Режимы работы трехфазной системы без нулевого провода и с нулевым проводом; защитное заземление
Из большого числа возможных несимметричных режимов трехфазных цепей рассмотрим только те, которые создаются приемником. При этом будем полагать, что система линейных напряжений источника питания остается симметричной и неизменной. Потенциал нейтральной точки источника питания при соединении его обмоток звездой также остается неизменным.
Соединение фаз приемника звездой с нейтральным проводом
Рассмотрим схему соединения фаз приемника. Сопротивление нейтрального
провода, как и линейных проводов, примем равным нулю YN =¥ . При условии UN = 0
 |
звезда фазных напряжений приемника остается симметричной и неизменной при любых проводимостях фаз приемника. Ток в нейтральном проводе определяется фаз- ными токами.
Рис. 3.7.Схема соединения фаз приемника звездой
Рассмотрим частный случай несимметричного режима, когда при симметричной активной нагрузке (YА = Y в = Yс = G) происходит обрыв провода.
В исходном режиме фазные токи образуют симметричную систему и ток в нейтральном проводе равен нулю. При обрыве провода А ток IА = 0. Токи в фазах В
и С IB
=G U B¢ ;
IC =G U C¢ останутся неизменными по значению и по фазе. Ток в ней-
тральном проводе
IN =IB + IC , т. е. по значению равен току IA в исходном режиме, а
по направлению противоположен ему.
При наличии нейтрального провода фазные напряжения приемника остаются постоянными при любых нагрузках фаз, и ток каждой фазы зависит только от
проводимости данной фазы. Нейтральный провод, по которому протекает ток
IN, выравнивает фазные напряжения приемника.
Соединение фаз приемника звездой без нейтрального провода
При отсутствии нейтрального провода нужно принять YN — 0. Тогда напряжение между точками N u n
N Y + Y + Y
A B C
Изменение положения точки п приводит к изменению значений фазных напряжений UА, Uв и Uс приемника, а, следовательно, и токов в его фазах. По этой причине соединение фаз приемника звездой без нейтрального провода никогда не применяют, если заведомо известно, что нагрузка по фазам будет несимметричной.
Соединение фаз приемника треугольником
При соединении треугольником фазное и линейное напряжения равны. Поэтому при заданных неизменных линейных напряжениях фазные напряжения на зажимах приемника останутся постоянными при любом сопротивлении фаз.
На практике несимметричные режимы, обусловленные приемником, могут быть следствием нарушения его нормальной работы.
Назначение нулевого провода. Защитное заземление
Система ЭДС обмоток трехфазного генератора, работающего в энергосистеме, всегда симметрична. ЭДС поддерживаются строго постоянными по амплитуде и сдвинутыми по фазе на 120º. Нагрузка же может быть как симметричной, так и несимметричной.
При симметричной нагрузке, когда сопротивления ZА=ZВ=ZС и имеют одинаковый характер, векторы токов IА, IВ, IС равны по абсолютному значению и образуют трехлучевую звезду, у которой углы между лучами равны 120º. В этом случае векторная сумма токов равна нулю. Таким образом, при симметричной нагрузке нулевой провод не нужен.
Если же нагрузка несимметрична, будут неравны и токи IА, IВ, IС, их векторная сумма будет не равна нулю. При симметрии фазных напряжений и не симметрии нагрузки в нулевом проводе есть ток.
Представим, что нулевой провод оборвался (и ток в нем равен нулю). При этом токи в фазах должны измениться так, чтобы их векторная сумма оказалась равной нулю. Но при заданных сопротивлениях нагрузки токи могут измениться только за счет изменения фазных напряжений. При этом симметричные фазные напряжения станут несимметричными. Это приведет к нарушению нормальной работы потребителей, рассчитанных на определенное рабочее напряжение.
Таким образом, нулевой провод в четырехпроводной цепи предназначен для обеспечения симметрии фазных напряжений при несимметричной нагрузке.
Не симметрия фазных напряжений недопустима, так как приводит к нарушению нормальной работы потребителей, рассчитанных на определенной напряжение.
Нейтральный провод позволяет подключать к трехфазной сети однофазные
приемники с номинальным напряжением, в напряжения сети.
раз меньшим номинального линейного
При прохождении электрического тока через организм человека в первую очередь
поражается центральная нервная система, в результате чего нарушается работа сердечной мышцы и органов дыхания. Степень поражения зависит от силы и частоты тока, а также от пути прохождения тока через организм человека. При прочих равных условиях наибольшее физиологическое воздействие на организм человека оказывают токи частотой 50—60 Гц. Что касается силы тока, то неприятные ощущения возникают уже при токах в несколько миллиампер. При токе 25 мА (0,025 А) наступает судорожное сокращение мышц и человек оказывается не в состоянии самостоятельно разжать пальцы и освободиться от провода, находящегося под током. При токе 100 мА(0,1А) практически мгновенно наступает паралич дыхания и сердца. Правилами техники безопасности за безусловно опасный принят ток 50 мА (0,05 А).
Значительным электрическим сопротивлением обладает только поверхностный слой кожи человека. Это сопротивление зависит от многих причин (влажности кожи, степени расширения кожных капилляров и др.) | и колеблется в широких пределах — от 800 до 100000 Ом. Сопротивление резко снижается, например, при употреблении алкоголя. Если принять сопротивление тела человека равным 1000 Ом, то опасным будет ток при напряжении U = 0,05 • 1000 == 50 В. При этом источник должен отдавать мощность Р= 50.0,05 =2,5 Вт. Если мощность источника значительно меньше указанной цифры, то высокие напряжения не приводят к общему поражению организма человека, но вызывают неприятные ощущения.
При неисправности изоляции токоведущих частей электротехнических установок неизолированные металлические конструкции могут оказаться под напряжением. Под напряжением окажется и человек, коснувшийся такой металлической конструкции. Назовем это напряжение напряжением прикосновения Uпр.
Правила техники безопасности считают опасными для человека следующие напряжения прикосновения:
в сухом помещении Uпр = 65 В;
в сырых помещениях с относительной влажностью 75% и токопроводящими полами Uпр =36 В;
в особо опасных помещениях (металлические кабины, котлы, помещения с относительной влажностью 100%) Uпр =12 В.
При погружении в воду сопротивление тела человека значительно снижается вследствие увеличения поверхности соприкосновения тела с проводящей средой и уменьшения удельного сопротивления кожи, поэтому даже сравнительно невысокие напряжения могут оказаться смертельно опасными. По этой причине, в частности, в ванных комнатах не устанавливают розеток электропитания и выключателей, а осве- тительные приборы закрывают прозрачными колпаками.
Вследствие того, что сопротивление изоляции проводов электрической сети ограничено (не бесконечно велико), между линейными проводами существуют токи утечки, которые замыкаются через землю.
В почве на достаточной глубине устанавливается проводник (металлическая пластина), которая соединяются с заземляемыми деталями стальными полосами (шинами).
Если произойдет повреждение изоляции и корпус двигателя окажется соединенным с проводом сети, то человеку, прикоснувшемуся к заземленному двигателю, не
угрожает опасность. Действительно, в этом случае ток утечки распределяется между параллельными ветвями: человек - шина.
Так как сопротивление человека значительно больше, чем сопротивление заземлителя, то почти весь ток утечки пройдет через заземлитель. Это справедливо, если заземлитель правильно рассчитан и тщательно выполнен. При повышенном сопро- тивлении заземлителя опасность поражения человека токами утечки остается.
При нарушении изоляции проводов через параллельно соединенные заземлитель и тело человека будет проходить уже не ток утечки, а ток короткого замыкания и, несмотря на то, что сопротивление заземлителя много меньше, чем сопротивление человека, относительно небольшая часть тока короткого замыкания, проходящая через человека, в абсолютном значении может значительно превышать опасный ток 50 мА.
Иначе обстоит дело в четырехпроводных цепях трехфазного тока. Здесь можно построить такую систему защиты, которая надежно срабатывала бы при каждом пробое изоляции и попадании напряжения на корпус двигателя. Для этого достаточно корпус двигателя и другие металлические части электротехнических установок, нормально не находящиеся под напряжением, надежно соединить с помощью стальных полос или проводов с нулевым проводом. Теперь пробой изоляции приводит к короткому замыканию фазы генератора. Соответствующая плавкая вставка в течение долей секунды перегорает и отключает от сети поврежденный участок.
Такое соединение металлических частей электротехнических установок с нулевым проводом иногда называют занулением.
Для перегорания плавкой вставки нужно некоторое время. В течение этого времени человек, прикоснувшийся к поврежденному двигателю, будет соединен с линейным проводом и через его тело пройдет ток утечки. Чтобы защитить человека от тока утечки, корпус двигателя (и все металлические части электротехнических установок, не находящиеся под напряжением) нужно заземлить. Однако проще заземлить сам нулевой провод, так как все металлические части уже соединены с ним, и тогда нет необходимости тянуть дополнительные шины к электротехническим установкам. Полученная схема получила широкое распространение. Ее называют четырехпро- водной сетью с заземленной нейтралью.
Категорически запрещается в четырехпроводной сети трехфазного тока с заземлением нейтралью заземлять корпуса электротехнических установок, не соединив эти корпуса с нулевым проводом.
Дата добавления: 2022-11-11; просмотров: 27; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!