Как вычислить ток в нейтральном проводе

6

Как найти ток в нейтральном проводе?

В трехфазной линейной цепи с тремя одинаковыми резистивными или реактивными нагрузками нейтраль не имеет тока. Нейтраль проводит ток, если нагрузки на каждой фазе не идентичны. . Если нейтраль меньше фазных проводов, она может быть перегружена, если возникнет большая несимметричная нагрузка.

Как рассчитать ток нейтрали?

Если A, B и C — три фазных тока, формула для определения тока нейтрали представляет собой квадратный корень из следующего: (A ^ 2 + B ^ 2 + C ^ 2 — AB — AC — BC).

Можете ли вы измерить ток на нейтральном проводе?

Утверждение, что измерение мощности — это «нейтральный замер вместо линейного», упускает из виду суть измерения мощности. Вы не можете измерить мощность от одного провода, идущего к нагрузке. Можно измерить ток на одном проводе и он будет одинаковым на любом из проводов при условии отсутствия утечки на землю.

Можно ли получить ток от нейтрального провода?

В нормальных условиях нейтральный проводник не ударит током. Но если нейтраль в какой-то момент выйдет из строя, вы получите шок. Нейтраль следует рассматривать как токоведущий провод и перед прикосновением к ней должным образом изолировать.

Могу ли я использовать землю как нейтраль?

земля и нейтраль — оба провода. если они не связаны вместе с другими цепями и не возвращаются к панели «домой», нет никакой разницы между двумя цепями, где они оба оказываются на одной и той же шине в коробке.

Что такое 3-фазный нейтральный?

Нейтральный провод позволяет трехфазная система для использования более высокого напряжения при одновременной поддержке однофазных устройств с более низким напряжением. В ситуациях распределения высокого напряжения обычно не бывает нейтрального провода, поскольку нагрузки можно просто подключить между фазами (соединение фаза-фаза).

Какой ток нейтрали в 3 фазах?

В идеальной сбалансированной синусоидальной трехфазной системе питания ток нейтрали представляет собой векторную сумму трех фазных токов, должно быть равно нулю. В нормальных условиях эксплуатации возникает некоторая асимметрия фаз, приводящая к небольшому току нейтрали. Нелинейные нагрузки потребляют сильно искаженный фазный ток.

Сколько ампер должно быть на нейтрали?

Чтобы уравновесить нагрузку двух цепей, выключатели должны быть на разных горячих шинах или «ножках» сервисной панели. Таким образом, сила тока двух цепей нейтрализует друг друга, когда питание возвращается в сеть на нейтрали. В этом случае ток на нейтрали будет 1 ампер: 8 – 7 = 1.

Почему на нулевом проводе нет напряжения?

В электротехнике, когда мы говорим, что напряжение в точке X равно V, мы фактически измеряем напряжение между точкой X и неявной другой точкой, называемой «землей». В электросети «нейтраль» по определению является заземлением. Так напряжение нейтрального провода всегда равно нулю.

Есть ли в нейтральном проводе токи?

Нейтраль несет разницу в силе тока между черным и красным, если они находятся на двух разных ножках панели. Теоретически это было бы около нуля. Я часто использую черный, красный и белый, а также заземление для запуска 2 отдельных цепей на 120 В.

Что будет, если нейтральный провод не подсоединен?

В обычной цепи переменного тока на 120 В нейтральный провод обеспечивает обратный путь к заземлению. Если нейтральный провод отсоединяется, это остановило бы поток электричества и разорвало бы цепь. Роль нейтрального провода заключается в обеспечении этого пути к электрической панели для замыкания цепи.

Что произойдет, если нейтраль не заземлена?

Нейтральная точка не на Уровень земли, но он плавает до линейного напряжения. Эта ситуация может быть очень опасной, и клиенты могут серьезно пострадать от поражения электрическим током, если они коснутся чего-либо, где присутствует электричество.

Что произойдет, если нейтральный провод заземлен?

Если обрывается нейтраль, значит вставлен устройства заставят нейтраль приближаться к «горячему» напряжению. При подключении заземления к нейтрали это приведет к тому, что корпус вашего устройства будет находиться под «горячим» напряжением, что очень опасно.

Как определить ток в нулевом проводнике

Что такое нейтральный проводник (N), его обозначение, назначение, требования

Нейтральный проводник (neutral conductor) согласно ГОСТ 30331.1-2013 — это проводник, электрически присоединенный к нейтрали и используемый для передачи электрической энергии. Другими словами это проводник, который присоединен к общей части многофазной системы переменного тока, соединённой звездой, находящейся под напряжением, или средней части однофазной системы переменного тока, находящейся под напряжением. Данный термин имеет жаргонизм — «ноль», «нуль», «нулевой проводник», «N-проводник», «нулевой рабочий проводник» среди некоторых людей.
В книге [2] под авторством Харечко Ю.В. еще более предметно детализируются назначение нейтрального проводника и его особенности:

Нейтральные проводники совместно с фазными проводниками используют в электрических цепях переменного тока низковольтных электроустановок для обеспечения электрической энергией применяемого в них электрооборудования. Нейтральный проводник имеет электрическое соединение с общей токоведущей частью многофазного источника питания переменного тока, обмотки которого соединены звездой, или со средней токоведущей частью однофазного источника питания переменного тока. Не относится к линейным проводникам.

[2]

Нейтральный проводник относят к токоведущим частям. Однако в нормальных условиях он, в отличие от фазных проводников, обычно находится под незначительным напряжением относительно земли. Нейтральный проводник является токопроводящим проводником, который учитывают в общем числе проводников, применяемых в электрической цепи, сети или системе.

[2]

Нейтральные проводники, прежде всего, применяют в трехфазных четырехпроводных электрических системах переменного тока, которые имеют источники питания с нейтралями. На рисунке 1 показан пример системы TN‑S, на рисунке 2 и 3 системы – TN‑C‑S, на рисунке 4 – системы TT, в которых имеются нейтральные проводники.

Рис. 1. Система TN-S трехфазная четырехпроводная с разделенными нейтральным проводником и защитным проводником по всей системе (на основе рисунка 31А1 из ГОСТ 30331.1-2013)

В некоторых случаях и при определенных условиях функции нейтрального проводника и защитного проводника могут быть объединены в одном PEN-проводнике.

Приведу пример системы распределения электроэнергии, имеющей тип заземления системы TN-C-S и которая рекомендована для широкого применения:

Рис 2. Система распределения электроэнергии (тип заземления системы TN-C-S). Здесь 1 — заземляющее устройство источника питания; 2 — заземляющее устройство электроустановки здания; ПС — трансформаторная подстанция; ВЛ — воздушная линия электропередачи; КЛ — кабельная линия электропередачи

Из этой системы мы видим, что PEN-проводник на вводе электроустановки повторно заземляется и делится на защитный проводник PE и нейтральный проводник N. Этот рисунок демонстрирует один из примеров, показывающий откуда берется нейтральный проводник N в электроустановках зданий.

Рис. 3. Система TN-C-S трехфазная четырехпроводная, в которой PEN-проводник разделен на защитный проводник PE и нейтральный проводник N где-то в электроустановке (на основе рисунка 31B1 из ГОСТ 30331.1-2013)

Рис. 4. Система TT трехфазная четырехпроводная с заземленным защитным проводником и нейтральным проводником во всей системе (на основе рисунка 31F1 из ГОСТ 30331.1-2013)

Нейтральные проводники могут также применяться в однофазных электрических системах переменного тока, которые имеют источники питания со средними точками (нейтралями). На рисунке 5 показан один из вариантов выполнения системы TN-C‑S.

Рис. 5. Система TN-C-S однофазная двухпроводная, в которой PEN-проводник разделен на защитный проводник PE и нейтральный проводник N на вводе электроустановки (на основе рисунка 31B1 из ГОСТ 30331.1-2013)

Важно: в электроустановках, в которых нагрузки включены между фазами, может отсутствовать необходимость в нейтральном проводнике.

Виды заземления нейтрали в электросетях выше 1кВ

В сетях напряжением выше 1000В используется изолированная (незаземленная) нейтраль, эффективно заземленная нейтраль и резонансно-заземленная нейтраль. Глухозаземленная нейтраль используется только в сетях до 1кВ.

Сети с незаземленной (изолированной) нейтралью

Исторически первая система заземления. Нейтральная точка источника питания не присоединена к заземляющему устройству. Обмотки соединены в треугольник и выходит, что нулевая точка отсутствует. Применяется на напряжение 3-35кВ.

Сети с эффективно-заземленной нейтралью

Этот вид заземления используется в сетях напряжением выше 110кВ. Достоинство заключается в том, что при однофазных замыканиях на неповрежденных фазах напряжение относительно земли будет равно 0,8 междуфазного в нормальном режиме работы. В этой системе сам контур заземления выполняется с учетом протекания больших токов КЗ, что делает его сложным и дорогим.

Сети с нейтралью, заземленной через резистор или реактор

Применяется в сетях 3-35кВ. Используется для уменьшения величины токов КЗ. Исторически был вторым способом заземления нейтрали. Заземление через резистор используется во всем мире, через реактор – в странах бывшего союза.

Заземление через реактор – при отсутствии замыкания ток через реактор мал. Когда происходит замыкание фазы на землю, то через место повреждения течет емкостной ток КЗ и индуктивный ток реактора. Если их величина равна, то в месте замыкания отсутствует ток (явление резонанса).

Заземление через резистор бывает низкоомным и высокоомным. Разница в величине тока, создаваемым резистором при замыкании на землю. Высокоомное применяется в сетях с малыми емкостными токами, в этом случае замыкание можно не отключать немедленно. Низкоомное заземление наоборот используется при больших емкостных токах.

Выбор виды заземления нейтрали зависит от следующих факторов:

• величина емкостного тока сети
• допустимая величина однофазного замыкания
• возможности отключения однофазного замыкания
• вида и типа релейных защит
• безопасности персонала
• наличия резерва

Сохраните в закладки или поделитесь с друзьями

Требования по сечению

В ГОСТ Р 50571.5.52-2011/МЭК 60364-5-52:2009 [3] изложены требования к нейтральным проводникам. В национальном стандарте указано, что сечение нейтрального проводника должно быть равным сечению фазных проводников:

• в однофазных двухпроводных электрических цепях для всех сечений;
• в многофазных и однофазных трехпроводных электрических цепях, если фазные проводники имеют сечение до 16 мм 2 по меди и 25 мм 2 по алюминию включительно.

В многофазных электрических цепях, имеющих фазные проводники сечением большим чем 16 мм 2 по меди или 25 мм 2 по алюминию, сечение нейтрального проводника может быть меньше сечения фазных проводников (обычно не ниже 50%), при одновременном выполнении следующих условий:

• ожидаемый максимальный ток, включая гармоники, который может протекать в нейтральном проводнике при нормальном оперировании электроустановки здания, не превышает его допустимый длительный ток;
• нейтральный проводник защищен от сверхтока;
• нейтральный проводник имеет сечение не менее 16 мм 2 по меди и 25 мм 2 по алюминию.

В ГОСТ Р 50571.5.52-2011 (на основании таблицы 52.2) установлены минимальные сечения нейтрального проводника [3]:

• в кабелях и изолированных проводах стационарных электропроводок – 1,5 мм 2 по меди и 10 мм 2 по алюминию;
• в неизолированных проводах стационарных электропроводок – 10 мм 2 по меди и 16 мм 2 по алюминию;
• в соединительных гибких кабелях – 0,75 мм 2 по меди.

Харечко Ю.В. в книге [2] дополняет:

В действующем стандарте ГОСТ Р 50571.5.52-2011/МЭК 60364-5-52:2009 вышеуказанные требования дополнены требованиями, которые предписывают увеличивать площадь нейтральных проводников при протекании в электрических цепях токов третьей гармоники и кратных ей гармоник. Приложение E «Учет влияния токов высших гармоник для симметричных трехфазных систем» содержит требования к использованию поправочных коэффициентов, учитывающих протекание токов гармоник в четырех- и пятижильных кабелях с четырьмя токопроводящими жилами, а также примеры применения этих коэффициентов.

[2]

Электропроводка в доме: азы

Прячем провода. Проводка должна быть скрытой — монтироваться в штробах на стенах, в кабель-каналах, глухих (неразборных) коробах, стяжке пола и т.д. Уложенные открытым способом провода вызовут недовольство инспектора Энергонадзора, который будет принимать объект вашего загородного дома.

На фото:

Провода в стене прокладываются в гофротрубе, а потом зашпаклевываются.

Исключение могут составлять те случаи, когда скрытый монтаж по тем или иным причинам невозможен. Этот нюанс обязательно должен быть отражен в проектной документации.

Цветовая идентификация и буквенно-цифровая маркировка

Нейтральный проводник, согласно ГОСТ 33542-2015 [6], обозначается буквой N и идентифицируется синим цветом как в однофазных, так и в трехфазных цепях.

Если применяют идентификацию посредством цвета, неизолированные проводники, используемые в качестве нейтрального проводника, должны быть или окрашены посредством синей полосы шириной от 15 до 100 мм в каждом блоке или оболочке и в каждом доступном месте, или окрашены синим цветом по всей их длине.

[6]

Что такое нулевой проводник

Нулевой провод, или нейтральный провод — это проводник, который предназначен для питания различных электроприборов и подключен к глухо заземленной нейтрали трансформатора. Отбросив специальные термины и говоря простыми словами, это проводник, соединенный с той частью трансформатора или генератора электроэнергии, которая заземлена.

Рабочий и защитный нулевой провода

Если брать в расчет однофазную электрическую сеть, используемую практически во всех частных домах и квартирах, то для функционирования электроприборов в обязательном порядке нужны провода фазы и нуля. Нейтральный кабель просто соединяется с заземлением и в идеале должен обладать нулевым потенциалом, а это означает полное отсутствие напряжения.

Важно! Напряжения на нуле не будет лишь в том случае, если он соединен с землей. Если связь была нарушена человеком или другими внешними факторами, то в процессе работы того ли иного прибора на него будет подаваться фазное напряжение однофазной сети (220 В).

Расчет тока в нулевом проводе при неравномерной нагрузке

Совсем недавно, при обсуждении темы на форуме, попросили сделать программу для расчета тока в нулевом проводе при неравномерной нагрузке. Какое практическое значение она имеет? Это уже второй вопрос В общем, об программе и не только…

В общем случае, ток в нулевом проводе не может быть больше тока в фазном проводе, если в сети отсутствует нелинейная нагрузка.

Я уже когда-то писал про выбор кабеля для нелинейной нагрузки.

Чтобы найти ток в нулевом проводнике необходимо найти результирующий вектор тока, образованный тремя фазными токами.

Ток в нулевом проводе

Чтобы ускорить этот процесс, я создал простую программу, которая позволяет быстро найти ток в нулевом проводе при неравномерной нагрузке.

Внешний вид программы:

Внешний вид программы

А теперь самое главное, что хотел рассказать вам. У меня есть как хорошие, так и плохие новости.

В настоящее время на блоге происходят перемены и эти перемены в лучшую сторону. Я стремлюсь к тому, чтобы каждый смог найти для себя здесь полезную информацию. Все что здесь не делается — все для вас, уважаемые читатели! Если бы не было вас, не было бы и этого блога.

Особенно хочу всех поблагодарить за теплые слова, которые шлете мне на почту, именно они меня мотивируют делать сайт еще лучше. Например, посмотрите последний отзыв. Лично я к отзывам на других сайтах отношусь насторожено, т.к. закрадывается мысль, что все они куплены. Но, у меня все по-другому, я даже приветствую критику, т.к. именно критика позволяет ставить перед собой новые цели и задачи. Не стесняйтесь оставлять отзывы, критиковать меня.

Всех подписчиков блога я перенес на новый сервис рассылки. Туда даже попали не активированные адреса. Если вдруг вы не желаете или просто не хотите получать автоматические письма о новых статьях – просто нажмите «отписаться».

Кроме автоматических писем, теперь я буду вам высылать письма с различными полезными штучками. Каждый раз архив будут накапливаться, так что новые подписчики смогут получить «плюшку», например, которую я отправлял 3 месяца назад.

Первая такая «плюшка» – программа для расчета тока в нулевом проводе.

Следующая хорошая новость: уже практически готов «Практический курс проектирования кабельных сетей» и ориентировочно через 2 недели будет более подробный обзор. Поэтому у вас еще имеется возможность зарезервировать курс по скидке, которую устраиваю в честь первого своего курса. Если наберется нужное количество желающих, то обзора на блоге возможно и не будет, вернее будет рассылка с ссылкой на страницу курса лишь тем, кто уже изъявил желание получить данный курс и научиться проектировать так, как это умею я, используя мой шаблон проекта и мои динамические блоки.

Реализация курса будет проходить в 2 этапа – сначала по скидке, затем будет перерыв для записи дополнительного бонуса. После этого будет запущен курс в продажу по стандартной цене и, конечно же, об этом еще напишу.

Зачем я это все делаю? Цель: все 100% должны быть довольны, а по-другому наверное и не будет, я готов каждому уделить нужное количество времени. Подобных аналогов в проектировании я не встречал. Где вы еще получите знания-опыт-шаблон проекта и все это в одном флаконе?

Если бы мне предложили такой инструмент 8 лет назад, я бы даже и не думал…

По поводу конкурса. Конкурс будет продлен, жаль, что практически никто не хочет получить данный курс совсем бесплатно. Неужели трудно написать статью?) У меня их на блоге более 400. Ожидаю хотя бы 3-х участников, чтобы раздать подарки.

Есть у меня еще и плохая новость, хотя…как посмотреть…

С выходом курса будут введены новые условия получения программ. Расчетные программы, формы – один из основных инструментов проектировщика, который способен сократить сроки проектирования. Я намерен сделать их еще лучше. После завершения работы над курсом, скорее всего займусь программами для ВЛИ, т.к. уже давно обещаю… В конце месяца будет рассылка архива программ, где все версии программ примут «v.1».

Следите за новостями и будьте на шаг впереди своих конкурентов

Советую почитать:

Как я съездил на выставку ENERGY EXPO 2013

Зачем делать проект электроснабжения квартиры, частного дома?

Каким должен быть каталог?

Что подарить электрику?

Принцип работы нулевого проводника

Если рассматривать новостройки и квартирные строения старого типа, то передача электроэнергии и ее принципы будут существенно отличаться. Сети новых домов разрабатываются по типу TN-S:

• электрический ток проходит от трансформатора или генератора со вторичной обмоткой, которая соединена типом звезда, когда все провода сходятся в одной нулевой точке;
• другие концы проводов отведены к трем клеммам, которые также подключены к нулевой точке и соединяются по контуру заземления с подстанцией;
• провод с высоковольтной характеристикой, если он обладает нулевым сопротивлением, разделяют на рабочий N (голубого цвета) и защитный PE (желто-зеленый).

Если говорить о старых домах, то в них используется система TN-C:

• заземленный ноль располагают в специальной распределительной коробке;
• фазу и ноль от генератора или трансформатора прокладывают к дому по подземным или надземным высоковольтным линиям;
• кабеля соединяют в щитке ввода, что и образует три фазы с напряжением в 220 В или 380 В;
• от щитка проводку разводят по квартирам и подъездам;
• конечный потребитель получает электричество от проводника;
• нагрузка устраняется с помощью подвода нуля (N).

Система заземления TN-S

Почему греется нулевой провод?

Отгорание нуля в однофазной сети, то есть в пределах одного дома или квартиры не принесет вреда бытовой технике. В этом случае пропадёт напряжение сети В, а фазный провод останется под потенциалом. В другом варианте, когда произойдёт отгорание нуля в трехфазной сети, может не выдержать бытовая техника повышенного напряжения. При отгорании нуля в трехфазной сети, напряжение в квартире может достигнуть В. Такого напряжения, не выдержит ни один бытовой прибор. Как известно к электрощиту на площадке вашего этажа подведен четырех жильный трехфазный кабель. Три фазы, которого распределяются по квартирам равномерно, а нулевой провод сечение его в 2 раза меньше фазного является общим для всех квартир.

Назначение нулевого проводника

Некоторые ошибочно думают, что ноль является только заземлением. На самом деле он выполняет функцию соединения нейтралей электроприборов в трехфазной цепи.

Во время подачи разных нагрузок на все фазы происходит их смещение, а точнее смещение нейтрали. Это нарушает симметрию напряжений. Одному потребителю электричества подается слишком большая величина, а другому — слишком маленькая и недостаточная. В первом случае электроустановки могут перегружаться и сгорать, а во втором — работать некорректно, сбоить и т. д.

К сведению! Основное предназначение нулевого проводника заключается в создании цепи для тока короткого замыкания. Она имеет слишком маленькое сопротивление, а значение тока должно быть таким, чтобы быстро реагировала защита, отключающая поврежденную электронику из сети.

Несимметричная нагрузка приемника

При симметричной системе напряжений и несимметричной нагрузке, когда Za ≠ Zb ≠ Zc и φa ≠ φb ≠ φc токи в фазах потребителя различны и определяются по закону Ома

Ток в нейтральном проводе İN равен геометрической сумме фазных токов

Следовательно, нейтральный провод обеспечивает симметрию фазных напряжений приемника при несимметричной нагрузке.

Поэтому в четырехпроводную сеть включают однофазные несимметричные нагрузки, например, электрические лампы накаливания. Режим работы каждой фазы нагрузки, находящейся под неизменным фазным напряжением генератора, не будет зависеть от режима работы других фаз.

Векторная диаграмма при несимметричной нагрузке приведена на рис. 3.9

19. . Соединение потребителей звездой без нейтрального провода. Случаи симметричной и несимметричной нагрузки. Векторная диаграмма. Напряжение смещения нейтрали.

Схема соединений в звезду без нулевого провода

При равномерной или симметричной нагрузке всех трех фаз, когда во всех фазах включены одинаковые активные и реактивные сопротивления (RA =RB = RCи ХA=ХВ=ХС), фазные токи iA, iB и iC будут равны по величине и сдвинуты от соответствующих фазных напряжений на равные углы. В этом случае получаем симметричную систему токов, при которой токи iA, iB, iC будут сдвинуты по фазе друг относительно друга на угол 120°, а ток i в нулевом проводе в любой момент времени равен нулю (рис. 208,б).

Как правильно подключать нулевой проводник

Для подключения PE провода к домашней розетке следует с помощью проводника создавать ответвления от основной магистрали нуля защиты через установочную коробку. Чтобы подключиться к ней, рекомендуется пользоваться специальными видами соединителей от компаний Wago, Went или Scotchlok.

Способ предполагает соединение розеток и нуля с помощью ответвлений, а фазы и нуля с помощью шлейфов. Его схема изображена на картинке ниже. Разрыв нуля и фазы на нем не изображен для удобства восприятия.

Подключение по схеме

Чем опасен нулевой проводник

Нулевой проводник, если он подключен правильно, не имеет напряжения. Опасным он становится лишь при обрыве или повреждении. Провод может повредиться в результате короткого замыкания, механических воздействиях, а также из-за срока функционирования установки. В результате этого:

• проводник сгорает в распределительном щитке, а его напряжение увеличивается до 380 В;
• если обрыв происходит в доме, то остается только одна фаза, которая ничего не питает;
• приборы могут начать бить током, ломаться и перегорать.

Таким образом, что роль нулевого проводника крайне важна. От правильности его установки и монтажа зависит не только корректность работы электрической техники, но и здоровье человека.

Соединение электроприемников звездой

Схема соединения фаз электроприемников «звезда» получила очень широкое распространение в электроэнергетике. Принципиальная схема соединения звездой показана ниже:

Из схемы видно, что фазные напряжения приемника U_a, U_b, U_c не равны линейным напряжениям U_ab, U_bc, U_ca. Если применить к контурам aNba, bNcb, cNac второй закон Кирхгофа получим соотношение для фазных и линейных напряжений:

Если сопротивления нейтрального провода и линейных проводов не учитывать, то можно предположить, что напряжение на клеммах генератора и электроприемника равны. Вследствие указанного равенства векторные диаграммы для источника и приемника электрической энергии будут одинаковы.

Фазные и линейные напряжения приемника, как и источника, будут образовывать две симметричные системы напряжений. Соответственно между фазными и линейными значениями напряжений будет существовать определенная зависимость:

Далее будет показано, что соотношение (2) будет справедливо лишь при определенных условиях, а также в случае отсутствия нулевого провода, то есть в трехпроводной сети.

Исходя из указанного выше соотношения (2) можно сделать вывод, что соединение звездой лучше применять в случае, когда каждая фаза трехфазного электроприемника или однофазные приемники рассчитаны на напряжение в раз меньше, чем номинальное линейное напряжение сети.

Также из схемы соединения звезда (смотри схему выше) видно, что при соединении приемников звездой фазные токи будут равны линейным:

Применив первый закон Кирхгофа можно получить соотношение между токами при соединении электроприемников звездой:

Зная фазные токи с помощью формулы (4) можно вычислить ток нейтрального провода I_N. В случае отсутствия нейтрального провода справедливо будет выражение:

Симметричная нагрузка при соединении приемников звездой

Нагрузка считается симметричной тогда, когда реактивные и активные сопротивления каждой фазы будут равны, то есть выполняется равенство:

Условие симметричности также может быть выражено через комплексные сопротивления Z_a = Z_b = Z_c.

Симметричная нагрузка в сети возникает при подключении трехфазных электроприемников. Будем считать, что данная система имеет нейтральный провод.

В отношении любой из фаз при симметричной нагрузке будут справедливы все формулы, полученные для однофазной сети, например для фазы А:

Так как в четырехпроводной цепи U_a = U_b = U_c = U_л / , то при симметричной нагрузке:

Векторная диаграмма при симметричной активно-индуктивной нагрузке приведена выше. Из приведенных выражений и векторной диаграммы следует, что при симметричной нагрузке образуется симметричная система токов, поэтому ток в нейтральном проводе будет равен I_N = I_a + I_b + I_c = 0.

Отсюда можно сделать вывод, что при симметричной нагрузке отключение нейтрального провода не приведет к серьезным нарушениям работы электроприемников, то есть не произойдет изменение фазных напряжений, углов сдвига, токов, мощностей.

Из сказанного выше следует, что при симметричной нагрузке в нейтральном проводе нет необходимости, и довольно часто в симметричных системах нейтральный провод не применяется.

Мощность трехфазного приемника электрической энергии при симметричной нагрузке можно выразить формулами:

Как правило, для трехфазных приемников электрической энергии в качестве номинальных параметров указываются линейные напряжения и токи. Исходя из этого, целесообразней выражать мощность трехфазной цепи тоже через линейные напряжения и тока, поэтому подставим в формулу (6) линейные значения и получим:

Пример

К трехфазной электрической цепи с линейным напряжением U_л = U_ab = U_bc = U_ca = 380 В необходимо подключить трехфазный электроприемник, каждая фаза которого рассчитывается на фазное напряжение в 220 В и имеет активное сопротивление r_ф = 10 Ом и индуктивное сопротивление х_ф = 10 Ом, которые соединены последовательно. Необходимо определить мощности, углы сдвига между токами и напряжениями (cos φ) и фазные токи.

Решение

Каждая фаза потребителя электрической энергии рассчитана на напряжение в раз меньше номинального, то фазы потребителя нужно соединять в звезду. Поскольку нагрузка в данном случае симметричная, то нулевой провод (нейтраль) к потребителю можно не подводить.

Фазные тока, углы сдвига cos φ, а также полны сопротивления фаз будут иметь вид:

Активная, реактивная и полная мощности приемника, а также любой фазы будут равны:

Векторная диаграмма для данной системы приводилась выше.

Несимметричная нагрузка при соединении приемников звездой

Нагрузка трехфазной электрической сети будет считаться несимметричной, если хотя бы одно из фазных сопротивлений не равно другим. Проще говоря, сопротивления фаз не равны, например: r_a = r_b = r_c, x_a = x_b ≠ x_c. В общем случае считают, что несимметричная нагрузка возникает при отключении одной из фаз.

Возникает не симметрия чаще всего при подключении к трехфазной сети однофазных электроприемников. Они могут иметь различные мощности, режимы работы, различное территориальное расположение, что тоже влияет на величину фазной нагрузки.

В случае, когда необходимо подключить однофазные потребители электрической энергии, для более равномерной загрузки их делят на три примерно одинаковые по мощности группы.

Один вывод однофазных потребителей подключают к одной из трех фаз, а второй вывод подключают к нейтральному проводу. Так как все электроприемники рассчитываются на одно напряжение, то в пределах каждой фазы они соединяются параллельно.

Главной особенностью электрической сети несимметричной нагрузкой является то, что она должна в обязательном порядке иметь нейтральный провод. Это объяснимо тем, что при его отсутствии величины фазных напряжений будут в значительной степени зависеть от величины не симметрии сети, то есть от величин и характера сопротивления каждой из фаз. Поскольку сопротивления фаз могут варьироваться довольно в широких пределах в зависимости от количества подключенных электроприемников, также широко будет варьироваться и напряжения на потребителях электрической энергии, а это недопустимо.

Для иллюстрации выше сказанного ниже приведена векторная диаграмма для трехфазной несимметричной цепи при наличии нейтрального провода:

Ниже приведена приведена векторная диаграмма для этой же цепи, но при отсутствии нулевого рабочего (нейтрального) провода:

Также можно посмотреть видео, где объясняется, что может произойти в электрической цепи при обрыве нулевого провода:

Необходимость нулевого провода станет еще более очевидной, если представить, что вам необходимо подключить однофазного потребителя к одной из фаз, при этом остальные две подключать нельзя, так как приемник рассчитан на фазное напряжение 220 В, а не на линейное 380В, как в таком случае получить замкнутый контур для протекания электрического тока? Только использовать нулевой рабочий проводник.

Для повышения надежности соединения электроприемников в цепь нулевого рабочего проводника не устанавливают коммутационную аппаратуру (автоматические выключатели , предохранители или разъединители).

Фазные токи, углы сдвига, а также фазные мощности при несимметричной нагрузке будут различными. Для вычисления их фазных значений можно применить формулу (5), а вот для вычисления трехфазной мощности формула (6) уже не подходит. Для определения мощностей необходимо пользоваться выражением:

Если существует необходимость определения тока нейтрального провода, то необходимо решать задачу комплексным методом. Если существует векторная диаграмма, то определить ток можно по ней.

Пример

В осветительной электрической сети с напряжением в 220 В в фазе А включено 20 ламп, фазе В – 10 ламп, а в фазе С – 5 ламп. Параметры лампы U_ном = 127 В, Р_ном = 100 Вт. Необходимо определить ток нейтрального провода и каждой лампы.

Решение

Если учесть, что лампы накаливания имеют только активное сопротивление (реактивное слишком мало и им пренебрегают), то по формуле мощности определим ток лампы, а по закону Ома ее сопротивление:

Зная число и сопротивление ламп нетрудно определить сопротивления фаз, а также фазные токи:

Для определения тока в нейтральном проводе I_N решим задачу комплексным методом. Так как при сделанных ранее допущениях комплексные напряжения приемника равны комплексным ЭДС источника, получим:

Где комплексные значения фазных сопротивлений будут равны Z_a = 8,05 Ом, Z_b = 16,1 Ом, Z_с = 32,2 Ом.

Комплексные значения токов, а также действующее значение тока нейтрального провода будут иметь вид:

Как определить ток проходящий по нейтральному проводу

Цепь трехфазного переменного тока состоит из трехфазного источника питания, трехфазного потребителя и проводников линии связи между ними.