Обрыв нагрузки в треугольнике (8 видео) | Курс школьной геометрии

Аварийные режимы в трехфазных цепях

Цепи при соединении нагрузки в треугольник

Аварийные режимы в нагрузках соединенных звездой

Аварийные режимы в нагрузках соединенных треугольником

Аварийные режимы в нагрузках соединенных звездой

Аварийные режимы в нагрузках соединенных треугольником

3.5. Несимметричные и аварийные режимы работы трехфазных цепей

Для соединения трехфазной цепи в звезду возможны следующие аварийные режимы работы:

1) обрыв фазы (рис. 3.10);

2) обрыв нулевого провода (рис. 3.11);

3) короткое замыкание фазы при обрыве нуля (рис. 3.12).

4) обрыв фазы и нуля, рис. 3.12.

Для соединения трехфазной цепи в треугольник возможны следующие аварийные режимы:

2) обрыв линейного провода.

Содержание

Аварийные режимы в нагрузках соединенных звездой
Аварийные режимы в нагрузках соединенных треугольником
Аварийные режимы в трехфазных цепях
Аварийные режимы в нагрузках соединенных звездой
Аварийные режимы в нагрузках соединенных треугольником
Цепи при соединении нагрузки в треугольник
🔥 Видео

1) При обрыве фазы А , работа нагрузкой не совершается, а остальные нагрузки () свои режимы работы не изменят (рис. 3.13): .

Если нагрузки связаны и является одним целым, то этот режим будет аварийным. Так, если эта нагрузка – асинхронный двигатель, то он будет в аварийном режиме и нулевой провод будет нагружен дополнительно (рис. 3.13):

2) Обрыв нулевого провода не всегда вызывает аварию в трехфазных цепях. Если нагрузка симметрична, то обрыв нулевого провода не изменит токов нагрузок, так как для симметричной нагрузки

Для несимметричных нагрузок , и поэтому такой режим может вызвать аварию.

Для того чтобы показать это, используем метод двух узлов:

Напряжение (рис. 3.14) не равно нулю, если нагрузки несимметричны. Фазные токи также будут неодинаковыми.

3) При коротком замыкании фазы А и обрыве нуля напряжение этой фазы равно нулю:, (рис. 3.15).

Нагрузка фазы В увеличится в раз:

Аналогично и в фазе С:

;

будет увеличен по отношению к исходному в раз.

4) Обрыв фазы и нулевого провода дает:

В оставшихся фазах токи будут одинаковыми, а напряжения на них будут зависеть от сопротивлений нагрузок (рис. 3.16).

1) Обрыв фазы.

Ключ к1 замкнут, ключ к2 разомкнут (рис. 3.17). В этом режиме ток в фазе отсутствует, а остальные нагрузки работают как обычно (рис. 3.18). В таком аварийном режиме линейные токи фаз А и В соответствуют фазным токам, а линейный ток фазы С остается таким, каким был прежде.

Обрыв линейного провода. Ключ к1 разомкнут и ключ к2 замкнут (рис. 3.19). Фаза нагрузки с своего режима не изменит, а фазы становятся последовательно соединенными и параллельно подключеннымик линейному напряжению фаз В, С (см. рис. 3.17), то есть цепь становитсяоднофазной. Топографическая и векторная диаграммы в этом случае могут иметьвид, как показано на рис.3.19.

Видео:Поведение нагрузки при обрыве фазы на стороне ВН (опыт 5)Скачать

а) Назначение нулевого провода.
При несимметричной нагрузке звездой без нулевого провода (на рис. 11.19 ключ разомкнут) сопротивления всех фаз неодинаковы: Z А Z В Z С . Вследствие этого появляется напряжение смещения нейтрали U _N’N, определяемое по формуле двух узлов:

Это напряжение U _N, действующее между точками N и N’ (рис. 11.19), показано на рис. 11.20. При любом направлении вектора U _N напряжения на фазах нагрузки будут неодинаковы.

При включении и выключении приемников проводимости фаз Y А, Y B и Y C изменяются произвольным образом, это приводит к изменению напряжения смещения нейтрали U _N, ведущее, в свою очередь, к произвольному изменению напряжений на фазах нагрузки. Подавляющее большинство электросиловых приемников функционирует только при номинальном питающем напряжении. Поэтому соединение звездой без нулевого провода для несимметричной или изменяемой нагрузки практически не используется вследствие невозможности обеспечить номинальное питающее напряжение. При большом числе приемников, статистически в «среднем» обеспечивающих примерно одинаковую нагрузку фаз, несмотря на включение и выключение отдельных потребителей, смещение нейтрали невелико. Это позволяет использовать соединение звездой без нулевого провода для мощных линий электропередач на трансформаторные подстанции напряжением до 6,3 кВ. Соединение звездой без нулевого провода используется и в устройствах, предназначенных для контроля и анализа режимов трехфазных цепей.

б) Соединение звездой с нулевым проводом.
Для соединения звездой с нулевым проводом (на рис. 11.19 ключ замкнут) определим напряжение нейтрали также по формуле двух узлов:

В реальных системах электроснабжения проводимость нулевого провода Y _N много больше проводимостей фаз и практически можно считать, что сопротивление нулевого провода близко к нулю. Тогда при Y _N → ∞ знаменатель в выше написанной формуле стремится к бесконечности, U _N → 0 и при наличии нулевого провода с достаточно малым сопротивлением смещение потенциала нулевой точки N’ нагрузки отсутствует. На фазах нагрузки независимо от их сопротивлений поддерживаются напряжения, составляющие симметричную трехфазную систему.
Токи фаз нагрузки определяются по закону Ома:

На рис. 11.22 показана векторная диаграмма токов при несимметричной активной нагрузке. Из векторной диаграммы видно, что токи фаз при несимметричной нагрузке не равны по модулю, а в общем случае смещены по фазе на углы, не равные 120°, т. е. они не представляют симметричную трехфазную систему.
Ток нейтрального провода (см. рис. 11.14) можно определить по первому закону Кирхгофа для узла N’ — рис. 11.22 (на рисунке изображен вспомогательный вектор тока, равный сумме токов I _А+ I _С):

Чем больше несимметрия фаз нагрузки, тем больше «уравнительный» ток I _N нулевого провода.

Соединение звездой с нулевым проводом повсеместно используется для электропитания жилых и общественных зданий, производственных приемников энергии и в других случаях с многочисленными приемниками, включаемыми и выключаемыми независимо друг от друга.

в) Соединение треугольником.
Если пренебречь сопротивлением соединительных проводов, то напряжения на фазах нагрузки равны линейным напряжениям трехфазного источника . Фазные токи при несимметричной нагрузке Z А B Z ВС Z С A определяются по закону Ома:

На рис. 11.25 показана векторная диаграмма токов при несимметричной активной нагрузке. Линейные токи определяются по первому закону Кирхгофа для узлов А, В и С рис. 11.17:

Как видно из векторной диаграммы (рис. 11.25), линейные токи не равны по модулю и смещены по фазе на углы, не равные 120°. В общем случае и фазные токи не равны по модулю и смещены по фазе на углы, не равные 120°.

Векторная диаграмма линейных токов показана на рис. 11.25.

г) Аварийные режимы в трехфазных цепях.
Частными случаями несимметричных режимов являются аварийные режимы в трехфазных цепях: обрывы нейтрального и линейных проводов, КЗ в фазах.
Абсолютно безопасными являются разрывы в фазах нагрузки, соединенной треугольником или звездой с нулевым проводом (отключения фаз)
Аварийными, пожароопасными являются КЗ фаз нагрузки таких соединений. Все другие случаи приводят к резкому изменению номинальных напряжений на фазах нагрузки и могут привести к аварийной ситуации. Обрыв нулевого провода несимметричной звезды был рассмотрен в примере 11.9.

Для соединения трехфазной цепи в звезду возможны следующие аварийные режимы работы:

1) обрыв фазы (рис. 3.10);

2) обрыв нулевого провода (рис. 3.11);

3) короткое замыкание фазы при обрыве нуля (рис. 3.12).

4) обрыв фазы и нуля, рис. 3.12.

Для соединения трехфазной цепи в треугольник возможны следующие аварийные режимы:

2) обрыв линейного провода.

Для несимметричных нагрузок , и поэтому такой режим может вызвать аварию.

Для того чтобы показать это, используем метод двух узлов:

Напряжение (рис. 3.14) не равно нулю, если нагрузки несимметричны. Фазные токи также будут неодинаковыми.

3) При коротком замыкании фазы А и обрыве нуля напряжение этой фазы равно нулю:, (рис. 3.15).

Нагрузка фазы В увеличится в раз:

Аналогично и в фазе С:

;

будет увеличен по отношению к исходному в раз.

4) Обрыв фазы и нулевого провода дает:

1) Обрыв фазы.

Общие сведения

При коротких замыканиях в фазах нагрузки или между линейными проводами токи резко возрастают и происходит аварийное отключение установки защитой.

Обрывы фаз или линейных проводов при соединении нагрузки в треугольник не приводят к перегрузкам по токам или напряжениям, как это иногда случается при соединении нагрузки в звезду.

При обрыве одной фазы нагрузки (рис. 8.5.1) ток этой фазы становится равным нулю, а в оставшихся двух фазах ток не меняется. Два линейных тока уменьшаются в раз, т. е. становятся равными фазному току, а третий остаётся неизменным.

При обрыве линейного провода (например, В) фазные сопротивления R_AB и R_BC оказываются соединёнными последовательно и включёнными параллельно с сопротивлением R_CA на напряжение U_CA (рис. 8.5.2). Цепь фактически становится однофазной.

Рис. 8.5.2

При одновременном обрыве линейного провода и одной фазы нагрузки цепь также становится однофазной (рис. 8.5.3 и 8.5.4).

Экспериментальная часть

Задание

Экспериментально исследовать аварийные режимы трёхфазной цепи при соединении нагрузки в треугольник.

Порядок выполнения работы

· Соберите цепь цепь согласно схеме (рис.8.5.5) с сопротивлениями фаз R_A_В=R_B_С=R_C_А=1кОм и измерьте линейные и фазные токи в симметричном режиме.

· Проделайте измерения фазных и линейных токов (отличных от нуля) во всех режимах, указанных в табл. 8.5.1. (Измерения токов можно производить одним – двумя амперметрами, переключая их из одной фазы в другую, либо виртуальными приборами).

· По экспериментальным данным постройте векторные диаграммы для каждого аварийного случая в выбранном масштабе.

· Ответьте на контрольные вопросы.

Векторные диаграммы

Обрыв фазы АВ нагрузки

Обрыв линейного провода А

3. Обрыв фазы АВ и линии С 4. Обрыв фазы АВ и линии А

Вопрос:Как вычислить мощность несимметричной трёхфазной нагрузки?

Ответ: ……….

Вопрос:Как (во сколько раз) увеличиваются или уменьшаются фазные и линейные токи в каждом из рассмотренных аварийных режимов?

Ответ: ……….

Расчёт и экспериментальное исследование цепи при несинусоидальном приложенном напряжении

(для компьютерного варианта стенда)

Общие сведения

Несинусоидальное периодическое напряжение, приложенное к электрической цепи, можно разложить в ряд Фурье:

Расчёт цепи проводят с использованием принципа наложения в следующей последовательности:

· рассчитывают цепь при постоянном приложенном напряжении U ;

· рассчитывают цепь (обычно комплексным методом) при синусоидальном приложенном напряжении с амплитудой U₁_m частоты и частотой w (k=1);

· повторяют расчёт при k = 2, 3, 4, …, учитывая, что индуктивные сопротивления увеличиваются с ростом частоты ( ), а ёмкостные уменьшаются ( );

· переходят к мгновенным значениям и суммируют постоянную и синусоидальные составляющие тока (напряжения) в каждой ветви;

· определяют действующие значения токов и напряжений, а также мощности по формулам:

где U_k, I_k – действующие значения синусоидальных составляющих.

Чем больше гармоник взято для расчёта, тем выше точность полученных результатов. На рис. 9.1 приведен в качестве примера экспериментальный график тока в

цепи с последовательным соединением R, L, и C при двуполярном прямоугольном приложенном напряжении. На этот график наложены в том же масштабе два расчётных графика: один сделан с учётом только первой и третьей гармоник, а в другом учтены 5 гармоник – с первой по одиннадцатую.

В приложении приведена MathCAD-программа расчёта этих графиков с комментариями.

Экспериментальная часть

Задание

Рассчитать мгновенное и действующее значение тока и напряжения на конденсаторе, а также потребляемую цепью активную мощность при прямоугольном периодическом приложенном напряжении, построить график изменения тока на входе цепи, проверить результаты расчёта путём осциллографирования и непосредственных измерений.

Порядок выполнения работы

· Выбрать один из приведенных ниже вариантов параметров цепи (рис. 9.2) и выполнить расчёт согласно заданию, учитывая основную гармонику и одну – две высших. По результатам расчёта мгновенных значений на рис.9.3 построить графики, а действующие значения и мощность занести в табл. 9.1.

Варианты параметров элементов цепи и приложенного напряжения:

L = 10 мГн (R_K=17 Ом), L = 40 мГн (R_K=70 Ом), L = 100 мГн, (R_K=170 Ом);

С = 0,22, 0,47 или 1 мкФ;

R = 47, 100, 150, или 220 Ом;

Um=8…10 B, f=0,5…1 кГц.

· Собрать цепь (рис.9.2) с принятыми в расчёте параметрами элементов, включить виртуальные приборы для измерения действующих значений тока и напряжения на конденсаторе и осциллограф.

· Установить на источнике принятые значение частоты и амплитуду прямоугольных импульсов и перенести осциллограмм на рис. 9.4. Записать в табл. 9.1 действующие значения тока и напряжения на конденсаторе.

· Переключить вольтметр на вход цепи, включить виртуальный измеритель активной мощности и занести его показание также в табл. 9.1.

· Сравнить результаты расчёта и эксперимента и сделать выводы.

Видео:Несимметричная нагрузка. Схема соединения "треугольник"Скачать

Симметричный режим, R_ф=1 кОм

Обрыв фазы АВнагрузки

Обрыв линейного провода А

Обрыв фазы АВ и линии С

Обрыв фазы АВи линииА

Аварийный режим при соединении звездой с нейтральным проводом в случае обрыва нейтрали и одной из фаз. Схема аварийного случая. Векторные диаграммы токов и напряжений для такого случая. Последствия аварийного случая.

Аварийными являются режимы, возникают при коротких замыканиях в нагрузке

или в линиях и обрыве проводов. Остановимся на некоторых типичных аварийных

Обрыв нейтрального провода при несимметричной нагрузке

В симметричном режиме IN= 0, поэтому обрыв нейтрального провода не приводит

к изменению токов и напряжений в цепи и такой режим не является аварийным. Однако,

при несимметричной нагрузке IN¹ 0, поэтому обрыв нейтрали приводит к изменению всех

фазных токов и напряжений. На векторной диаграмме напряжений точка «0» нагрузки,

совпадающая до этого с точкой «N» генератора, смещается таким образом, чтобы сумма

фазных токов оказалась равной нулю (рис.8.4.1). Напряжения на отдельных фазах могут

существенно превысить номинальное напряжение.

Обрыв фазы при симметричной нагрузке в схеме без нулевого провода

При обрыве, например, фазы А сопротивления RA и RB оказываются

соединёнными последовательно и к ним приложено линейное напряжение UBC.

Напряжение на каждом из сопротивлений составляет 3 / 2 от фазного напряжения в

нормальном режиме. Нулевая точка нагрузки на векторной диаграмме напряжений

смещается на линию ВС, и при RB = RC она находится точно в середине отрезка ВС

Аварийный режим при соединении звездой с нейтральным проводом в случае обрыва одной из фаз при целой нейтрали. Схема аварийного случая. Векторные диаграммы токов и напряжений. Последствия аварийного случая.

Обрыв фазы при симметричной нагрузке в схеме с нулевым проводом

При обрыве провода, например, в фазе А ток этой фазы становится равным нулю,

напряжения и токи в фазах В и С не изменяются, а в нулевом проводе появляется ток

IN = IB + IC.Он равен току, который до обрыва протекал в фазе А (рис. 8.4.2).

Аварийный режим при соединении звездой с нейтральным проводом в случае короткого замыкания одной из фаз при целой нейтрали. Схема аварийного случая. Векторные диаграммы токов и напряжений. Последствия аварийного случая

При коротком замыкании фазы нагрузки в схеме с нулевым проводом ток в этой

фазе становится очень большим (теоретически бесконечно большим) и это приводит к

аварийному отключению нагрузки защитой. В схеме без нулевого провода при

замыкании, например, фазы А, нулевая точка нагрузки смещается в точку «А» генератора.

Тогда к сопротивлениям фаз В и С прикладываются линейные напряжения. Токи в этих

фазах возрастают в 3 раз, а ток в фазе А – в 3 раза (рис. 8.4.4).

Короткие замыкания между линейными проводами и в той и в другой схеме

приводят к аварийному отключению нагрузки.

Аварийный режим при соединении треугольником в случае короткого замыкания одной из фаз. Схема аварийного случая. Векторные диаграммы токов и напряжений. Последствия аварийного случая.

Аварийные режимы трёхфазной

цепи при соединении нагрузки в треугольник

При коротких замыканиях в фазах нагрузки или между линейными проводами токи

резко возрастают и происходит аварийное отключение установки защитой.

Обрывы фаз или линейных проводов при соединении нагрузки в треугольник не

приводят к перегрузкам по токам или напряжениям, как это иногда случается при

соединении нагрузки в звезду.

При обрыве одной фазы нагрузки (рис. 8.5.1) ток этой фазы становится равным

нулю, а в оставшихся двух фазах ток не меняется. Два линейных тока уменьшаются в 3

раз, т. е. становятся равными фазному току, а третий остаётся неизменным.

Аварийный режим при соединении треугольником в случае обрыва одного из проводов линии. Схема аварийного случая. Векторные диаграммы токов и напряжений. Последствия аварийного случая.

При обрыве линейного провода (например, В) фазные сопротивления RAB и RBC

оказываются соединёнными последовательно и включёнными параллельно с

сопротивлением RCA на напряжение UCA (рис. 8.5.2). Цепь фактически становится

70 Расчёт мощности в трёхфазных цепях, как для звезды, так и для треугольника. Расчёт для симметричных и несимметричных схем. Схемы с двумя и тремя ваттметрами. Их вид и использование.

Измерение активной мощности в трехфазных цепях производят с помощью трех, двух или одного ваттметров, используя различные схемы их включения. Схема включения ваттметров для измерения активной мощности определяется схемой сети (трех- или четырехпроводная), схемой соединения фаз приемника (звезда или треугольник), характером нагрузки (симметричная или несимметричная), доступностью нейтральной точки.

При несимметричной нагрузке в четырехпроводной цепи активную мощность измеряют тремя ваттметрами (рис. 3.18), каждый из которых измеряет мощность одной фазы – фазную мощность.