а) Нулевой провод необходим, чтобы напряжения на фазах нагрузки оставалось одинаковыми в случае неравномерной нагрузки (не было перекоса фаз);
б) Нулевой провод необходим на случай аварийного режима:
— Короткое замыкание фазы. В случае если нет нулевого провода, то на оставшихся фазах нагрузки, вместо фазного напряжения будет действовать линейное напряжение (в корень из 3 раз большее), что приведет к выходу оборудования из строя. В случае если нулевой провод подключен, напряжение на нагрузках не изменится.
— Обрыв фазы. При отсутствии нулевого провода оставшиеся фазы оказываются соединены последовательно и включены на линейное напряжение, следовательно, напряжение на них уменьшится. В случае если нулевой провод подключен, напряжение на нагрузках не изменится.
Практически ток в нулевом проводе в 2 – 3раза меньше тока в линейных проводах, в связи с этим нулевой провод выполняется меньшим сечением. Обрыв нулевого провода крайне нежелателен, в связи с этим предохранители в него не ставят.
Пример:
Нагрузка соединена звездой,
Характер нагрузки индуктивный. Определить: IФ, IЛ, RФ, P, S, Q.
Решение:
Ток в нулевом проводе равен 0, следовательно, нагрузка равномерная.
Определим мощности цепи:
Построим векторную диаграмму:
Источник: referatwork.ru
Чтобы в трехфазной системе можно было одновременно пользоваться двумя различными напряжениями (например, 380 В — для питания электродвигателей и 220 В — для питания электрических ламп и других однофазных потребителей) применяют четырехпроводную систему электроснабжения.
тырехпроводная линия трехфазной системы имеет четыре провода: три линейных, по которым протекают линейные токи IA, IB, IC и один нулевой (нейтральный) провод, предназначенный для поддержания одинаковых значений фазных напряжений на всех трех фазах потребителя. По нулевому проводу может протекать уравнительный ток I0, называемый нулевым или нейтральным током. Такая система соединения обмоток трехфазного генератора и приемников (потребителей) называется «звездой» и показана на рисунке..
Для расчета трехфазной цепи применимы все методы, используемые для расчета линейных цепей. Обычно сопротивления проводов и внутреннее сопротивление генератора меньше сопротивлений приемников, поэтому для упрощения расчетов таких цепей (если не требуется большая точность) сопротивления проводов можно не учитывать (ZЛ = 0, ZN = 0). Тогда фазные напряжения приемника Ua, Ub и Uc будут равны соответственно фазным напряжениям источника электрической энергии(генератора или вторичной обмотки трансформатора), т.е. Ua = UA; Ub = UB; Uc = UC. Если полные комплексные сопротивления фаз приемника равны Za = Zb = Z c, то токи в каждой фазе можно определить по формулам:
İa = Úa / Za;
İb = Úb / Zb;
İ c = Ú c / Z c.
В соответствии с первым законом Кирхгофа ток в нейтральном проводе:
İN = İa + İb + İc = İA + İB + İC.
Векторная диаграмма напряжений четырехпроводной трехфазной цепи:
Из диаграммы видно, что UЛ = √3 UФ
Нулевой (нейтральный) провод необходим для выравнивания фазных напряжений нагрузки, когда сопротивления этих фаз различны. Благодаря нейтральному проводу, каждая фаза нагрузки оказывается включенной на фазное напряжение генератора, которое практически не зависит от величины тока нагрузки, так как внутреннее падение напряжения в фазе генератора незначительно. Поэтому напряжение на каждой фазе нагрузки будет практически неизменным при изменениях нагрузки.
Источник: life-prog.ru
Несимметричный режим– режим, когда сопротивления фаз не равны по значению и характеру
Когда режим несимметричный в трехфазной цепи, по схеме звезда – возникает ток нейтрального провода.
Нейтральный провод предназначен для выравнивания напряжения на фазах потребителя при несимметричной нагрузке.
Соединение потребителей звездой с нейтральным проводом, обладающим сопротивлением.
Во избежание разрыва цепи нейтрального провода, а это аварийный режим, предохранители на нейтраль не ставят.
Соединение приемников треугольником. Симметричный режим.
Соединение приемников треугольником. Несимметричный режим.
При несимметричной нагрузке звездой без нулевого провода (несимметричный режим), сопротивления фаз неодинаковы: Za не равно Zb не равно Zc. Вследствие этого появляется напряжение смещения нейтрали, которое можно определить по формуле:
При включении и выключении приемников, проводимости фаз Ya, Yb и Yc изменяются произвольным образом, что приводит к изменению напряжения смещения нейтрали Un, ведущее, в свою очередь, к произвольному изменению напряжений на фазах нагрузки. Подавляющее большинство электросиловых приемников функционирует только при номинальном питающем напряжении. Поэтому соединение звездой без нулевого провода для несимметричной или изменяемой нагрузки практически не используется вследствие невозможности обеспечить номинальное питающее напряжение.
Аварийные режимы трехфазной цепи.
Ситуация обрыва фазы приемника при включенном нейтральном проводе.
Произошел обрыв фазы и вместе с ним смещение нейтральной точки .
Нагрузки Zc и Zb теперь находятся под линейным напряжением Ubc. На них падает напряжение каждой нагрузки .
Нагрузка не выйдет из строя, но будет работать не в номинальном режиме.
Теперь разберем ситуацию с коротким замыканием.
При этом режиме происходит смещение напряжения нейтральной точки на Ea. Поэтому напряжение на фазе А равно нулю, так как А и N – это одна и та же точка, а фазы B и С будут находится под линейными напряжениями Uab и Uac. Это в √3 раз больше нормального фазного напряжения. Вследствие этого нагрузка выйдет из строя.
При несимметричной нагрузке и отключенном нейтральном проводе, происходит смещение нейтральной точки приемника из центра треугольника линейных напряжений. В результате этого изменяются фазные напряжения приемника электрической энергии.
Мощность трехфазной цепи. Измерение мощности.
Активная мощность, отдаваемая трехфазным генератором и потребляемая трехфазным потребителем, определяется суммой активных мощностей каждой фазы потребителя.
При равномерной нагрузке:
При соединении звездой:
При соединении треугольником:
Источник: cyberpedia.su