Какое напряжение в трехфазной сети

Оглавление:

Модуль контроля трехфазной сети Невод+ТН

Модуль измерения тока и напряжения представляет собой модификацию модуля Невод+М, предназначенную для измерения силы переменного тока и напряжения в силовых цепях электрооборудования (ВРУ, щитах автоматики и управления исполнительными устройствами). Используется для диспетчерского и операторского удаленного контроля режимов работы оборудования и качества электроснабжения, защиты питаемого оборудования от бросков напряжения и перекоса фаз.

Модуль Невод+ТН позволяет проводить одновременные измерения переменных токов и напряжений фаз промышленной сети по трем линиям переменного тока.

Выполнен в пластмассовом корпусе, устанавливается на DIN-рейку, имеет две колодки контактов для быстрого подключения кабелей питания и интерфейса.

Мощность трехфазной сети

В цепи постоянного тока мощность определяется довольно просто – это произведение тока и напряжения. Они не изменяются во времени и есть постоянной величиной, соответственно и мощность является постоянной, то есть система уравновешена.

С сетями переменного напряжения все гораздо сложнее. Они бывают однофазные, двухфазные, трехфазные и т.д. Наибольшее распространение получили однофазные и трехфазные сети в силу своего удобства и наименьших затрат.

Рассмотрим трехфазную систему питания

Такие цепи, могут соединяться в звезду или в треугольник. Для удобства чтение схем и во избежание ошибок фазы принято обозначать U, V, W или А, В, С.

Схема соединения звезда:

Схема соединения фаз в звезду

Для соединения звездой суммарное напряжение в точке N равно нулю. Мощность трехфазного тока в данном случае тоже будет постоянной величиной, в отличии от однофазного. Это значит что трехфазная система уравновешена, в отличии от однофазной, то есть мощность трехфазной сети постоянна. Мгновенно значение полной трехфазной мощности будет равно:

В данном типе соединения присутствуют два вида напряжения – фазное и линейное. Фазное – это напряжение между фазой и нулевой точкой N:

Фазное напряжение в цепи

Линейное – между фазами:

Линейное напряжение

Поэтому полная мощность трехфазной сети для такого типа соединения будет равна:

Но поскольку линейное и фазное напряжение отличаются между собой в , но считается сумма фазовых мощностей. При расчете трехфазных цепей такого типа принято пользоваться формулой:

Соответственно для активной:

Для реактивной:

Схема соединения в треугольник

Как видим при таком виде соединения, фазное и линейное напряжение равны, из чего следует, что мощность для соединения в треугольник равна:

Измерение мощности

Измерение активной мощности в сетях производится с помощью ваттметра

Цифровой ваттметр Аналоговый ваттметр

В зависимости от схемы соединения нагрузки и его характера (симметричная или несимметричная) схемы подключения приборов могут разниться. Рассмотрим случай с симметричной нагрузкой:

Схема включения ваттметра при симметричной нагрузке

Здесь измерение проводится всего лишь в одной фазе и далее согласно формуле умножается на три. Этот способ позволяет сэкономить на приборах и уменьшить габариты измерительной установки. Применяется, когда не нужна большая точность измерения в каждой фазе.

Измерение при несимметричной нагрузке:

Схема включения ваттметра при несимметричной нагрузке

Этот способ более точный, так как позволяет измерить мощность каждой фазы, но это требует трех приборов, больших габаритных размеров установки и обработки показаний с трех приборов.

Измерении в цепи без нулевого проводника:

Схема включения ваттметра при отсутствии нулевого провода

Эта схема требует двух приборов. Этот способ основывается на первом законе Кирхгофа

IA+IB+IC=0. Из этого следует, что сумма показаний двух ваттметров равна трехфазной мощности этой цепи. Ниже показана векторная диаграмма для данного случая:

Векторная диаграмма включения двух ваттметров при различных видах нагрузки

Мы можем сделать вывод, что показания приборов зависят не только от величины, но еще и от характера нагрузки.

Из диаграммы следует, что мы можем определить показание приборов аналитически:

Проанализировав полученный результат можем сделать вывод что, при преобладании активной нагрузки (φ=0) результаты измерения ваттметров тождественны (W1=W2). При активной и индуктивной (R-L) показания W1 меньше чем W2 (W1 60 0 показания W1 вообще отрицательные (W1 W2, а при φ 0 показания W2 Posted in Электротехника

Post navigation

Комментарии к статье “ Мощность трехфазной сети ”

В формуле мощности при соединении треугольником надо дописать что Iф= КОРЕНЬ из I ЛИНЕЙНОГО, а значит окончательнаяф формула принимает вид почти ТАКОЙ ЖЕ как и для мощности при соединении звездой — Р=КОРЕНЬ из ТРЁХ * Uфазное * I линейное*соs f

При чём U фазное = U линейное. То есть в обеих случаях формула мощности одна и та же.

ПОдскажите , клещами на проводниках 3 полючного автомата померили ток, получили значения. Как считать мощность через. корень квадратный? или как для однофазки P=UI

Все зависит от того, какую мощность вы хотите посчитать. Если полную, то да, S = UI. Для других мощностей нужно использовать другие формулы.

Источник электропитания, снижающий ток в нейтрале трехфазной сети переменного напряжения Текст научной статьи по специальности «Энергетика»

Аннотация научной статьи по энергетике, автор научной работы — В. А. Волков

Предложена и исследована схема источника электропитания, снижающего ток в нейтрале трехфазной сети переменного напряжения

Похожие темы научных работ по энергетике , автор научной работы — В. А. Волков,

The scheme of power supply source reducing current in neutral terminal of a three-phase alternating voltage grid is offered and investigated.

Текст научной работы на тему «Источник электропитания, снижающий ток в нейтрале трехфазной сети переменного напряжения»

граммными средствами расчета цепей постоянного тока (в связи с чем отпадает необходимость применения дорогостоящих специализированных программ анализа электрических систем).

1. Буслова Н. В. Электрические системы и сети / Н. В. Буслова, В. Н. Винославский, Г. Н. Денисенко, В. С. Перхач. — К. : Вища шк., 1986. — 584 с.

2. Зевеке Г. В. Основы теории цепей. Ученик для вузов / Г. В. Зевеке, П. А. Ионкин, А. В. Нетушил, С. В. Страхов. — М. : Энергия, 1975. — 752 с.

3. Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования / Б. Н. Неклепаев, И. П. Крючков, В. В. Жуков, Ю. П. Кузнецов ; под ред. Б. Н. Неклепаева. — М. : Изд-во НЦ ЭНАС, 2004. — 152 с.

4. Гусев А. С. Основные аспекты проблемы моделирования электроэнергетических систем, перспективы и средства их решения / А. С. Гусев // Известия ВУЗов. Электромеханика. — 2006. — № 3. — С. 92-95.

5. Тиховод С. М. Совершенствование методики расчета установившихся процессов в электрических цепях переменного тока / С. М. Тиховод // Електротехшка та електроенергетика. — 2007. — № 2. -С. 29-33.

Кардашев Г. А. Виртуальная электроника. Компьютерное моделирование аналоговых устройств / Г. А. Кардашев. — М. : Горячая линия. — Телеком, 2002. — 260 с.

Астахов В. И. Моделирование цепями Кирхгофа электротехнических устройств / В. И. Астахов // Известия ВУЗов. Электромеханика. — 1998. — №5. -С. 95-108.

Антипенский Р. В. Схемотехническое проектирование и моделирование радиоэлектронных устройств / Р. В. Антипенский, А. Г. Фадин. — М. : Техносфера, 2007. — 128 с.

Канов Л. Н. Схемное моделирование электроэнергетических систем переменного тока / Л. Н. Канов // Електротехшка та електроенергетика. — 2004. — № 1. — С. 5-9. Карлащук В. И. Электронная лаборатория на IBM PC / В. И. Карлащук. — М. : Изд-во «Солон-Р», 2001. — 726 с.

Чернин А. Б. Основы вычислений электрических величин для релейной защиты при сложных повреждениях в электрических системах / А. Б. Чернин, С. Б. Лосев. — М.: Энергия, 1971. — 440 с.

Поступила в редакцию 10.06.08 г.

После доработки 30.12.08 г.

Запропоновано методику застосування схемного моделювання для розрахунку стацюнарних режимiв електричних системзмiнного струму, для чого побудованi схемнi моделi основних елект-ротехнiчних елементiв, джерел та трансформаторiв. Достоинство методики складаеться в спрощеннi розрахунюв за рахунок скоротчення обчислень i застосування простих програмних засобiв.

The method of scheme design application is offered for the calculation of the stationary modes of the electric systems of alternating current, for this purpose the scheme models of basic electrical engineering elements, sources and transformers are built. It is shown the possibility of the purposed use of programmatic facilities of the direct-current chain calculation.

Источник электропитания, снижающий ток в нейтрале трехфазной сети переменного напряжения

Предложена и исследована схема источника электропитания, снижающего ток в нейтрале трехфазной сети переменного напряжения.

В связи с происшедшим в последние годы заметным удорожанием энергоносителей (в том числе электроэнергии) в Украине и во всем мире стала чрезвычайно острой проблема энергосбережения. При этом одним из возможных известных путей уменьшения потерь электроэнергии в трехфазных электрических сетях переменного тока является симметрирование фазных сетевых токов [1, 2]. Поэтому разработка и исследование новых симметрирующих устройств (СУ), решающих данную задачу, актуально и востребовано практикой.

Большинство из известных СУ создаются на основе конденсаторов, реакторов или трансформаторов,

условно разделяясь (в зависимости от вида своих схем) на две группы: с электрическими и электромагнитными связями [1]. Основная часть таких устройств, рассмотренных в [1], обеспечивает симметрирование токов только в трехфазных трехпроводных (без нулевого провода) сетях переменного напряжения. Опираясь на свои собственные исследования (и подтверждая их исследованиями других авторов [3]), также заметим, что, к сожалению, такой же ограниченной областью применения на практике пока характеризуются наиболее современные и эффективные СУ, создаваемые на основе активного фильтра [2].

В известной научно-технической и патентной ли-

© В. А. Волков 2009 р.

тературе освещены очень недостаточно симметрирующие устройства, которые предназначены для трехфазных четырехпроводных (с нулевым проводом) сетей переменного напряжения, питающих трехфазные нагрузки, снабженные нейтральным выводом. При этом создание таких (пока очень немногочисленных) СУ основано на следующих способах: подключения к недогруженным фазам нагрузки дополнительных сопротивлений [1] (что очень неэффективно, так как приводит к дополнительным потерям электроэнергии); на использовании системы добавочных ЭДС (что технически относительно сложно и дорого в реализации); на подключении параллельно нагрузке поперечных фильтров (состоящих из последовательно соединенных конденсатора и реактора) [4]; на тех же поперечных фильтрах с регулируемой индуктивностью [5]; на использовании поперечного фильтра и схемы автоматического управления, работающей в функции тока нулевого провода [6]; на использовании компенсирующего устройства, снабженного тиристорным регулятором мощности [7]. Причем, в двух последних устройствах симметрирование сетевых фазных токов осуществляется путем уменьшения тока в нулевом проводе (достигающемся подключением поперечного фильтра или изменением угла управления тиристорного компенсатора).

Смотрите так же:  Узо f202 тип a

Всем известным СУ, функционирующим в трехфазных четырехпроводных сетях переменного напряжения, присущи общие недостатки: невысокая точность симметрирования токов; низкое быстродействие; удовлетворительная работа только при практически синусоидальной форме токов (т. е. — при несиммет-

ричных линейных нагрузках). Эти недостатки на практике приводят к неэффективности данных устройств, особенно в условиях реально наблюдающейся несинусоидальной формы сетевых токов (вызванной широким применением в последнее время разнообразных преобразовательных устройств). Одновременно с этим в известной научно-технической и патентной литературе отмечается явная недостаточность исследований электромагнитных процессов в СУ для трехфазных четырехпроводных сетей, а на практике остро испытывается потребность в создании новых и более эффективных симметрирующих устройств.

Целью статьи является разработка источника электропитания, служащего для уменьшения тока в нейтральном проводе трехфазной сети переменного напряжения, а также исследование происходящих в этом источнике электромагнитных процессов и оказываемого им влияния на потери мощности в трехфазной сети и на симметрию сетевых фазных токов.

Электрическая схема разработанного источника электропитания представлена на рис. 1 и содержит в своем составе: трехфазную четырехпроводную питающую сеть переменного напряжения (показанную фазными напряжениями иА, ив, ис и нейтральным проводом трехфазный Ьг и однофазный Ь2 реакторы; трехфазную мостовую схему выпрямления, выполненную на диодах У4 — У9; конденсатор С; переключатель Б5; нагрузочный резистор И6; силовые полупроводниковые ключи (например, типа ЮВТ) У10 и V шунтированные обратными диодами У12 и У13; датчики тока ДТ1 и ДТ2; компараторы К1 и К2.

Рис. 1. Электрическая схема источника электропитания

Фазные сетевые напряжения иА,ив,ис подаются на различные трехфазные загрузки, снабженные нейтральным выводом (подсоединенным к нейтрале N трехфазной питающей сети) и выполненные в виде:

— резисторов (подключаемых к сети с помощью выключателей 51-Б3);

— или тиристорного преобразователя (с трехфазной нулевой схемой на тиристорах У-У3, подключаемой к сети посредством выключателя Б4) постоянного тока (ТППТ), нагруженного на резистор Я5.

Предложенный источник электропитания функционирует (при замкнутом переключателе Б5) следующим образом. При питании симметричной трехфазной нагрузки (не содержащей нулевой составляющей токов) от симметричных сетевых фазных напряжений иА,ив,ис ток в нейтральном выводе такой нагрузки равен нулю: /Мн = 0. Также, очевидно, что при этом равен нулю ток /ы, протекающий в нейтрали питающей сети: /ы = 0, который контролируется датчиком тока ДТ1. При сравнении указанного нулевого выходного сигнала датчика тока ДТ1 (поступающего на входы компараторов К1 и К2) со значениями уставок: + Л и -Л, — этих компараторов выполняется следующее соотношение:

в нейтрали сети, с заданными уставками: + Л и -Л, -возможно выполнение одного из следующих условий:

— h + h , при IN > 0 ,

IN 1фв> 1ФС — фазные токи выпрямителя; ¡м и ¡„н -токи в нейтрале сети и нейтрале трехфазной нагрузки соответственно; ¡ь и ¡к — токи реактора и датчика тока ДТ2; ил и ¡с, — напряжение и ток на выходе выпрямителя соответственно; ¡н — ток нагрузочного резистора «6. «

По результатам расчета электромагнитных процессов произведено вычисление действующих значений 1Ад, 1Вд, 1Сд сетевых фазных токов 11А, 11В, 11С, действующего значения ¡ыв тока ¡м в нейтрале, а через них — коэффициента несимметрии сетевых токов в виде [2]:

2 IdA + 1 дВ + 1дС

■ соответственно максимальное и ми-

где 1д max и 1д mm

нимальное действующие значения сетевых фазных токов.

Исключив функционирование предложенного источника питания (размыканием переключателя S5), были вычислены для сравнения в тех же режимах действующие значения сетевых фазных токов

IАд, ГВд, I’Cd и тока нейтрали I’m, а также коэффициента К’ несимметрии сетевых токов.

Принимая во внимание упрощенную (не учитывающую влияние несинусоидальной формы сетевых токов) зависимость для нахождения активных потерь мощность в четырехпроводной сети:

R (!Ад + II + 4 ) + RJ;

Для исследования электромагнитных процессов разработана в пакете программ МаАаЬ имитационная модель предложенного источника электропитания (с показанными на рис. 1 трехфазными нагрузками). На указанной модели проведены исследования электромагнитных процессов в предложенным источнике электропитания для рассмотренных трехфазных нагрузок при следующих режимах:

рассчитаем значение коэффициента снижения потерь мощности К в трехфазной питающей сети в виде:

(iАд)2 +(iВд)2 +(ICд)2 )2, (9)

достигаемое за счет применения предложенного ис-

Рис. 2. Временные диаграммы, соответствующие изменению (увеличению) в 5 раз сопротивления одной из фаз

Рис.3. Временные диаграммы, соответствующие обрыву одной из фаз трехфазной нагрузки

Рис. 4. Временные диаграммы, соответствующие трехфазной нулевой схеме ТППТ

точника электропитания, где: Яф и ЯИ — активные сопротивления фазы и нейтрали сети соответственно; 2, = ЯИ / Яф — отношение между активными сопротивлениями фазного и нейтрального проводов сети.

Для параметров нагрузок из табл. 1 рассчитаны при варьировании отношения ^ значения коэффициента снижения потерь мощности Кс, которые показаны на графике на рис. 5 (1 — при увеличении в 5 раз сопротивления одной из фаз трехфазной нагрузки; 2 — при обрыве одной из фаз трехфазной нагрузки; 3 — для трехфазной нулевой схемы ТППТ). В табл. 2 приведены рассчитанные численные значения: действующих сетевых токов и токов в нейтрале, коэффициентов несимметрии Кн и К’н, коэффициента снижения потерь мощности , — для рассмотренных нагрузок без использования и с использованием предложенного источника электропитания.

1. За счет применения предложенного источника электропитания для несимметричной (или содержащей нулевую составляющую тока) трехфазной нагруз-

Рис. 5. Зависимость коэффициента снижения потерь Кс от соотношения Е,

ки, снабженной нейтральным выводом, во-первых, практически исключается протекание ненулевого тока в нейтрали трехфазной четырехпроводной сети переменного напряжения, и, во-вторых, симметрируются действующие значения сетевых токов указанной сети.

Таблица 1. Параметры исследуемых схем

Наименование иА,ив,ис Я Я2 — Я5 Яб А Ь2 С И

Размерность В (эфф.) Ом Ом Ом мГн мГн мкФ А

Значение 220 20; 40; 60; 80 20 350 1 10 5500 0,5

Таблица 2. Результаты расчетов

Без источника электропитания Коэффи- С источником электропитания Коэф-фи- Коэффициент

Вид несимметрии нагрузки I’ I’ Е Вд I’ Е Сд I’ Е Ид циент несим-мет-рии, К’ «еА д «е Вд «е Сд «е Ид циент несим-мет-рии, Кн снижения потерь (для % = 1,5), Кс

сопротивления одной фазы нагрузки: — в 2 раза; — в 3 раза; — в 4 раза; — в 5 раз. 5,49 3,66 2,75 2,2 10,96 10,96 10,96 10,96 10,96 10,96 10,96 10,96 5,47 7,3 8,2 8,76 0,299 0,43 0,499 0,545 10,49 10,4 10,36 10,34 11,24 10,3 11,32 10,34 11,34 11,5 11,58 11,64 0,5 0,5 0,5 0,48 0,039 0,056 0,055 0,06 1,159 1,04 1,06 0,971

Обрыв одной фазы 1,602 12,66 10,95 12,53 0,658 10,22 11,41 11,99 0,45 0,079 0,7307

Нулевая схема ТППТ 6,02 6,02 6,01 10,41 0,001 8,06 8,05 8,04 1,27 0,001 0,7254

2. Это, в свою очередь, уменьшает (от нуля до 27 % согласно табл. 2) электрические потери в трехфазной четырехпроводной питающей сети (за счет симметрирования ее фазных токов и исключения протекания тока в нейтрали сети) и позволяет снизить (при питании от данной сети трехфазного ТППТ, выполненного по нулевой схеме) габариты и стоимость применяемого силового трансформатора (за счет исключения протекания постоянных составляющих токов в его вторичных обмотках, уменьшив этим требуемые габариты магнитопровода указанного трансформатора).

3. Наряду с отмеченными преимуществами, недостатком предложенного источника электропитания является необходимость установки в нем нагрузочного резистора И6 (служащего для рассеивания энергии, поступающей с реактора при закрывании силовых ключей У10 и У11). Другой недостаток предложенного источника электропитания связан с искажением от синусоидальной формы потребляемых сетевых токов, а также (согласно табл. 2 и рис. 5) — привносимыми потерями мощности в питающую сеть (Кс > 1) при незначительной асимметрии (менее, чем 1:4) сопротивлений фаз трехфазной нагрузки.

4. Представляет практический и научный интерес дальнейшее совершенствование предложенного источника электропитания, и, в частности, — целесообразно провести исследование его функционирования при замене в нем неуправляемого выпрямителя на активный выпрямитель.

1. Милях А. Н. Схемы симметрирования однофазных нагрузок в трехфазных цепях / А. Н. Милях, А. К. Шидловский, В. Г. Кузнецов. — К. : Наук. думка, 1973. — 220 с. — Библиогр. : с. 209-217. — 1300 экз.

2. Волков В. А. Симметрирование сетевых токов трехфазной несимметричной нагрузки посредством активного фильтра / В. А. Волков // Разра-

ботка рудных месторождений. — 2008. — № 92. -С. 172-176.

3. Колб А. А. Силовые активные компенсаторы в системе группового питания электроприводов / А. А. Колб // Вюник Кременчуцького державного пол^ехшчного ушверситету. — Вип. 3 (44). — Ч. 2. -Кременчук : КДПУ, 2007. — С. 44-48.

4. А. с. № 283390 СССР, МПК Н 02 3 3/26. Способ симметрирования при неполнофазных режимах в электрических системах с заземленной нейтралью / Д. В. Тимофеев, Р. П. Бирюкова (СССР). -Опубл. 15.07.70, Бюл. № 31. — 1 с.

5. Пат. 26699 Российская Федерация, МПК7 Н 02 3 3/26. Устройство для симметрирования токов и напряжений в трехфазной сети с нулевым проводом и саморегулируемой индуктивностью / Г. В. Лукина, И. В. Наумов, А. А. Лукин и др.; заявитель и патентообладатель Иркутская государственная сельскохозяйственная академия. -№ 2001130410/09 ; заявл. 09.11.01 ; опубл. 27.07.03. — 3 с.: ил.

6. Пат. 61063 Российская Федерация, МПК6 Н 02 3 3/26. Симметрирующее устройство для трехфазной четырехпроводной сети с регулируемыми параметрами / Д. А. Иванов, Н. В. Наумов, Д. А. Шпак и др.; заявитель и патентообладатель Иркутская государственная сельско-хозяйственная академия. — № 2006110751/22 ; заявл. 03.04.06 ; опубл. 10.02.07. — 3 с.: ил.

Смотрите так же:  Электропроводка зил 431410 схема цветная

7. Заявка 2001130410 Российская Федерация, МПК7 Н 02 3 3/26. Устройство для симметрирования токов и напряжений в трехфазной сети с нулевым проводом / Наумов Н. В., Лукина Г. В., Лукин А. А. и др. (Российская Федерация); заявитель Иркутская государственная сельско-хозяйственная академия. № 2001130410/09 ; заявл. 09.11.01 ; опубл. 27.07.03. — 3 с.: ил.

Поступила в редакцию 28. 12.08 г.

Запропонована й досл’джена схема джерела електроживлення, що знижуе струм у нейтралi три-фазно’1′ мережi змнноi напруги.

The scheme of power supply source reducing current in neutral terminal of a three-phase alternating voltage grid is offered and investigated.

Контроль трехфазных электрических сетей

Одно- и многофункциональные устройства для контроля параметров электрических сетей.

Работоспособность электрических установок стала одним из ключевых факторов промышленного производства. Сбои в подаче электроэнергии часто являются причиной срыва производства, влияют на последующие стадии производственного процесса и приводят к дополнительным затратам на дорогостоящий ремонт. Поэтому очень важно контролировать параметры электрических сетей.

Контроль параметров трехфазных электрических сетей может быть реализован с минимальными усилиями и затратами при помощи электронных реле контроля. Эти приборы заблаговременно обнаруживают ошибки и позволяют отключать неисправные компоненты, прежде чем произойдет дальнейшая поломка оборудования.

Трехфазные реле контроля АББ

Параметры трехфазной сети

Трехфазные реле контроля позволяют контролировать следующие параметры:

Нарушение последовательности фаз при работе двигателя или неправильное подключение фаз до пуска приводит к изменению направления вращения подключенного оборудования. Генераторы, насосы или вентиляторы вращаются в неверном направлении, что приводит к неправильной работе оборудования. Своевременное обнаружение ошибок в чередовании фаз имеет большое значение, особенно для машин с вращающимися и движущимися частями.

Обрыв фазы может привести к тому, что двигатели перестанут запускаться или будут забирать необходимый ток из других фаз. Такая ситуация приводит к неравномерным нагрузкам на обмотку двигателя и может вызвать его поломку.

Повышенное и пониженное напряжение

Повышенное напряжение приводит к нагреву подключенного оборудования. Если своевременно не обнаружить перенапряжение, оно может привести к разрушению оборудования.

Пониженное напряжение приводит к возникновению неопределенного состояния в работе оборудования. Если на катушку контактора подается пониженное напряжение, контакты могут неправильно работать при переключении.

При несимметричном напряжении питания двигателя часть энергии двигателя превращается в реактивную мощность. Производительность падает; кроме того, двигатель подвергается повышенной тепловой нагрузке и может выйти из строя.

Обрыв нейтрального провода

В случае симметричной нагрузки в сети обрыв нейтрального провода не оказывает никакого влияния на сеть. При обрыве нейтрального провода в сети с ассиметричной нагрузкой в отдельных фазах возникают колебания напряжения, способные нанести значительный ущерб подключенному оборудованию.

Примеры использования

Двигатель с рекуперацией энергии (двигатель, способный генерировать энергию в сеть).

Обрыв фазы работающего трехфазного двигателя может быть четко зафиксирован при помощи реле контроля асимметрии фаз.

В номинальном режиме, сразу после подачи напряжения питания, реле контроля фиксирует правильность чередования фаз L1-L2-L3 и соответствие всех напряжений диапазону Uмин./Uмакс. Тем самым гарантируется отсутствие перенапряжений, пониженного напряжения и обрыва фазы. Только после этого двигатель запускается.

При обрыве фазы (в примере, фаза L2, рис. 1.), фазный ток IL2 становится равным 0, а фазное напряжение UL2 уменьшается на величину Д1Т. Величина остаточного напряжения Ul2 может составлять до 95% от номинального, в зависимости от типа используемого двигателя. Приборы контроля фаз и пониженного напряжения контролируют пропадание фаз только до 60 % от номинального напряжения. Таким образом, обрыв фазы работающего двигателя нельзя с достаточной уверенностью определить при помощи реле контроля фазы. Надежное определение данной неисправности может гарантировать только контроль асимметрии фаз. При обнаружении асимметрии фаз, реле контроля асимметрии отключает двигатель, чтобы предотвратить его повреждение (рис. 2).

Рис. 1. Трехфазный двигатель с рекуперацией и реле контроля перед отключением из-за обрыва фазы: электрическая схема, эквивалентная схема двигателя, кривые тока и напряжения

Рис. 2. Трехфазный двигатель с обрывом фазы в L2 после срабатывания реле контроля: электрическая схема, эквивалентная схема двигателя, кривые тока и напряжения

Обнаружение обрыва нулевого провода

При симметричной нагрузке обрыв нулевого провода не влияет на работу оборудования, так как фазные токи IL1, IL2 и IL3 равны по величине и сдвинуты относительно друг друга на 120°.

Ток, протекающий через нулевой провод In согласно закону Кирхгофа, определяется как сумма всех фазных токов и в любой момент времени равен нулю и контроля обрыва нулевого провода не требуется.

В сетях с несимметричной нагрузкой — фазные токи IL1 IL2 и IL3 имеют разные значения и разную величину фазного угла, а фазные напряжения UL1, UL2 и UL3 относительно Un -одинаковые. Вследствие разницы фазных токов, через нулевой провод протекает компенсирующий ток In. При обрыве нулевого провода ток In становится равным 0, при этом сдвигается нейтральная точка звезды, и, следовательно, происходит перераспределение фазных напряжений по отдельным фазам (рис. 3). Это означает, что фазное напряжение в цепи с пониженной нагрузкой снижается, а в цепи с повышенной нагрузкой — повышается. Таким образом, в одной из цепей появляется перенапряжение, которое может привести к выходу из строя подключенного оборудования. В другой цепи, наоборот, происходит падение напряжения, которое может привести к различным последствиям в зависимости от нагрузки. Если нагрузка — например, работающий двигатель — продолжает потреблять из сети такую же мощность, которую он потреблял до обрыва нулевого провода, ток в данной цепи повышается и вызывает нагрев нагрузки и может привести к ее разрушению. В контакторах из-за падения напряжения могут возникнуть «нестабильные» состояния в работе (произвольное включение — выключение). Это приводит к непредсказуемым переключениям подключенной нагрузки и возникновению опасных ситуаций для оборудования.

Рис. 3. Обрыв нейтрального провода в трехфазной сети

Реле контроля трехфазного тока с функцией контроля нулевого провода обеспечивают безопасную и надежную защиту от обрыва нулевого провода. Эти реле подключаются к трем фазам сети электропитания и нулевому проводу, как показано на рисунке 4. Внутри реле моделируется соединение «звездой», а нагрузка подключается к нулевому проводу.

Рис. 4. Подключение трехфазного реле контроля нейтрального провода

При подключении нулевого провода возникает компенсирующий ток In, который вызывает падение напряжения Urn. При обрыве нулевого провода ток In равен нулю. Напряжение Urn при этом также равно нулю и выходное реле сообщает об обрыве нулевого провода.

Заключение

Примеры, рассмотренные выше, показывают целесообразность и важность контроля параметров в трехфазных сетях. При минимальных затратах обеспечивается безопасная работа оборудования, сохраняется процесс производства и предотвращаются поломки.

Ключевые характеристики, которые компания АББ стремится придать всем реле контроля, — это простота в эксплуатации и универсальность. При своих небольших размерах многофункциональные реле имеют полный набор функций и при изменении параметров процесса реле можно с легкостью перенастроить, выбрав необходимую функцию.

Одним из таких устройств является многофункциональное реле CM-MPS. Это реле обеспечивает контроль всех параметров фаз: последовательности фаз, обрыва фаз, перепадов напряжения и асимметрии. Для питания этого реле не требуется дополнительных цепей, т.к. оно может осуществляться от контролируемой сети.

Также в номенклатуре реле компании АББ есть и более простые устройства, контролирующие только определенный параметр, что позволяет осуществлять экономичный контроль трехфазных сетей.

Трехфазные реле контроля компании АББ

Трехфазные реле контроля компании АББ обеспечивают контроль всех важных параметров трехфазных цепей. Они распознают ошибки на ранней стадии, помогая избежать отключения всей установки. В случае серьезных ошибок реле производят безопасное отключение подключенных устройств и двигателей, предохраняя установку от поломок.

Благодаря этому, трехфазные реле контроля сохраняют безопасную работу оборудования с максимальной эксплуатационной готовностью и являются важным вкладом в экономику.

Компьютеры и трехфазная электрическая сеть

Компьютеры и трехфазная электрическая сеть

Владимир Капустин, Александр Лопухин (СТА 2/97)

Итак, вы нажали кнопку POWER на своем компьютере (сервере и т. п.). Масса книг и справочников расскажет вам, что появится после этого на дисплее и как работать с различными прикладными программами. Но иногда происходит то, о чем в этих книгах не пишут: вдруг на экране дисплея начало дрожать изображение, сбилась программа, дисплей мигнул и компьютер стал снова загружаться или (самый тяжелый случай) экран компьютера погас и запахло паленой изоляцией. В таких случаях легко выясняется, что причина кроется в плохой силовой электрической сети. Вы обращаетесь за консультацией, и обычно вам советуют купить источник бесперебойного питания (ИБП) или сетевой фильтр. Но иногда и это не помогает.

Решая задачу электропитания вычислительной системы, состоящей из некоторого числа однофазных потребителей (компьютеров, разветвителей и др.), часто не учитывают того, что система в целом подключена к трехфазной электрической сети.

Электрическая сеть. История

Сначала небольшой исторический экскурс. Начинались электрические сети просто: был генератор и от него тянулись два провода, к которым желающие могли подключить электрическую лампочку, мотор и тому подобные устройства.

Многие, зная, что к их розетке подходят два силовых провода, думают, что, с точки зрения подключения нагрузки, с тех пор ничего не изменилось.

На самом деле в 1891 году произошло событие, усложнившее эту простую схему. Русский ученый Доливо-Добро вольский изобрел трехпроводную трехфазную сеть. Пре имущества трехфазной сети для энергетиков настолько велики, что даже в обозримом будущем специалисты не видят ей альтернативы.

Классическая трехпроводная трехфазная сеть создавалась для подключения трехфазных нагрузок (в основном электродвигателей) и идеально подходит для них. В случае трехфазной нагрузки токи, потребляемые в каждой из фаз, одинаковы. Поэтому все три фазных напряжения также одинаковы.

В случае если в трехфазную сеть включены однофазные нагрузки (электрические лампы, компьютеры и т. д.), сопротивления нагрузки в разных фазах могут оказаться не одинаковыми. Фазные напряжения в классической трех фазной сети также станут разными. Например, если две фазы мало нагружены, а третья сильно нагружена, то напряжение в сильно нагруженной фазе будет намного ниже номинального – 220 В (напряжение может оказаться недостаточным для нормальной работы оборудования), а напряжение в недогруженных фазах будет намного больше номинального (и подключенное к ним оборудование может выйти из строя). Описанное явление электрики называют перекосом фаз.

Смотрите так же:  Марка провода для ввода в дом

Для того чтобы выровнять напряжения в трехфазной электрической сети, в схему был введен еще один, так называемый нейтральный провод, или просто «нейтраль» (рис. 1).

По нейтральному проводу течет ток, компенсирующий разность токов в отдельных фазах. Благодаря этому напряжения в разных фазах выравниваются.

Теперь понятно, насколько опасным может быть обрыв нейтрального провода. Этот вид неисправности немедленно приведет к перекосу фаз и повреждению однофазного оборудования.

Значительная часть мощности трехфазной электрической сети потребляется трехфазными нагрузками (электродвигателями, печами и т. д.). Каждая из трехфазных на грузок одинаково нагружает все три фазы сети. В случае если основную часть мощности сети потребляют однофазные нагрузки, например в офисном здании, электрики стараются распределить нагрузку по фазам более или менее равномерно. На рис. 2 приведена типичная осциллограмма токов в трехфазной электрической сети, нагруженной лампами или электродвигателями. Токи в линейных прово дах отличаются не более, чем на 25%. Поэтому ток в нейтральном проводе невелик. Он составляет не более 20% от среднего тока в линейных проводах.

В расчете на эту типичную картину нейтральный провод обычно делают тоньше остальных проводов трехфазной электрической сети. Например в трехфазном силовом ка беле, рассчитанном на мощность сети около 70 кВА, линейные провода имеют сечение 35 кв. мм, а нейтральный провод – 16 кв. мм. Это позволяет сэкономить много дорогой меди и обычно не представляет опасности, так как ток, протекающий через нейтральный провод, невелик.

С появлением компьютеров, имеющих беcтрансформаторные импульсные блоки питания, положение сильно ухудшилось. Чем же опасны для сети эти блоки питания?

Линейные и нелинейные нагрузки

Если мы подключим к источнику синусоидального переменного напряжения (например, к сети или к ИБП с синусоидальным выходным напряжением) сопротивление, емкость, индуктивность или любое сочетание этих нагрузок, зависимость тока в цепи от времени тоже будет иметь форму синусоиды (рис. 3). Такие нагрузки (потребители электроэнергии) называются линейными.

Если к источнику синусоидального напряжения подключить компьютер, то зависимость тока, потребляемого компьютером, от времени будет иметь вид, показанный на рис. 4.

На рисунке хорошо видно, что компьютер потребляет ток только в моменты, когда напряжение близко к своему максимуму, и не потребляет ток при низком напряжении.

Нагрузки, у которых при синусоидальном питающем напряжении форма кривой потребляемого тока заметно отличается от синусоидальной, называют нелинейными. К ним относятся и компьютеры.

Такую форму тока можно получить, если искусственно соединить несколько синусоид, имеющих кратные частоты, – гармоник. Гармоники нумеруют по мере роста их частот. Первая гармоника имеет частоту 50 Гц, вторая – 100 Гц, третья – 150 Гц и так далее. Разложенный на гармоники сигнал обычно представляют в виде спектра – графика, где по верти кали показана амплитуда гармоники (обычно в процентах от действующего значения всего сигнала), а по горизонтали ее номер, причем первую гармонику обычно не показывают. На рис. 5 показан такой график для потребляемого компьютером тока.

Как видно из этого графика, гармоники имеют только нечетные номера. Кроме того, по мере роста частоты (номера гармоники) их интенсивность падает. Наибольшую интенсивность имеет третья гармоника.

Гармоники и трехфазная сеть

Чем плохо наличие гармоник?

Оказывается, что великолепный механизм компенсации дисбаланса токов, на котором построена четырех проводная трехфазная электрическая сеть, очень плохо работает с несинусоидальными токами. На рис. 6 показана осциллограмма для несинусоидальных токов в трехфазной электрической сети.

Действующие значения токов в каждой из фаз одинаковы. Несмотря на это, ток в нейтральном проводе не равен нулю, как можно было бы ожидать. Его амплитуда примерно равна амплитуде токов в линейных проводах, а действующее значение существенно превышает действующее значение токов в линейных проводах.

Вспомним теперь, что нейтральный провод может иметь намного меньшее сечение, чем линейные провода. Если трехфазная сеть нагружена «компьютерными» потребителями хотя бы на 50%, то налицо опасная перегрузка нейтрального провода. Опасно также то, что этой пере грузки никто не заметит. На нее не реагирует ни один прибор защиты. Ведь на нейтральном проводе не устанавливают измерительных приборов. Нейтральный провод по правилам техники безопасности запрещено защищать плавкими или автоматическими предохранителями.

Перечислим наиболее очевидные следствия перегрузки нейтрали.

Повышенное тепловыделение в нейтральном проводе и его обрыв, возможен даже пожар.

Искажение формы кривой напряжения. Искажение формы напряжения в силовой сети чаще вызывается не перегрузкой линейного провода, как многие ошибочно думают, а пере грузкой более тонкого нейтрального провода. Характерным признаком искажений является плоская вершина синусоиды напряжения. Характерное следствие – искажение изображения на мониторах.

Большое падение напряжения на нейтральном проводе. При значительных токах в нейтральном проводе малого сечения падение напряжения на нейтрали может быть довольно велико. Его амплитуда при этом может достигать десятков вольт.

Посмотрим на характерную схему подключения компьютеров в здании (рис. 7). Мало какие предприятия готовы вкладывать большие деньги в организацию хорошего заземления. Заземление в большинстве случаев сводится просто к подключению «земли» (то есть третьего провода «компьютерной» розетки) к нейтрали в силовом щите.

На рисунке показан наиболее часто встречающийся в жизни случай, когда предприятие занимает несколько этажей здания и на каждом этаже есть от дельный щиток со своей «землей». Для простоты ограничимся двумя этажа ми (двумя силовыми щитками), каждый со своей «землей».

Видно, что токи, протекающие по нейтрали, создают разность потенциалов между «землями» этажей (щитков). Если компьютеры соединены в локальную сеть, то эта помеха приложена фактически между сетевыми платами компьютеров, расположенных на разных этажах. В результате происходят не только сбои при передаче ин формации, но и выход из строя компьютеров или их узлов.

Как бороться с этим неприятным явлением? Естественно, вам может прийти в голову «оригинальная» мысль – надо провести «землю» по всему зданию от щитка на первом этаже. Но по правилам электробезопасности в каждом силовом щитке нейтральный провод положено заземлять (соединять с корпусом щитка). Поэтому придется применять общие методы борьбы с перегрузкой нейтрального провода.

Методы борьбы с перегрузкой нейтрали

Самый простой путь – применение понижающего разделительного трансформатора. На рис. 8 показан трансформатор, вход которого подключен к линейному напряжению (380 В). На выходе трансформатор имеет напряжение 220 В. Как следует из рисунка, ток в нейтраль не идет, так как входная обмотка трансформатора не имеет с ней контакта. Поэтому при использовании нейтральных проводов в качестве заземления помеха между «землями» не возникает.

Помимо всего прочего, это частично решит проблему равномерного распределения нагрузки по фазам, так как оборудование, подключенное к трансформатору, нагружает не одну фазу, а две, причем одинаково.

Еще лучше, если этот трансформатор выполняет функции стабилизатора напряжения или источника бесперебойного питания (ИБП). Наиболее радикальным способом решения проблемы является применение ИБП с трехфазным входом и с двойным преобразованием энергии (online). Так как практически все такие ИБП имеют на входе как минимум шести импульсный выпрямитель, то они выпрямляют не фазное, а линейное напряжение и, как видно из рисунка, нейтраль вовсе не нагружается (рис. 9).

Трехфазный ИБП не только разгружает нейтральный провод. Он также уменьшает искажения формы кривой тока за счет ликвидации всех гармоник, кратных 3. Исчезает не только наиболее мощная третья гармоника, но и девятая и пятнадцатая гармоники (рис. 10).

Кроме того, применение трехфазного ИБП автоматически решает вопрос равномерного распределения нагрузки по фазам. Некоторые трехфазные ИБП средней мощности имеют однофазный выход. Но даже ИБП с трехфазным входом и однофазным выходом позволяет разгрузить нейтраль, как показано на рис. 11.

Мощные трехфазные ИБП, как правило, позволяют применять на своем входе 12-ти импульсный выпрямитель, который еще более снижает уровень от даваемых в сеть гармоник, ликвидируя пятую гармонику, и понижают требуемую мощность дизельгенератора, питающего ИБП, если он есть в системе бесперебойного пита ния.

Перечислим основные преимущества применения трех фазных ИБП с двойным преобразованием энергии.

Разгрузка нейтрали и равномерное распределение мощности по фазам.
Высшая степень защиты оборудования и возможность повышения надежности путем горячего резервирования.
Стабилизация напряжения (хороший ИБП стабилизирует напряжение с погрешностью около 1%).

Фильтрация гармонических искажений и шумов (системы с двойным преобразованием являются практически идеальными сетевыми фильтрами).

Фильтрация коротких высоковольтных импульсов (они могут возникать из-за коротких замыканий, ударов молнии рядом с линией электропередачи и т. п.) и относительно более длинных импульсов, связанных с включением или отключением мощных нагрузок, питающихся от этой же подстанции.
Снижение необходимой мощности дизель-генератора для работы в системе.

Похожие статьи:

  • Вилка с заземлением с узо тип а 30ма 16а 220в ip30 УЗО 25 А, 30 мА, тип А, 4 полюса, CD425J Hager Внимание! Раздаем скидки всем желающим! Розетки и выключатели Legrand, Hager -20% от цен сайта, теплый пол и обогреватели -15% от цен сайта и др. Подробнее здесь.. Внешний вид и описание […]
  • Почему текут провода Как течет провод NYM NYM – замечательный провод, который наравне с ВВГнг очень часто выбирают для прокладки линий питания. Но какой “сюрприз” может ожидать владельца такой проводки? На нашем рынке NYM выпускают множество производителей и […]
  • Трёхфазные автоматы электрические Типы и виды автоматических выключателей. Основное предназначение автоматических выключателей —защита кабельно-проводниковой продукции (КПП), а также конечных потребителей от перегрузки выходных устройств и токов короткого замыкания. В […]
  • Провода под дин рейку Клеммник на din рейку — правила подключения, монтажа и сборки. Такой казалось бы простой и всем знакомый механизм распределительных щитов как клеммник, при более детальном изучении раскрывает в себе множество нюансов и особенностей. Не […]
  • Ограничитель мощности на 150 квт Ограничитель мощности Евроавтоматика ОМ-630 4P 8А Ограничитель мощности ОМ-630-380В DIN [ОМ630-380] Беларусь Беларусь Нажмите на изображение, чтобы увеличить Нажмите на изображение, чтобы увеличить Нажмите на изображение, чтобы […]
  • Узо 2х полюсное установка дифавтомата (УЗО+2х полюсный автомат) ПОСЛЕ однополюсного автомата. тяну из коридорного щитка отдельный кабель в квартирный щиток. в коридорном щитке кабель подцеплен через однополюсный автомат. в квартирном хочу перед разводкой […]