Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

Зачем нужен нейтральный провод в трехфазной системе

Каждый электрик или инженер в области промышленной электронки знает о трехфазном питании и проводке. Возможно, они знают об этом, потому что зачастую им приходится подключать трехфазный двигатель или проверять входы и выходы набора клемм контактора.

В любом случае между 1-фазной и 3-фазной проводкой есть интригующий контраст. В 1-фазном подключении всегда присутствует нейтральный провод (часто белый или синий). Но в трехфазной системе иногда нейтральный провод есть, а иногда нет. Даже если он существует, нагрузочные устройства не имеют подключения к нейтрали. Почему?

Нейтраль в 3-фазной системе

В системе переменного нейтральный провод – это не находящийся под напряжением провод, по которому проходит ток. Он не находится под напряжением, потому что не подключен к какому-либо активному источнику энергии от основной входящей сети. Это работа «линейного» проводника. Он передает ток обратно к обратной стороне главной сервисной панели, которая должна быть подключена непосредственно к заземлению.

Из-за заземления нейтральный провод не будет подавать энергию, если он коснется заземленного объекта – искры не возникнет, и ток не будет проходить. При рассмотрении трехфазной системы питания некоторые источники питания будут включать трехфазные линии, нейтраль и землю. Другие могут опустить нейтраль, оставив только три линии плюс земля. Если нейтраль необходима для протекания тока, почему некоторые системы могут исключить этот провод из соединений?

Однофазная система

Когда одна отдельная фазовая линия используется для подачи энергии на нагрузочное устройство, должен быть обратный путь для замыкания цепи. Нейтральный и заземляющий провода обеспечивают этот обратный путь и резервный обратный путь в случае неисправностей. В этом смысле вы можете использовать трехфазную систему питания, затем получить доступ к одной линии плюс нейтраль, и вы получите однофазное питание. Таким образом, большинство систем распределения электроэнергии обеспечивают однофазное питание, например, для дома или магазина. Сначала система была трехфазной, но ее можно легко превратить в три отдельных однофазных источника, каждый из которых будет направлен к конкретным потребителям.

Поскольку имеется только одна линия с питанием, второй провод должен обеспечивать обратный путь. Это нейтральный провод. Если бы вы подключали однофазный двигатель или любое обычное осветительное или бытовое устройство, вы бы подключили как линейный вход, так и нейтраль. Заземление обеспечивает только резервный обратный путь в случае возникновения проблем.

Из-за структуры однофазного питания, как в обычных розетках и цепях освещения, всегда будет одинаковый ток в линейном и нулевом проводах. Еще одно замечание: однофазный источник питания на 240 В состоит из 2 линейных проводов. Если они используются, нейтраль не требуется по той же причине, что и для трехфазной схемы, описанной далее.

Трехфазные нагрузки

В 3-х фазной системе питания все обстоит иначе. Поскольку напряжение всех линий чередуется с одинаковой частотой, всегда будет хотя бы один провод с прямым током и один с обратным током по отношению к нагрузке. Никакие два провода никогда не будут иметь одинаковый ток.

В любой момент, если вы сложите ток во всех трех фазных проводах, общая сумма тока на нагрузку или от нее составит 0 ампер. Это не значит, что тока нет. Это просто означает, что нет никакого дополнительного тока, идущего к нагрузке или от нагрузки между общей токовой нагрузкой всех трех линий. Даже если бы к нагрузке был подключен нейтральный провод, он бы никогда не использовался. Вот почему трехфазные нагрузочные устройства имеют только три линейных входа. Заземляющий провод по-прежнему должен быть подключен, чтобы обеспечить резервное безопасное соединение в случае отказа. Если линия касается внешнего корпуса, больше не существует общей нулевой суммы тока между тремя линейными входами, поэтому должна существовать земля, чтобы избыточный ток мог безопасно отключить устройство с максимальным током.

Трехфазные источники

Теперь стало понятнее, почему нагрузочные устройства используют только линейные входы, но другой вопрос возникает с 3-фазными источниками. Иногда у них есть нейтральный провод. В других случаях у них такого провода нет. Если трехфазная силовая панель обеспечивает нейтральный провод в дополнение к трем линиям и земле, то это указывает либо на 4-проводную конфигурацию звезды, либо на 4-проводную конфигурацию треугольника. Скорее всего, система с топологией звезды, если это современная сервисная панель.

Назначение нейтрального провода заключается в том, что он позволяет подключать обе трехфазные нагрузки, как обычно, но также позволяет электрику использовать любую из трех линий, а также нейтраль, для формирования однофазного источника питания. Может быть три одинаковых однофазных источника питания. Это нормальный источник питания для цепей промышленного освещения и розеток для офисов и однофазного оборудования. Модель с топологией треугольника встречается немного реже, но допускает трехфазные нагрузки и несколько однофазных напряжений, все с одним источником питания и без дополнительных трансформаторов. В некоторых случаях это полезно, но порой трудно сбалансировать три линии должным образом.

Вывод

Нейтральные провода всегда необходимы для замыкания однофазных цепей, например, в жилой или розеточной / осветительной сети. В случае цепей 3-фазных цепей нейтральный провод не требуется, если сумма токов на линиях под напряжением составляет в сумме 0 ампер.

Источник

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:

Источник