напряжение смещения нейтрали что такое

Напряжение смещения нейтрали в трехфазных цепях

Как уже писалось (например, здесь) нейтралью называют общую точку обмоток электрических машин при соединении в схему звезда, при соединении в схему треугольник для получения нейтральной точки можно использовать схему “скользящий треугольник”.

Синонимом понятия “смещение нейтрали” является выражение “перекос фаз”. Оба эти словосочетания используются в лексиконе и профессиональной среде электриков.

В данной статье будем рассматривать смещение нейтрали у нагрузки. Для начала выведем формулу для расчета напряжения смещения нейтрали, для этого нарисуем схему замещения трехфазной сети, где в обычном режиме напряжения фаз представляют собой синусоиды, которые при равномерной нагрузке фаз сдвинуты на 1200 и в любой момент времени их сумма равна 0. В нашем же случае, нагрузка будет неравномерная, что приведет к смещению нейтрали, что можно увидеть по рисунку с векторными диаграммами.

Напряжение смещения нейтрали определяется по следующей формуле:

Под смещением нейтрали понимают, что между нулевым проводом источника и нагрузки возникает напряжение, а по нулевому проводу течет ток. Но, это в случае, если нулевые провода соединены. Если же нулевой провод источника и нагрузки не соединен, то смещение нейтрали может вызвать нарушение магнитного равновесия в трансформаторе.

Идеальный случай (симметричная нагрузка), при котором смещения нейтрали не происходит, сумма напряжений в любой момент времени равна нулю, линейные трех фаз составляют

При данном стечении обстоятельств, происходит смещение нейтрали, которому соответствует отрезок 00’ на рисунке сверху слева, который и создает ток в нулевом проводе. Смещения в ту или иную сторону точки 0’ от точки 0 будет зависеть от характера нагрузки. В данном примере нагрузка однородная, но неравномерная, различающаяся по величине, но не по типу.

В случае с разнородной неравномерной нагрузкой нейтральная точка нагрузки (0’) вышла за пределы треугольника. Значения же фазных напряжений на нагрузке превышают это значение на источнике питания в несколько раз. Однако, не следует забывать, что это смещение происходит только на нагрузке, а не на источнике питания.

Неоднородность нагрузки будет влиять на источник питания (трансформатор или генератор), только, если относительно источника эта нагрузка будет велика. В этом случае может произойти нарушение магнитной устойчивости трансформатора.

Следует помнить, чем выше нагрузка, тем большее влияние на систему она может оказывать, аналогично, как большие двигатели серьезнее просаживают напряжение на шинах при перерывах питания на электростанциях.

Источник

Напряжение смещения нейтрали что такое

Трехфазные цепи являются разновидностью цепей синусоидального тока, и, следовательно, все рассмотренные ранее методы расчета и анализа в символической форме в полной мере распространяются на них. Анализ трехфазных систем удобно осуществлять с использованием векторных диаграмм, позволяющих достаточно просто определять фазовые сдвиги между переменными. Однако определенная специфика многофазных цепей вносит характерные особенности в их расчет, что, в первую очередь, касается анализа их работы в симметричных режимах.

Расчет симметричных режимов работы трехфазных систем

Многофазный приемник и вообще многофазная цепь называются симметричными, если в них комплексные сопротивления соответствующих фаз одинаковы, т.е. если . В противном случае они являются несимметричными. Равенство модулей указанных сопротивлений не является достаточным условием симметрии цепи. Так, например трехфазный приемник на рис. 1,а является симметричным, а на рис. 1,б – нет даже при условии: .

Если к симметричной трехфазной цепи приложена симметричная трехфазная система напряжений генератора, то в ней будет иметь место симметричная система токов. Такой режим работы трехфазной цепи называется симметричным. В этом режиме токи и напряжения соответствующих фаз равны по модулю и сдвинуты по фазе друг по отношению к другу на угол . Вследствие указанного расчет таких цепей проводится для одной – базовой – фазы, в качестве которой обычно принимают фазу А. При этом соответствующие величины в других фазах получают формальным добавлением к аргументу переменной фазы А фазового сдвига при сохранении неизменным ее модуля.

Так для симметричного режима работы цепи на рис. 2,а при известных линейном напряжении и сопротивлениях фаз можно записать

,

где определяется характером нагрузки .

Тогда на основании вышесказанного

;

.

Комплексы линейных токов можно найти с использованием векторной диаграммы на рис. 2,б, из которой вытекает:

При анализе сложных схем, работающих в симметричном режиме, расчет осуществляется с помощью двух основных приемов:

Все треугольники заменяются эквивалентными звездами. Поскольку треугольники симметричны, то в соответствии с формулами преобразования «треугольник-звезда» .

Так как все исходные и вновь полученные звезды нагрузки симметричны, то потенциалы их нейтральных точек одинаковы. Следовательно, без изменения режима работы цепи их можно (мысленно) соединить нейтральным проводом. После этого из схемы выделяется базовая фаза (обычно фаза А), для которой и осуществляется расчет, по результатам которого определяются соответствующие величины в других фазах.

Пусть, например, при заданном фазном напряжении необходимо определить линейные токи и в схеме на рис. 3, все сопротивления в которой известны.

В соответствии с указанной методикой выделим расчетную фазу А, которая представлена на рис. 4. Здесь , .

Тогда для тока можно записать

,

и соответственно .

Расчет несимметричных режимов работы трехфазных систем

Если хотя бы одно из условий симметрии не выполняется, в трехфазной цепи имеет место несимметричный режим работы. Такие режимы при наличии в цепи только статической нагрузки и пренебрежении падением напряжения в генераторе рассчитываются для всей цепи в целом любым из рассмотренных ранее методов расчета. При этом фазные напряжения генератора заменяются соответствующими источниками ЭДС. Можно отметить, что, поскольку в многофазных цепях, помимо токов, обычно представляют интерес также потенциалы узлов, чаще других для расчета сложных схем применяется метод узловых потенциалов. Для анализа несимметричных режимов работы трехфазных цепей с электрическими машинами в основном применяется метод симметричных составляющих, который будет рассмотрен далее.

При заданных линейных напряжениях наиболее просто рассчитываются трехфазные цепи при соединении в треугольник. Пусть в схеме на рис. 2,а . Тогда при известных комплексах линейных напряжений в соответствии с законом Ома

; ; .

По найденным фазным токам приемника на основании первого закона Кирхгофа определяются линейные токи:

.

Искомые углы a и b могут быть также найдены аналитически на основании теоремы косинусов:

При соединении фаз генератора и нагрузки в звезду и наличии нейтрального провода с нулевым сопротивлением фазные напряжения нагрузки равны соответствующим напряжениям на фазах источника. В этом случае фазные токи легко определяются по закону Ома, т.е. путем деления известных напряжений на фазах потребителя на соответствующие сопротивления. Однако, если сопротивление нейтрального провода велико или он отсутствует, требуется более сложный расчет.

Рассмотрим трехфазную цепь на рис. 6,а. При симметричном питании и несимметричной нагрузке ей в общем случае будет соответствовать векторная диаграмма напряжений (см. рис. 6,б), на которой нейтральные точки источника и приемника занимают разные положения, т.е. .

Разность потенциалов нейтральных точек генератора и нагрузки называется напряжением смещения нейтральной точки (обычно принимается, что ) или просто напряжением смещения нейтрали. Чем оно больше, тем сильнее несимметрия фазных напряжений на нагрузке, что наглядно иллюстрирует векторная диаграмма на рис. 6,б.

Для расчета токов в цепи на рис. 6,а необходимо знать напряжение смещения нейтрали. Если оно известно, то напряжения на фазах нагрузки равны:

.

Тогда для искомых токов можно записать:

.

Соотношение для напряжения смещения нейтрали, записанное на основании метода узловых потенциалов, имеет вид

.

(1)

При наличии нейтрального провода с нулевым сопротивлением , и из (1) . В случае отсутствия нейтрального провода . При симметричной нагрузке с учетом того, что , из (1) вытекает .

В качестве примера анализа несимметричного режима работы цепи с использованием соотношения (1) определим, какая из ламп в схеме на рис. 7 с прямым чередованием фаз источника будет гореть ярче, если .

Запишем выражения комплексных сопротивлений фаз нагрузки:

Тогда для напряжения смещения нейтрали будем иметь

Напряжения на фазах нагрузки (здесь и далее индекс N у фазных напряжений источника опускается)

Таким образом, наиболее ярко будет гореть лампочка в фазе С.

В заключение отметим, что если при соединении в звезду задаются линейные напряжения (что обычно имеет место на практике), то с учетом того, что сумма последних равна нулю, их можно однозначно задать с помощью двух источников ЭДС, например, и . Тогда, поскольку при этом , соотношение (1) трансформируется в формулу

.

(2)

Контрольные вопросы и задачи

Определить ток в нейтральном проводе.

Ответ: .

Определить ток в нейтральном проводе.

Ответ: .

Определить фазные напряжения на нагрузке.

Ответ: ; ; .

Определить фазные напряжения на нагрузке.

Ответ: ; ; .

Источник

Перекос фаз, расфазовка или – смещение нейтрали

Для тех, кто еще не знает, открою истину, а другим напомню, что ток передается от электростанции к потребителю по трем фазам через повышающие трансформаторы напряжения и нулевой провод в этом случае не используется. А вот после того, как напряжение понижается и приходит к потребителю мы к этим трем фазам получаем и такое счастье, как нулевой провод. Когда внезапно пропадает контакт между нулем понижающего трансформатора (со станции, подстанции, ВРУ и т.д. и т.п.) и нулевым проводом в электрическом стояке возникает такое явление, которое называется смещением нейтрали. Напряжения в фазах сдвинуты друг относительно друга на угол 120°. Очень часто не сильно грамотные электрики называют это перекосом фаз, но на самом деле перекос фаз означает изменение угла между фазами вследствие несимметричности нагрузки, что сделать крайне нереально. Даже несимметричная нагрузка может привести лишь к тому, что вы не сможете использовать вашу электросеть с полной нагрузкой. Предположим, есть три фазы с максимальным значением 16 ампер. Вы всю свою нагрузку подключили к одной фазе, вместо возможных 10,5 кВт вы получите только 3,5 кВт. Но абсолютно ничего страшного в этом нет.

Теперь о «расфазовке». Этот термин используют совсем неграмотные электрики. У фаз существует порядок АВС. Этот порядок важен только на этапе монтажа и проектирования. Важность его заключается в том, что трехфазные двигатели вращаются вправо или влево, как раз, вследствие изменения чередования фаз. Так что под сленгом «расфазовка» (такого термина вообще не существует) правильнее будет использовать термин — порядок чередования фаз.

Смещение нейтрали

Ну вот, с терминами разобрались, осталось узнать, что такое смещение нейтрали, каковы признаки и как оно возникает.

Так выглядит треугольник-звезда напряжений в исправной электросети. Между вершинами треугольника, то есть между фазами напряжение 380 вольт и это напряжение называется линейным. А вот между любой фазой и нулем, привычное нам, напряжение 220 вольт и оно называется фазным.

Снова немного окунемся в теорию. В трехфазной сети есть такая особенность, что по нулевому проводу ток максимальный в том случае, если загружена ТОЛЬКО одна фаза. При симметричной нагрузке всех трех фаз ток в нулевом проводе равен нулю.

Итак, в подъезд подается три фазы, дальше фазы в определенном порядке подаются в разные квартиры с целью хотя бы приблизительно обеспечить симметрию нагрузки, а вот ноль идет абсолютно во все квартиры. Схематично и упрощенно это можно представить в виде трех розеток.

А теперь представьте себе, что автомат защиты выбран неправильно, нагрузка несимметрична и по нулевому проводу начинает протекать очень большой ток, который вызывает нагрев провода. В конце концов, ноль отгорает. Или ноль после ремонтных работ электрик по своей халатности забывает присоединить на место.

Дальше, в любую розетку мы включим лампочку, но две других трогать не будем.

И ничего не произойдет. В том плане, что лампочка не загорится. Она попросту будет кусочком провода, который соединит фазу «А» с бывшим нулевым проводом и бывший нулевой провод просто станет продолжением фазы «А», но только подключенным через лампочку. Теперь посмотрим, что будет на диаграмме:

А видим мы следующее, что теперь между бывшим нулевым проводом и двумя другими фазами («С» и «В») будет напряжение 380 вольт. Включаем еще одну точно такую же лампочку в другую розетку.

Теперь между бывшим нулевым проводом и каждой из фаз «А» или «В» напряжение будет около 190-200 вольт, а фазой «С» около 360 вольт.

Ну и в завершении, если мы включим еще одну такую же лампочку в третью розетку, мы снова получим диаграмму, как на самом верхнем рисунке.

Делаем выводы. Чем больше нагрузка в фазе при обрыве нулевого провода, тем сильнее падает напряжение в этой фазе, но возрастает в других. Угадать, что будет через секунду в такой сети просто нереально. Очень хорошо видно, что нулевая точка смещается относительно фазных проводников и относительно нулевой точки, как таковой, и именно поэтому такое явление называется – смещением нейтрали. Говорить о перекосе фаз в этом случае тоже не получается, фазы остаются на месте, напряжение между ними неизменно, угол сдвига фаз равен 120° — изменяется потенциал (напряжение) нулевого провода относительно фаз и относительно нулевой точки понижающего трансформатора. «Расфазировки» тоже не происходит – порядок фаз не меняется. Но что в этом случае страшно, это короткое замыкание одной из фаз. Если при включении-выключении приборов ноль просто гуляет, нагрузка более или менее равномерна, то при коротком замыкании (якобы коротком, потому что ноль оборван) на одной фазе, на двух соседних напряжение сразу поднимется минимум до 360 вольт, а максимум до 400. При целом нулевом проводе и надежном контакте смещение нейтрали тоже происходит, но в пределах 1-3%. При большой несимметричности нагрузки всё, что может произойти это просадка напряжения в одной из фаз, просто потому, что проводник фазы не справляется с нагрузкой и происходит очень небольшое смещение нейтрали, но напряжение в соседних фазах при этом если и повысится, то на 1-5 вольт, не больше. Так что, если в вашем доме начали перегорать лампочки, бытовые приборы и другое электрооборудование по вечерам или утрам, или наоборот, вы не можете пользоваться бытовыми приборами из-за нехватки напряжения, запросто может оказаться, что оборвался нулевой провод на электрическом стояке. Запомните одну простую вещь, на смещение нейтрали указывает понижение напряжения на одной (двух фазах), но при этом на соседних двух (одной – соответственно) фазах напряжение ЗНАЧИТЕЛЬНО ПОВЫШАЕТСЯ. Выражаясь техническим языком: нейтральный провод обеспечивает СИММЕТРИЮ фазных напряжений при НЕСИММЕТРИЧНОЙ нагрузке. Именно для этого делается перемычка на вводе между заземляющей и нулевой шинкой, чтобы снизить смещение нейтрали (Заземление нулевого провода). И именно поэтому рекомендуется выключать электроприборы из розеток, когда вы ими не пользуетесь, потому что никогда не угадаешь, когда произойдет обрыв нулевого провода. Чтобы защитить себя от последствий смещения нейтрали можно установить реле контроля напряжения, подробнее об этом можно почитать в этой статье.

Источник