенная звездой
2. Несимметричная Δ подключенная нагрузка
3. Несимметричный 3-проводный, Y-образная нагрузка

Широко используется 3-фазная 4-проводная система, которая подключается между любой линией и нейтральным проводом, а 3-фазная нагрузка подключается к трем линиям. 3-фазная 4-проводная система неизменно несет несбалансированные нагрузки. В этой главе мы обсудим только этот тип трехфазной несимметричной нагрузки.

Несимметричные нагрузки с четырехпроводным соединением в звезду:

Мы можем получить этот тип нагрузки двумя способами. Во-первых, мы можем подключить 3-фазную 4-проводную несбалансированную нагрузку к 3-фазному 4-проводному источнику питания, как показано на рис. 14.10. Обратите внимание, что нейтраль N источника питания соединена с нейтралью нагрузки N’. Во-вторых, мы можем подключить однофазные нагрузки между любой линией и нейтральным проводом, как показано на рис.14.11. Это также приведет к 3-фазной, 4-проводной несбалансированной нагрузке, потому что редко возможно, чтобы однофазные нагрузки на всех трех фазах имели одинаковую величину и коэффициент мощности. Поскольку нагрузка неуравновешена, линейные токи будут различаться по величине и смещены друг от друга на неравные углы. Ток в нейтральном проводе будет векторной суммой трех линейных токов, т. е.

.

Ток в нейтральном проводе,

Следует внимательно отметить следующие моменты

1.Поскольку нейтральный провод имеет незначительное сопротивление, нейтраль питания N и нейтраль нагрузки N’ будут иметь одинаковый потенциал. Это означает, что напряжение на каждом импедансе равно фазному напряжению источника питания. Однако ток в каждой фазе (или линии) будет разным из-за неравных импедансов.

2. Величина тока, протекающего по нейтральному проводу, будет зависеть от величин линейных токов и их фазовых соотношений. В большинстве цепей, встречающихся на практике, ток нейтрали равен или меньше одного из линейных токов.Исключением являются цепи с серьезным дисбалансом.

Форма сигнала нейтрального тока и частотный спектр. (a) Сбалансированная нагрузка…

Контекст 1

… в частности, тройные нечетные гармоники нулевой последовательности (третья, девятая, пятнадцатая и т. д.) не компенсируют друг друга в нейтральном проводнике, что приводит к при чрезмерном токе нейтрали, как показано на рис. 1(а). При этом ток нейтрали, возникающий в результате несбалансированных и нелинейных нагрузок, состоит не только из гармонических составляющих нулевой последовательности, но и из основной составляющей нулевой последовательности, которая не должна подвергаться воздействию.На рис. 1(b) показана типичная форма волны тока нейтрали и ее частотный спектр с коэффициентом дисбаланса 26,8% …

Контекст 2

… и т. д.) не компенсируют друг друга в нейтральном проводнике, таким образом что приводит к чрезмерному току нейтрали, как показано на рис. 1(а). При этом ток нейтрали, возникающий в результате несбалансированных и нелинейных нагрузок, состоит не только из гармонических составляющих нулевой последовательности, но и из основной составляющей нулевой последовательности, которая не должна подвергаться воздействию.На рис. 1(b) показана типичная форма волны тока нейтрали и ее частотный спектр с коэффициентом дисбаланса 26,8% . ..

Контекст 3

… Управление напряжением для гармоник: Управление напряжением направлено на предотвращение нулевого — гармонические токи последовательности от протекания через нейтраль на стороне питания. На рис. 3 K h представляет собой коэффициент усиления для управления гармониками по напряжению. a) Нагрузка источника гармонического тока: Эквивалентная схема нулевой последовательности для нагрузки источника тока чистой гармоники i nL показана на рис.4 [17]. Здесь Z S — импеданс источника, а Z Z — импеданс нулевой последовательности зигзагообразного трансформатора. Дано эталонное выходное напряжение инвертора для гармоник …

Контекст 4

… использовалось в качестве нагрузки для каждого SMPS. Шесть комплектов SMPS, соединенных параллельно, образуют нагрузку «линия-нейтраль». На рис. 10 показаны экспериментальные формы сигналов трехфазной сбалансированной гармонической нагрузки с источником тока. Ток нейтрали i nL со стороны нагрузки содержит гармонические составляющие нулевой последовательности, а ток нейтрали со стороны питания почти равен нулю. На рис. 11 показаны экспериментальные формы сигналов трехфазной несимметричной гармонической нагрузки источника напряжения. Ток нейтрали со стороны нагрузки i nL содержит не только гармонические составляющие нулевой последовательности, но и основную составляющую нулевой последовательности, в то время как ток нейтрали со стороны питания i nS содержит только основную составляющую нулевой последовательности. Рис. …

Контекст 5

… ноль. На рис. 11 показаны экспериментальные формы сигналов трехфазной несимметричной гармонической нагрузки источника напряжения.Ток нейтрали со стороны нагрузки i nL содержит не только гармонические составляющие нулевой последовательности, но и основную составляющую нулевой последовательности, в то время как ток нейтрали со стороны питания i nS содержит только основную составляющую нулевой последовательности. На рис. 12 представлена ​​фотография прототипа предлагаемого подавителя гармоник нейтрали на 50 кВА …

High Neutral Currents

High Neutral Currents

Сообщение о COVID-19.

Высокие токи нейтрали

Высокие токи нейтрали могут быть вызваны несбалансированными и/или нелинейными нагрузками с высокими гармониками. Трансформаторы класса K имеют номинальную нейтраль 200%. Силу тока следует измерять с помощью измерителя, способного измерять истинное среднеквадратичное значение тока.

Чек:	Решение:
Проверьте сбалансированность нагрузки.Любая асимметрия нагрузки приводит к возникновению нейтральных токов.	Улучшите баланс нагрузки между тремя фазами. Трансформаторы общего назначения имеют номинальную нейтраль 125%.
Проверьте нагрузку, чтобы определить, имеет ли она большое количество гармоник от однофазных источников.	Для нелинейных нагрузок используйте трансформаторы номиналом k с номиналом нейтрали 200 %. Выберите трансформатор с номиналом k с коэффициентом k, подходящим для определенного уровня гармоник.
Убедитесь, что все три ветви трансформатора или группы трансформаторов работают.Проверьте целостность катушки и перегоревшие предохранители или сработавшие выключатели.	Если перегорел предохранитель, устраните источник неисправности и замените предохранитель. Если выключатель сработал, устраните неисправность, проверьте настройки и включите выключатель. Если катушка трансформатора повреждена, трансформатор необходимо отремонтировать или заменить. Обратитесь в службу поддержки HPS.

Файлы cookie помогают нам улучшить работу вашего веб-сайта.Используя наш веб-сайт, вы соглашаетесь на использование нами файлов cookie.

Geany EMS

Вот как вы можете узнать потери тока нейтрали вашей электрической системы с помощью нашего калькулятора тока нейтрали:

Предварительное условие : Возьмите токоизмерительные клещи и измерьте ампер фазы R, ампер фазы Y и ампер фазы B и введите эти значения ниже.

Отправить

Балансировка фаз очень важна и может использоваться для снижения потерь в распределительных фидерах и повышения стабильности и безопасности системы.

В целом трехфазная балансировка нагрузки является идеальной ситуацией для любой электрической системы. Он определяет качество поставляемой Электроэнергии. Тем не менее, несбалансированность может ухудшить качество электроэнергии на уровне распределения.

Напряжения достаточно хорошо сбалансированы от источника, которым является Электричество. Но уровни напряжения в вашем помещении могут стать несбалансированными из-за неравных импедансов системы, неравномерного распределения однофазных нагрузок, несимметричного трехфазного оборудования и устройств, несимметричных неисправностей, поврежденной проводки, гармоник, ослабленной нейтральной линии, перегруженного провода.

Влияние несбалансированной нагрузки:

• Увеличивает поток нейтрали и приводит к потере мощности.

• Вызывает разницу в напряжении на отдельных фазах.

• Может повредить оборудование из-за падения напряжения.

• Повреждение проводки (потеря меди) из-за чрезмерного тока в фазе.

• Нейтральная линия может не выдерживать большие токи и может привести к несчастным случаям

Чем выше асимметрия напряжения, тем больше ее влияние на качество электроэнергии в электрических сетях.Несимметрия тока в несколько раз превышает уровень несимметрии напряжения. Такой дисбаланс токов может привести к чрезмерным потерям в линии, потерям в статоре и роторе двигателя, неисправности реле, несимметричному измерению счетчиков.

Асимметрия напряжения также влияет на приводные системы переменного тока с регулируемой скоростью, в которых входной преобразователь состоит из трехфазных выпрямительных систем

Что такое балансировка нагрузки:

В сбалансированной системе полная активная/реактивная/полная мощность представляет собой просто сумму их соответствующих фазных мощностей. Проще говоря, электроэнергия, подаваемая в ваши помещения, идеальна и на 100% эффективна без потерь.

Преимущества балансировки нагрузки:

1. Уменьшает нейтральный обратный поток, экономя энергию.

2. Стабильные уровни напряжения на отдельных фазах.

3. Уменьшает повреждение оборудования.

4. Увеличенный срок службы провода.

5. Предотвращение пожара и других несчастных случаев. Нейтральная линия может не выдерживать больших токов и может привести к несчастным случаям.

Несимметричные 3-фазные нагрузки — Inst Tools

Важным свойством трехфазной сбалансированной системы является то, что сумма векторов трех линейных или фазных напряжений равна нулю, а сумма векторов трех линейных или фазных токов равна нулю. Когда три импеданса нагрузки не равны друг другу, суммы векторов и ток нейтрали (I _n ) не равны нулю, и поэтому нагрузка не сбалансирована. Дисбаланс возникает при появлении обрыва или короткого замыкания на нагрузке.

Если трехфазная система имеет несбалансированную нагрузку и несбалансированный источник питания, методы ремонта системы сложны. Поэтому мы будем рассматривать только несбалансированную нагрузку со сбалансированным источником питания.

Пример:

Сбалансированная система 3φ, как показано на рис. 16а, содержит нагрузку по схеме «звезда». Междуфазное напряжение составляет 240 В, а сопротивление в каждой ветви — 40 Ом.

Рисунок 16: Несбалансированная нагрузка 3φ

Найдите линейный ток и ток нейтрали для следующих условий нагрузки.

1. сбалансированная нагрузка
2. обрыв цепи фазы А (рис. 16b)
3. короткое замыкание в фазе А (рисунок 16в)

Решение: сбалансированная нагрузка

I _L  = 138,7/40

I _L  = 3,5 А

I _N  = 0

Решение: ответ для обрыва цепи фазы A

2. Ток в линиях B и C становится равнодействующей последовательно соединенных нагрузок в B и C.

I _В  = 240/40+40

I _B = 3 ампера

так, I _C = 3 ампера

I _N = I _{B +} I _C = 6 ампер

3.  Ответ на короткое замыкание в фазе А

I _В  = 240/40

I _B = 6 ампер

, поэтому I _C = 6 ампер

Ток в фазе А равен току нейтральной линии, I _A  = I _Н

Следовательно, I _N является векторной суммой I _B  = I _C

I _N  = √3 I _B

I _N  = 1.73 х 6

I _N  = 10,4 А

В случае неисправности соединение нейтрали нагрузки, соединенной звездой, будет проводить больший ток, чем фаза при сбалансированной нагрузке. На несбалансированные трехфазные цепи указывают аномально высокие токи в одной или нескольких фазах. Это может привести к повреждению оборудования, если дисбаланс сохранится.

Полный анализ несбалансированных трехфазных систем – Wira Electrical

Специальным методом работы с несимметричными трехфазными системами является метод симметричных компонентов, который выходит за рамки данного текста.Этому мы научимся в ближайшее время.

Обязательно сначала прочитайте «что такое трехфазная цепь».

После того, как мы узнаем о трехфазной цепи, мы узнаем:

1. Сбалансированное трехфазное напряжение
2. Сбалансированное трехфазное питание
3. Несимметричное трехфазное питание
4. Измерение трехфазной мощности

Несбалансированные трехфазные системы и понимание трехфазных систем было бы неполным без изучения и анализа несбалансированных трехфазных систем.

Неуравновешенная трехфазная система – не редкость при передаче и распределении электроэнергии.

Когда мы имеем дело с:

1. Сбалансированной трехфазной системой
2. Несбалансированной трехфазной системой

Нам нужно знать, что вызвало их «сбалансированность» или «несбалансированность».

Существует две причины этой несбалансированной системы:

1. Источники напряжения не равны по величине и/или имеют разные фазовые углы относительно фаз друг друга.
2. Полные сопротивления нагрузки не равны друг другу.

В сбалансированной системе мы всегда имеем:

1. Равные источники напряжения по величине и углу фазы. Например, трехфазная система с источником напряжения 120 В и частотой 50 Гц для каждой фазы.
2. Полное сопротивление равной нагрузки. Например, трехфазная система только с резистивными нагрузками или индуктивными нагрузками или емкостными нагрузками с одинаковым значением для всех линий.

Таким образом,

Несбалансированная система возникает из-за несбалансированных источников напряжения или несбалансированной нагрузки.

Также следует помнить, что несимметричный источник трехфазного напряжения — очень редкое явление.

Анализ несбалансированных трехфазных систем займет много времени. Следовательно, в этом посте мы будем предполагать, что каждая используемая нами схема имеет симметричные источники напряжения и несбалансированные импедансы нагрузки.

Несимметричная нагрузка в трехфазной системе

Трехфазная система является сбалансированной, если все линейные нагрузки равны друг другу. Если одну из нагрузок увеличить, то это будет несбалансированная система.

Почему?

Потому что эта линия потребляет больше тока, чем две другие.

Эффекты несбалансированной трехфазной системы

• Повышенный нагрев трехфазных двигателей.
• Сокращение срока службы машины из-за повышенного нагрева.
• Потери мощности I ² R увеличены.
• Электроприводы становятся ненадежными.

Свойства несбалансированной трехфазной системы

• Нарушена форма трехфазного сигнала.
• Линейные токи не равны друг другу.
• Нулевой провод необходим.
• Более высокие потери мощности.

Как решить несбалансированную трехфазную систему

Даже если мы имеем дело с трехфазными системами, мы все равно можем использовать сетку и узловой анализ. Конечно, KCL и KVL также полезны.

Обратите внимание на схему на рис. (1) ниже. Здесь мы имеем четырехпроводную несимметричную трехфазную систему, соединенную звездой, состоящую из:

• Сбалансированный трехфазный источник напряжения (не показан в схеме)
• Несимметричные сопротивления нагрузки, соединенные звездой (Z ₁ , Z ₂ и Z ₃ ).

Рис. 1. Несимметричная трехфазная нагрузка, соединенная звездой

Поскольку мы уже установили, что импедансы нагрузки несимметричны, все Z _A , Z _B и Z _C неравны.

Используя закон Ома, мы получаем линейные токи как:

(1)  

В сбалансированной трехфазной системе ток, создаваемый в нейтральной линии, должен быть равен нулю. Но здесь ток в нейтральной линии не равен нулю.

Применение KCL в узле N дает значение тока нейтральной линии как _a , I _b и I _c .Сюда входят трехфазные (и трехпроводные) системы треугольник-звезда, звезда-треугольник и треугольник-треугольник.

Если мы говорим о распределении и передаче электроэнергии на большие расстояния, мы имеем дело с несколькими трехпроводными системами с заземлением в качестве нейтрального проводника.

Для расчета мощности в несимметричной трехфазной системе необходимо найти мощность в каждой фазе.

Общая мощность не просто в три раза превышает мощность в одной фазе, а является суммой мощностей в трех фазах.

Несимметричные трехфазные системы Примеры проблем

1. Несимметричная нагрузка по схеме «звезда» на рис. (1) имеет симметричные источники напряжения 100 В и последовательность a c b. Рассчитайте линейные токи и ток нейтрали, если они известны.

Решение:

Используя уравнение (1), линейные токи равны

Используя уравнение (2), ток в нейтральной линии составляет

2. Обратите внимание на схему на рис. (2) ниже. Здесь мы имеем несимметричную схему с трехпроводным соединением звезда-звезда. Найти:
(а) линейные токи
(б) полную комплексную мощность, потребляемую нагрузкой
(в) полную комплексную мощность, отдаваемую источником.

Решение:

(a) Мы используем анализ сетки, чтобы найти требуемые токи. Для сетки 1

Или

(2.1)

Для сетки 2

Или

(2.1)2)

уравнений. (2.1) и (2.2) образуют уравнение матрицы:

детерминанты

сетчатые токи

токи линии

(B) мы можем Теперь вычислите комплексную мощность, поглощаемую нагрузкой.
для фазы A,

Общая комплексная мощность, поглощаемая нагрузкой

(C) Мы проверяем результат выше, найдя мощность предоставляется источником.