Трёхфазные цепи при соединении фаз нагрузки по схеме «звезда» без нулевого провода.

Как изменятся фазные токи при обрыве линейного провода?

Обрыв линейного провода (например, А). В этом режиме ток и напряжение на нагрузке Zbc

не изменится, а на нагрузках
Zab
и
Zca
уменьшатся в 2 раза, так как они оказываются включенными последовательно под то же напряжение
UBC
(рис. 10.5,
в
). Линейные токи
IB
и
IC
будут равны 1,5
Iф
и, следовательно, уменьшатся по сравнению с исходным симметричным режимом, когда они были равны
(рис. 10.5,в
).

Как определить перекос фаз

Самым простым и поэтому наиболее применяемым является контроль по максимальному отклонению фазных токов. С помощью токовых клещей измеряется сила тока при максимально полной нагрузке на каждом проводнике отдельной фазы в ВРУ или РЩ. Размеры клещей достаточно компактны, чтобы подлезть к любому проводнику, находящемуся в стесненных условиях среди других проводников.

После того как определите и зафиксируете показания следует выполнить легкий сравнительный расчет на отклонения фазных токов. Показания должны соответствовать нормам.

Как изменятся линейные токи при обрыве линейного провода?

Как изменятся токи в фазах приемника при обрыве линейного провода

А. [1]

Построить векторную диаграмму напряжений и токов при обрыве линейного провода трехфазной сети

и привести соображения о влиянии этого вида повреждения на режим работы отдельных приемников. [2]

Как изменятся токи или напряжения в цепи при обрыве линейного провода

или коротком замыкании фазы. Подобные режимы возникают при неисправностях в приемниках энергии, перегорании предохранителя и других аномалиях в цепи. [3]

Из схемы рис. 4.26 видно, что при обрыве линейного провода

А фазы ab и са окажутся соединенными последовательно и, следовательно, их общее сопротивление возрастет вдвое. [4]

Таким образом, и в случае соединения треугольником при обрыве линейного провода

мощность потребителя уменьшается вдвое. [5]

Осветительная сеть.| Частные случаи несимметричной нагрузки.

Из диаграммы видно, что система трехфазного переменного тока при обрыве линейного провода

превратилась в однофазную. [6]

При наличии нейтрального провода для электроприемников, приключенных к неповрежденным линейным проводам, обрыв чужого линейного провода

практически не ощущается. При отсутствии нейтрального провода фазные напряжения на зажимах обоих последовательно соединенных электроприемников пропорциональны величинам их полных сопротивлений. Преобладание в одной из этих фаз индуктивной нагрузки, а в другой — емкостной нагрузки может привести к резонансу напряжений с установлением значительных перенапряжений на зажимах электроприемников и к резкому увеличению потребляемого тока. [7]

Стационарный пульт ЦПА-П позволяет производить опробование тормозов и выявлять основные неисправности электропневматических тормозов: обрыв линейного провода

или его отводов, неисправность электровоздухораспределителей и межвагонных соединений, к

Нормы на перекос фаз

На практике не существует работающих трехфазных сетей, в которых отсутствует перекос фаз. Это связано с особенностями электрического оборудования, принцип работы которых с точки зрения экономической целесообразности исключает симметричное исполнение (сварочные аппараты, индукционные печи, потребители бытовой сферы). Кроме этого, например, в многоквартирных домах появляется вероятностный фактор, связанный с отсутствием какой — либо системы в подключении электрической бытовой техники. Наличие нескольких импульсных источников питания, например для компьютеров, делает их поведение непредсказуемым в трехфазной сети.

Помимо равномерного распределения нагрузки по фазам проектировщикам следует учитывать вышеперечисленные факторы для поставки пользователям определенного качества электроэнергии. В некоторых случаях трудноразрешимую задачу позволяют решить регламенты на допустимый перекос фаз, обозначенные в следующих нормативных документах: ПУЭ (Правила Устройства Энергоустановок), ГОСТ 31098 – 97 определяющим нормы качества электроэнергии и сводом правил СП31-110.

Параметры, превышение которых недопустимо:

• максимальное отклонение фазных токов: для измеренных во вводном распределительном устройстве (ВРУ) — 15 %,
• для измеренных в распределительном щите (РЩ) — 30 %.

Вышеуказанные нормативы должны соблюдаться на всех возможных режимах работы трехфазных электрических сетей. Исключения составляют режимы, вызванные Форс — Мажорными обстоятельствами.

Устранение перекоса фаз

Если результаты замеров выявят наличие несимметричности напряжений фаз, следует принять меры чтобы устранить перекос. Защита от перекоса фаз в трехфазной сети выполняется следующими способами.

• На этапе проектирования следует равномерно распределить нагрузку по фазам. Приборы, имеющие однофазное питание не должны сосредотачиваться на одном проводнике, оставляя незагруженными другие. Кроме количественного распределения по фазам следует учитывать мощностные характеристики электрических устройств.
• В ранее введенных в эксплуатацию трехфазных сетях, где каждая фаза не рассчитывалась на перегрузку при возможности следует поменять схему потребления энергии. В условиях кризисной ситуации необходимо поменять мощность потребителя.
• Недостаточно эффективный способ обеспечить необходимое напряжение на каждой фазе трехфазной цепи это применение стабилизаторов напряжения.

• Использование в трехфазной системе питания симметрирующего трансформатора позволяет выравнивать напряжение не только на отдельной конкретной фазе, а обеспечивать симметричность напряжений на всех трех согласно требуемых норм.

• Стабилизатор напряжения, симметрирующий трансформатор это дорогие устройства, не всегда есть возможность их применить. Существует достаточно простой и эффективный способ не допустить критического перекоса фаз — применение специального реле.

Если параметры трехфазной сети выходят за пределы установленного диапазона реле отключит источник питания. Когда параметры восстановятся до приемлемых значений, реле самостоятельно возобновит подачу питания.

Ответственное отношение к равномерному распределению нагрузки по фазам не гарантирует избежать перекос. От обрыва нулевого провода никто не застрахован, соединительный контакт может от перегрева «отгореть» в любой момент. Поэтому к рекомендациям по оборудованию трехфазной сети приборами защиты от перекоса следует прислушаться. Единовременные затраты сохранят работоспособность более дорогому электрическому оборудованию, работающему от трехфазной сети.

Возможные последствия

Последствия обрыва нуля в трехфазной сети иногда бывают чрезмерно опасными. Независимо от используемой системы заземления при отгорании нулевой жилы в подключенных к такому кабелю квартирах появляются высокие потенциалы. Из-за сильного перекоса на некоторых линиях электропроводки появятся напряжения, достигающие 380 Вольт. На других ответвлениях от 3-х фазного ввода, наоборот, они могут снизиться практически до нуля.

Если обрыв нуля случился на одной из квартирных линий, защищенной отдельным автоматом, прежде всего перестанут работать все подключенные к ней электрические устройства. Кроме того, если нет нуля а фаза в сети есть, опасный потенциал 220 Вольт через постоянно включенные нагрузки попадет на земляную клемму. В итоге в розетке окажется еще одна фаза, что очень опасно при отсутствии нормального заземления.

При любом случайном пробое изоляции в стиральной машине, например, опасному потенциалу будет некуда стекать, так как земляной провод оборван. Для потребителя, стоящего на связанном с землей бетонном полу, это представляет большую опасность, поскольку весь ток потечет через него.

Короткое замыкание в цепи, питающейся от шин неизменного напряжения

На рис.1 показана простая симметричная трехфазная цепь с активноиндуктивным сопротивлением, что характерно для большинства реальных электрических сетей. Цепь питается от источника, у которого в нормальном режиме работы и при КЗ на зажимах сохраняется симметричная и неизменная по значению трехфазная система напряжений. Векторная диаграмма рассматриваемой цепи для нормального режима работы показана на рис.2,а. Угол φ между током и напряжением каждой фазы определяется соотношением активных и индуктивных сопротивлений всей цепи, включая нагрузку.

Рис.1. Трехфазная симметричная цепь, питаемая от шин неизменного напряжения (от источника бесконечной мощности)

Рис.2. Векторные диаграммы токов и напряжений: а — в нормальном режиме; б — при трехфазном коротком замыкании

Короткое замыкание делит цепь на две части: правую с сопротивлениями r1 и x1 = ωL1 в каждой фазе и левую, содержащую источник питания и сопротивления цепи КЗ rK и xK = ωLK. Процессы в обеих частях схемы при трехфазном КЗ протекают независимо.

Правая часть рассматриваемой цепи оказывается зашунтированной КЗ, и ток в ней будет поддерживаться лишь до тех пор, пока запасенная в индуктивности L1 энергия магнитного поля не перейдет в тепло, выделяющееся в активном сопротивлении r1. Этот ток при активно-индуктивном характере сопротивления цепи не превышает тока нормального режима и, постепенно затухая до нуля, не представляет опасности для оборудования.

Изменение режима в левой части цепи, содержащей источник питания, при наличии индуктивности LK также сопровождается переходным процессом. Из курса «Теоретические основы электротехники» известно уравнение, описывающее этот процесс:

(1)

где u и i — соответственно мгновенные значения напряжения и тока рассматриваемой фазы.

Решение этого уравнения дает выражение для мгновенного значения тока в любой момент времени t от начала КЗ:

(2)

где Um — амплитудное значение фазного напряжения источника; ZK — полное сопротивление присоединенного к источнику участка цепи (цепи КЗ); α — фазовый угол напряжения источника в момент t = 0; φK — угол сдвига тока в цепи КЗ относительно напряжения источника той же фазы; Тa — постоянная времени цепи КЗ:

(3)

Как видно из (2), полный ток КЗ слагается из двух составляющих: вынужденной, обусловленной действием напряжения источника (первый член в правой части уравнения), и свободной, обусловленной изменением запаса энергии магнитного поля в индуктивности LK (второй член уравнения).

Вынужденная составляющая тока КЗ имеет периодический характер с частотой, равной частоте напряжения источника. Называют эту составляющую обычно периодической составляющей тока КЗ

(4)

где Iп,m — амплитудное значение периодической составляющей тока.

Угол сдвига φK между векторами тока и напряжения определяется соотношением активных и индуктивных сопротивлений цепи КЗ. Для реальных цепей обычно хK » rK и φK = 45-90°. Векторная диаграмма для периодической составляющей КЗ при φK = 90° показана на рис.2,б. Свободная составляющая тока

(5)

имеет апериодический характер изменения, на основании чего эту составляющую тока называют также апериодической составляющей тока КЗ.

Начальное значение апериодической составляющей тока КЗ в каждой фазе определится по выражению (2) для момента времени t=0:

(6)

здесь iK,0 — начальное значение тока КЗ, которое с учетом невозможности изменения тока скачком в цепи с индуктивностью равно i(0) — току предшествующего режима в данной фазе к моменту t=0. Значение периодической составляющей тока при t=0 определится как

(7)

Представляют определенный интерес условия возникновения максимально возможного значения полного тока КЗ и его апериодической составляющей. Из (6) и (7) при xK » rK и φK≈90° следует, что максимальное значение тока ia,0 будет в случае, если напряжение в момент возникновения КЗ проходит через нулевое значение (α=0) и тока в цепи до КЗ нет, т.е. i(0)=0. При этом ia,0=Iп,m. Кривая изменения тока при условии максимального значения апериодической составляющей тока показана на рис.4. Здесь ia,0=Iп,m.

Рис.3. Изменение тока КЗ в цепи, питаемой от шин неизменного напряжения при максимальном значении апериодической составляющей

Максимальное мгновенное значение полного тока наступает обычно через 0,01 с после начала процесса КЗ (рис.3). Оно носит название ударного тока и обозначается iy. Ударный ток определится из (2) для момента времени t=0,01с:

(8)

или

(9)

где ky — ударный коэффициент, зависящий от постоянной времени цепи КЗ:

(10)

Переходный процесс в случае питания от шин неизменного напряжения завершается после затухания апериодической составляющей тока, и далее полный ток КЗ равен его периодической составляющей, неизменной по амплитуде.

Действующее значение тока для произвольного момента времени КЗ t равно:

периодической составляющей

(11)

апериодической составляющей

(12)

полного тока КЗ

(13)

Последствия обрыва нуля в трехфазной сети

Расскажу случаи из жизни.

1. Электрики ремонтировали ввод в подъезд. И во время ремонта на несколько секунд был отключен рабочий ноль. Произошло очень неприятное: вернувшись домой вечером, люди обнаружили, что у них погорели телевизоры, холодильники, зарядки, и т.п. – то, что у нас постоянно включено в розетки. Хорошо, что ещё не произошел пожар.
2. Пришёл по вызову, жалоба – плавает напряжение. Меряю напряжение (всё выключено) – почти 300 вольт. Затем при включении лампы накаливания напряжение падает до 70В… Оказалось, в этажном щитке выгорел болт, на который приходит ноль. Произошел обрыв нуля, перекос фаз, напряжения пошли вразнос. Заменил болт, восстановил контакт, напряжение нормализовалось.

   Болт нуля. Ржавый, периодически не контачит!!! Если его менять без отключения, 100% в подъезде погорит техника!

   Статья, как я менял там электрощиток – тут.

3. Меня вызывали в рекламно-издательскую фирму. По предварительным оценкам, ущерб более 100 тыс.руб., а всё из-за плохого контакта на нулевой шине:

Отгорание нуля от нулевой шины

Нулевой провод отгорел от второго болта. Видно, как он отвалился под натяжением. Прежде, чем отвалиться, он ПОЧТИ переплавил изоляцию фазных проводов (вертикальные, красный и белый).

Сервер ещё не включали, возможно, интеллектуальный ущерб будет больше…

На месте этой трагедии я установил трехфазное реле напряжения Барьер, читайте статью по ссылке.

Как видно, такие проблемы происходят из-за неправильных действий “электриков” либо из-за самопроизвольного обрыва (отгорания) нулевого провода в старом жилом фонде.

В этой статье подробно расскажу, почему такое бывает и как с этим бороться.