Для чего применяют нейтральный провод

Вопрос6.Для чего используется нейтральный провод?

Ответ6. Нейтральный провод используется для выравнивания фазных напряжений на клеммах нагрузки._A=_а ;_В=_b;_C=_c. В этом случае, падения напряжения на нагрузке остаются равными фазным напряжениям генератора. В случае, если внутреннее сопротивление генератора пренебрежимо мало (равно нулю), то напряжения на нагрузке остаются равными фазным напряжениям генератора, постоянными и не зависят от величины нагрузки. (Ток будет изменяться, а напряжение на нагрузке не изменится).

Вопрос7.Какими уравнениями описывается электрическое состояние цепи при несимметричной нагрузке?

Ответ7. При несимметричной нагрузке фаз и отсутствии нейтрального провода фазные комплексы напряжения на нагрузке,,связаны с соответствующими комплексными напряжениями источника Ů_A, Ů_В, Ů_Суравнениями Кирхгофа :

; ;;

где — комплексное напряжение между нейтральными точками нагрузки и источника (сети).

называют напряжением смещения нейтрали.

Напряжение смещения нейтрали рассчитывается методом 2-х узлов:

где: Ė –комплексные ЭДС, – комплексы проводимости фаз нагрузки.

Токи фаз нагрузки находят по закону Ома:

İ_a=_a/Z_a = (_A —)/Z_a;

İ_b=_b/Z_b = (_B —)/Z_b;

İ_a =_c/Z_c = (_C —)/Z_c.

Вопрос8.Как построить совмещенные векторные диаграммы напряжений и токов для исследованных режимов трехфазной цепи?

Построение векторных диаграмм начинаем с векторов линейных напряжений, задаваемых сетью и от условий опыта не зависящих. Это равносторонний треугольник образованный векторами линейных напряжений. Длина вектора соответствует линейному напряжению, а углы между векторами соответствуют сдвигу фаз между векторами напряжений.

Построение векторной диаграммы для случая равномерной нагрузки.( симметричный режим).

1.Выбираем комплексную плоскость (+1,j). Реальную ось +1 направляем вертикально вверх, мнимую- вдоль оси -Х. ( поворот на угол +90°).

2. Выбираем масштаб напряжений, например 1см→20В. Вектор Ua(в масштабе) откладываем вдоль реальной оси +1.Конец вектора обозначаем малой буквойа.

3.Вектора U_bиU_c(в масштабе) рисуем под углами +120° и –120° соответственно. Концы векторов обозначаем малыми буквамиbиc соответственно.

4. Точку, соответствующую началу координат, обозначим малой буквой n. Это точка нейтрали приемника.

5.Строим вектора линейных напряжений. Для этого соединяем концы фазных векторов. Получим вектора U_ab= U_AB, U_bc= U_BC, U_cа= U_CА. Отметим, что линейные напряжения приемника равны линейным напряжениям генератора.

очкаN на векторной диаграмме, соответствующая нейтральной точке генератора, находится в центре треугольника линейных напряжений. В данном случае нейтраль генератора N совпадает с нетралью приемника n. В общем случае точку n, соответствующую нейтральной точке нагрузки, находят методом засечек. Векторы токов откладывают по отношению к соответствующим векторам фазных напряжений с учетом сдвига фаз между ними.

Ниже приведены векторные диаграммы для различных режимов работы.

Режим 1. Равномерная нагрузка без нейтрального провода(рис. 8).

Режим 2. Обрыв фазы А ( рис. 9):

При обрыве фазы А и одинаковой нагрузке двух других фаз, нейтральная точка приемника nпереместится на середину линейного напряжения Ů_BC .СопротивленияZ_bиZ_c окажутся соединенными последовательно и включенными на линейное напряжение_BC. Падение напряжения между точками А иnувеличится, а фазные напряжения_bи_cстанут равными половине линейного_BC.

Режим 3. Короткое замыкание фазы А (рис. 9).

При замыкании фазы А и одинаковой нагрузке двух других фаз (то есть при соединении начала нагрузки фазы А с нулевой точкой нагрузки) точка nперемещается в точку А. Фазное напряжение Ů_а становится равным нулю, ток İ_a увеличивается, а фазные напряжения_bи_cстановятся равными линейным.

Режим 4. Неравномерная нагрузка без нейтрального провода (рис. 10).

Сопротивления, Z_а≠Z_b≠Z_c, фазные напряжения приемника_а≠_b≠_c, между точкамиNиnпоявляется напряжение смещения нейтрали.

4.1 Вначале строим треугольник линейных напряжений.

4.2. Методом засечек (циркулем или линейкой) из каждой вершины откладываем соответствующие вектора фазных напряжений приемника. Точка пересечения дуг даст точку нейтрали приемника n. Точку нейтрали генератораNоставляем на прежнем месте.

4.3 Соединяем точку n иN . Это вектор напряжения смещения нейтралиU_nN(в масштабе).

4.4 Строим вектора фазных токов нагрузки. В случае, если нагрузкой являются лампочки, которые можно представить как активные сопротивления, то сдвига фаз между фазным напряжением и фазным током нагрузки не будет. Поэтому вектора токов откладываем ( в масштабе) вдольсоответствующих векторов фазных напряжений.

***) В общем случае надо определить сдвиги фаз между током и соответствующим фазным напряжением по закону Ома в комплексной форме и строить вектор тока с помощью транспортира.

Режим 5. Неравномерная нагрузка с нейтральным проводом (рис.11).

При наличии нейтрального провода фазные напряжения приемника становятся равными фазным напряжениям источника _A= _а ;_В=_b;_C=_c :

Роль и назначение нулевого провода

Если кто-либо сталкивался с электричеством, то непременно слышал о таких понятиях, как фазный и нулевой провод. Их основной отличительной чертой является назначение. Провод, соединяющий нулевую точку фаз генератора, трансформатора с нулевой точкой нагрузки, называют нулевым или нейтральным. Его называют так потому, что в некоторых случаях ток в нем равен нулю, и нейтральным исходя из того, что он одинаково принадлежит любой из фаз.

Различия фазного и нулевого провода

Фазный провод (фаза) предназначен для подачи электричества к потребителю.

Назначение нулевого провода (нейтрального или нуля) состоит в выравнивании асимметрии напряжений при разном значении нагрузки в фазах.

Он присоединён к нулевым точкам источника и потребителя при их соединении в «звезду».

Присоединение нейтрального провода (трехфазная четырехпроводная сеть) является возможным только в том случае, когда источник и нагрузка соединены в «звезду».

При соединении в «треугольник» необходимость в нём отпадает, так как линейное и фазное напряжения в фазах одинаковы.

Чтобы понять разницу между линейным и фазным напряжением, необходимо понимать, что в трехфазной трехпроводной цепи линейное (напряжение между двумя фазными проводами) в основном составляет 380 В, а фазное — напряжение между фазой и нулем — в √3 раз меньше приблизительно 220 В.

Нейтральный провод заслужил свое название тем, что при работе устройств ток в нём, при одинаковой нагрузке трёх фаз, равен нулю. Сопротивление его невелико. Поэтому при перегрузке одной или нескольких фаз, ток в нем быстро возрастет. В схеме освещения его наличие является обязательным условием. В ином случае не гарантируется равномерность освещения.

В зависимости от роли, нулевой провод может быть рабочим, защитным, совмещенным.

Рабочий обозначается латинской буквой N и выполняется голубым цветом в европейских странах. В некоторых других странах цвет может быть серым либо белым.

Защитный обозначается РЕ. Он предназначен для безопасности в случае попадания потенциала на корпус электроприбора. В нормальном режиме он обесточен, а при поломке является проводником, который отведет от электроприбора опасный потенциал в землю. Цвет этой жилы желто-зеленый.

В некоторых системах нулевой провод совмещен с защитным. В таком случае маркировка будет обозначена как PEN и окраска этой жилы будет синей с полосками на концах желто-зеленого цвета.

Особенности нейтрального провода

Нулевой провод предотвращает нежелательные ситуации при аварийных режимах работы. Без его наличия в случае фазного короткого замыкания двух фаз напряжение в третьей фазе мгновенно возрастет в √3 раз. Это губительно скажется на оборудовании, которое питает этот источник. В случае наличия нуля в такой ситуации, напряжение не изменится.

При обрыве одной из фаз в трехфазной трехпроводной системе (без нуля), напряжение на двух оставшихся фазах уменьшится. Они окажутся соединенными последовательно, а при этом виде соединения напряжение распределяется между потребителями в зависимости от их сопротивления.

При обрыве одной из фаз в трехфазной четырёхпроводной системе, напряжение в двух оставшихся фазах своего значения не изменит.

Предохранители в нулевой провод не устанавливают из-за его большой значимости, потому как его обрыв является нежелательным

Так как большую часть времени работы электроустановок ток в этом проводе либо равен нулю, либо незначителен, нет смысла изготавливать его такого же сечения, как и сечение фазных. Чаще всего, из соображений экономии, он имеет меньшее сечение жилы, нежели сечение жил фаз в одной электроустановке. Если защитный провод не совмещен с нулевым, его сечение выполняют вдвое меньше, нежели, у фазного провода.

Классификация нейтралей линий электропередач

Назначение линий электропередач весьма разнообразно. А также разнообразна аппаратура для их защиты от утечек и коротких замыканий. В связи с этим нейтрали классифицируются на три вида:

• глухозаземленная;
• изолированная;
• эффективно заземлённая.

Если линия электропередач напряжением от 0,38 кВ до 35 кВ имеет небольшую длину, а количество подключенных потребителей велико, то применяется глухозаземленная нейтраль. Потребители трехфазной нагрузки получают питание, благодаря трем фазам и нулю, а однофазной — одной из фаз и нулю.

При средней протяженности линий электропередач напряжением от 2 кВ до 35 кВ и небольшим количеством потребителей, подключенных к данной линии, находят применение изолированные нейтрали. Они широко используются для подключений трансформаторных подстанций в населённых пунктах, а также мощного электрооборудования в промышленности.

В сетях, с напряжением 110 кВ и выше, с большой протяженностью линий электропередач, применяется эффективно заземлённая нейтраль.

Реакция электроприборов на обрыв нуля

Если общий нейтральный провод в многоэтажном доме оборвется, то потребители ощутят это в результате скачка напряжения в их электроприборах.

Основные факторы, которые могут привести к обесточиванию общего нуля:

• аварийная ситуация на подстанции;
• устаревшая проводка;
• монтаж проводки выполнялся не совсем качественно.

Та фаза, к которой подключено большее количество потребителей многоквартирного дома, будет перегружена. Напряжение в ней уменьшится. В той фазе, к которой потребителей подключено меньше всего, напряжение резко возрастет.

Это негативно скажется на приборах — снижение напряжения вызовет их неэффективную работу, а рост напряжения может повлечь за собой выход из строя тех, которые были подключены в данный момент. Чтобы обезопасить себя от такой ситуации, необходимо установить в щиток, питающий отдельную квартиру, индивидуальный ограничитель перенапряжения. Как только напряжение начнет превышать допустимые значения, ограничитель быстро отключит питание.

Если произойдет обрыв нуля непосредственно в квартире, то электричество пропадет полностью, но вместе с тем фаза не отключится. Опасность заключается в том, что она может перейти как раз на провод нулевой. И если какой-либо электроприбор был предварительно заземлён на него, корпус этого электроприбора будет под напряжением, а проще говоря, начнет «биться током».

Главными факторами, которые способствуют обрыву нуля непосредственно в квартире можно назвать:

• ненадежность присоединения контактов;
• неправильно выбранное сечение проводника;
• устаревшая проводка.

Эти факторы приводят к чрезмерному нагреванию проводника. Из-за повышенной температуры окисляется место присоединения контактов, перегреваются жилы проводов. А это, в свою очередь, может привести к пожару.

Назначение нулевого провода в трехфазных системах

Одной из важнейших экономических проблем электроснабжения является уменьшение веса проводов электрической сети при заданной передаваемой мощности и определенном проценте потерь в сети. Оно может быть достигнуто не только повышением напряжения в сети, но также путем объединения нескольких независимых сетей, причем в части проводов можно создать токи, взаимно компенсирующие друг друга. Это дает возможность уменьшить либо число проводов, либо их сечение.

Уже в первые годы развития электротехники, когда электропередача производилась при постоянном напряжении, указанная идея была использована в так называемой трехпроводной системе, предложенной Доливо-Добровольским.

Пусть имеются два одинаковых (по напряжению и мощности) источника постоянного напряжения U , каждый из которых обслуживает своих потребителей.

Сеть состоит из четырех проводов. Если объединить два провода в так называемый уравнительный (нулевой) провод, то в нем будут суммироваться противоположно направленные токи, поэтому сечение провода можно будет значительно уменьшить.

При симметричной нагрузке ( I1=I2 ) уравнительный провод оказывается излишним, и экономия в проводах достигает 50°. При изменении нагрузок (без уравнительного провода) напряжение будет перераспределяться между ними, что нежелательно .

Уравнительный провод в значительной степени уменьшает несимметричное распределение напряжения. Если можно пренебречь внутренним сопротивлением источников и сопротивлением линии, то несимметрия устраняется практически полностью. Подобная же идея лежит в основе построения многофазных систем переменного тока.

Многофазной симметричной системой называется совокупность нескольких переменных напряжений равной амплитуды и частоты, симметрично сдвинутых по фазе со времени. Практическое распространение получила трехфазная система (смотрите — Трехфазная система ЭДС).

Трехфазная (и всякая многофазная) система по сравнению с однофазной имеет ряд преимуществ: она позволяет выиграть в весе проводов электрической сети, обеспечивает более равномерную нагрузку двигателя, вращающего электрический генератор трехфазного напряжения, и, наконец, позволяет создать вращающееся магнитное поле, широко применяющееся в электродвигателях.

Если бы вместо трехфазной системы применялась однофазная (той же мощности и того же напряжения), то потребовалось бы только два провода, но их сечение пришлось бы рассчитывать на втрое больший ток. По сравнению с однофазной системой трехфазная дает экономию в весе проводов на 30 — 40%.

Независимо от схемы включения генератора (обычно неизвестной потребителю) нагрузка трехфазной системы также может включаться двумя способами — треугольником или звездой.

В первом случае напряжение на каждом из потребителей равно линейному и не меняется при нарушении симметрии нагрузок. Ток в потребителе (фазовый) отличается от тока в линии.

При включении же потребителей звездой ток в каждой нагрузке равен соответствующему линейному току, но напряжение на каждой нагрузке (фазовое) отлично от линейного.

При изменениях нагрузок токи автоматически перераспределяются, причем сумма их (получающаяся в общей точке нагрузок) всегда обращается в нуль. Одновременно происходит соответственное перераспределение напряжений между неравными нагрузками.

Этот недостаток устраняется, если имеется нулевой провод (присоединяемый к общей точке нагрузок), так как он позволяет сумме трех фазовых токов оставаться отличной от нуля т. е. при несимметричной нагрузке нулевой провод трехфазной системы способствует поддержанию постоянства напряжения на нагрузках.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Нулевой провод. Применение в трех-однофазных сетях

Известно, что энергия, производимая на электрических станциях и генерируемая специальными установками, распределяется и доставляется до коллективного потребителя по трехфазным сетям. И только непосредственно в жилые квартиры или в частные дома она поступает в виде однофазного питания. Однако и в том и другом случае для обеспечения потребительских нужд в составе электрической проводки обязательно имеется так называемый «нулевой провод».

Различия трехфазных и однофазных сетей по функции, выполняемой нулевой жилой

При передаче энергии переменного тока на значительные расстояния учитывается, что для ее распространения и распределения необходим не только прямой, но и обратный проводник. По первому он с частотой колебаний 50 Герц протекает в сторону потребителя, а по второму – с такой же круговой скоростью возвращается обратно к своему источнику. Прямой провод в существующих системах передачи электроэнергии называется «фазным», а обратная жила – «нейтралью N» (фаза и ноль).

Для однофазной электрической сети нулевой провод необходим в любом случае, поскольку это единственный путь, по которому ток может замыкаться в цепи энергоснабжения потребителя. Одновременно со своей «рабочей» функцией эта жила часто используется в качестве защитной линии, по которой организуется надежное заземление цепей питания и подключенного к ним электрооборудования.

Особенности работы трехфазных цепей

Совсем по-другому дело обстоит в 3-х фазных энергосистемах, где суммарный обратный ток складывается из трех различных составляющих.

С учетом того, что при равномерной нагрузке на каждую фазу все эти компоненты примерно равны по величине и смещены в пространстве на 120 градусов – их сумма в векторном представлении равна нулю.

Теоретически это означает, что в общем случае для обеспечения электропитанием потребителя можно обойтись и совсем без нулевого провода. Подобный вариант предусматривается в некоторых схемах защиты линий распределения энергии (в редко применяемой системе IT, в частности).

Однако уже в чем-то схожей с ней системе TT нулевой провод присутствует обязательно, поскольку по нему организуется защита потребителя от поражения электрическим током (так называемое «заземление»). Его наличие особенно важно в тех случаях, когда местного заземляющего устройства не предусматривается, а защита осуществляется за счет имеющегося на подстанции стационарного контура.

В подобной ситуации нулевая жила – это единственный путь протекания аварийного тока, образующегося при попадании высокого потенциала на проводящие оголенные части электрооборудования. По этой причине особое внимание уделяется рабочим характеристикам нулевой жилы (в частности, ее сечению), выбор которых зависит от целого ряда факторов.

Нулевой провод в трехфазных сетях и эффект «отгорания нуля»

При неравномерном распределении нагрузок на 3-х фазную цепь обратные токи через нейтраль при наложении не компенсируются взаимно (их векторная сумма не равна нулю). Это означает, что нулевая шина будет нагружаться сравнительно большими токами перекоса фаз, а при ее недостаточной толщине начнет сильно нагреваться. Это учитывается при выборе подходящего для прокладки нейтрали провода, сечение которого должно удовлетворять двум противоположным требованиям.

Во-первых, оно должно быть достаточным для того, чтобы жила не выгорела при сильном перекосе фаз из-за неравномерности нагрузок по трем рабочим шинам. Во-вторых, толщина провода не может быть слишком большой, что приведет к увеличению веса питающего кабеля и к сложностям при его монтаже и обслуживании. Обычно нужный тип кабельной продукции определенного сечения выбирается с учетом необходимости совмещения этих двух требований.

«Отгорание» нулевого провода опасно тем, что при разрыве пути протекания обратного тока цепь заземления системы обрывается. Это угрожает ударом тока человеку, случайно прикоснувшемуся к находящейся под напряжением оголенной части электрооборудования. При обрыве нулевой жилы перекос фаз увеличивается многократно, что может привести к выходу из строя части потребителей (подключенных к сети бытовых приборов).

Особенности эксплуатации цепей с электрической нейтралью

При включении конкретного потребителя в питающие линии, обязательно содержащие нейтраль (нулевой провод), должны выполняться следующие требования ПУЭ:

• В однофазных сетях выключатель нагрузки не допускается ставить в разрыв «земляной» шины.
• Он устанавливается только в линейном проводе, отключая потребителя путем снятия с него фазного напряжения.
• В трехфазных цепях в нулевой шине может устанавливаться сопротивление большой величины, что, как правило, используется в системах с незаземленной нейтралью.
• Этот вариант эксплуатации допускается только в тех случаях, когда на стороне потребителя имеется собственная защита, в виде заземляющего устройства (ЗУ), соответствующего действующим нормативам.

Например, в случае установки выключателя освещения, в нулевую жилу однофазной сети при его отключении создается угроза поражения высоким напряжением. Это может произойти не только при ремонте питающих цепей, но и при обычной замене сгоревшей электрической лампочки.

Как обозначается и маркируется нулевой провод

Для схемного обозначения и выделения проводников этого типа используется буквенная и цветная маркировка (например, нулевые и защитные проводники напряжением до 1000В в сетях с глухозаземленной нейтралью). Первая вводится путем размещения рядом с нулевой жилой английской буквы «N» (от слова «Neutral»), а вторая имеет несколько вариантов цветового обозначения. В большинстве распространенных схем, соответствующих известным системам заземления, буквенная маркировка дублируется голубой или синей расцветкой защитной изоляции провода. Возможны ситуации, когда нейтраль на каком-то участке электросети совмещается с защитным проводником.

Особенности выбора сечения нулевой шины

При выборе оптимальных характеристик нулевых проводников потребуется выполнять следующие требования действующих нормативов (в частности, ПУЭ):

• Сечение нулевых «рабочих» (N) шин должно быть не меньше того же показателя для фазных проводников.
• Это требование распространяется на каждую однофазную линию трехфазной электрической сети.
• При оценке искомого параметра обязательно учитывается качество материала, из которого изготавливается центральная жила кабельной продукции (медь, сталь или алюминий).
• При обустройстве нулевой жилы в электросетях, предназначенных для питания капитальных зданий, в качестве исходного материала допускается применять только медный провод.

Если диаметр линейных жил составляет значительную величину – в целях экономии материала допускается выбирать показатель для нулевой шины, равный половине сечения фазных проводников.

Помимо перечисленных требований при прокладке электрических сетей с различными видами систем заземления должны выполняться следующие условия:

• Сечения РЕN шин и N-проводников выбираются с одинаковыми значениями.
• Аналогичные показатели для РЕ проводов и фазных жил также должны быть одинаковы.
• При значительных диаметрах совмещенных проводников этот параметр у них не может быть менее 50% от показателя для фазных жил.
• Сечение РЕ проводов в отсутствии защитного слоя не может быть менее, чем 4 мм 2 (а при ее наличии – менее 2,5 мм 2).

Электроснабжение на основе систем заземления TN-S или TN-C-S, как правило, организуется в трехфазных сетях с действующим напряжением 380 В. В этом случае нулевой провод – это одна из пяти жил, участвующих в доставке энергии до потребителя и в его защите от поражения током.

Учет эксплуатационных показателей электрической сети

При выборе сечения нулевого проводника обязателен учет целого ряда эксплуатационных параметров действующей электросети, к которым обычно относят:

• Величину максимального тока, протекающего по фазным и обратным проводам.
• Общую длину линии электропередачи.
• Способ прокладки проводников (открыто или в специальных трубах/каналах).
• Условия эксплуатации трехфазных проводных трасс.

Только после учета всех перечисленных факторов удается определиться с тем, какое сечение должен иметь нулевой провод.

Любая неточность или ошибка в проведенных расчетах чревата отгоранием нулевой жилы и опасностью поражения работающего на электроустановках персонала высоким напряжением.

Помимо угрозы здоровью людей неправильно подобранное сечение нулевой жилы может привести к перегреву проводника и последующему за этим возгоранию диэлектрической оболочки изоляционного покрытия.

После того как сечение выбрано – потребуется дополнительно определиться с типом и маркой конкретного кабельного изделия или провода. При рассмотрении предлагаемых отечественной промышленностью видов особое внимание уделяется прочности изоляции и стойкости на разрыв.

Похожие темы:

• Уравнивания потенциалов. Виды и применение. Установка
• Защитное зануление. Работа и устройство. Применение и особенности