Co se stane v třífázovém obvodu, když se přeruší nulový vodič?

Dobrý den, milí čtenáři a hosté webu Zápisky elektrikáře.

Vždy jsem doporučoval, a dokonce vás nutil, instalovat jednofázové nebo třífázové napěťové relé, v závislosti na vaší síti, pro ochranu elektrického zařízení a elektrických spotřebičů vašich bytů a domů před zvýšeným nebo sníženým napětím v síti.

Jako jednofázová napěťová relé lze použít zařízení od různých výrobců, například RN-113 od Novatek-Electro, UZM-51 od Meander, RV-32A od EKF, CM-EFS.2 od ABB, AZM-40A od “ Resanta“, ZUBR D40t od DS Electronics a další jim podobné.

Jako trojfázová napěťová relé mohu doporučit: digitální napěťové relé V-protector 380V od Digitop, RNPP-311 od Novatek-Electro, RKN-3-15-15 a UZM-3-63 od Meander, CM- MPS.11 od ABB.

Všechna výše uvedená zařízení monitorují vstupní napětí sítě, a pokud napětí z nějakého důvodu překročí specifikovaná nastavení, musí vypnout spotřebiče, čímž je chrání a chrání před selháním.

Dovolte mi připomenout, že podle GOST 29322-92, tabulka 1, jmenovité napětí jednofázové sítě by mělo být 230 (V) a třífázové sítě – 400 (V). A podle GOST 13109-97, klauzule 5.2, by maximální přípustná odchylka napětí neměla překročit ±10%, tzn. pro jednofázovou síť je toto napětí od 207 (V) do 253 (V) a pro třífázovou síť – od 360 do 440 (V).

Důvodů odchylky napětí může být mnoho a již jsem je uvedl v jednom ze svých článků. Dnes bych se ale rád pozastavil nad jedním velmi častým důvodem, jako je nulová přestávka.

Na internetu je na toto téma poměrně dost článků, ale všechny uváděné informace jsou převážně teoretické a povrchní. V tomto článku vám velmi podrobně řeknu o výskytu takové situace, provedu výpočty proudů a napětí v normálním režimu a v případě přerušení nuly na základě skutečných zatížení na příkladu několika bytů a při úplný závěr nasimuluji na reálném příkladu situaci s nulovým přerušením v třífázové síti.

Výpočet asymetrického režimu třífázové sítě s nulovým vodičem

Pro zajímavost budeme teorii uvažovat nikoli v její čisté podobě, ale na jasném příkladu. Předpokládejme, že na pozemku máme tři byty.

Zde je příklad takové podlahové desky pro tři byty, o které jsem napsal samostatný a podrobný článek.

Každý byt je napájen z přístupového panelu, ale z různých fází – to je běžná věc. Byt č. 1 je napájen z fáze A, byt č. 2 je napájen z fáze B a byt č. 3 je napájen z fáze C.

Berme to jako konvenci, že v nějakém konkrétním okamžiku v bytě č. 1 byla do zásuvky zapojena rychlovarná konvice o výkonu 2000 (W), v bytě č. 2 žárovky o celkovém výkonu 400 (W). ) byly zapnuté a v bytě č. 3 jedna jediná žárovka o výkonu 75 (W).

Konkrétně jsem jako příklad použil čistě aktivní zátěž, abych nekomplikoval výpočty a vektorové diagramy s úhly posunu atd. Přirozeně, ve skutečnosti neexistuje čistě aktivní zatížení bytů, ale význam zůstává stejný.

Zatížení každého bytu budeme reprezentovat ve formě odporů, které označíme „Z“. Z je celkový odpor obvodu s přihlédnutím k činné a jalové složce, ale jak jsem řekl výše, nemáme jalovou složku (zátěž je čistě aktivní), takže v našem případě Z = R. Ukazuje se následující:

• Za = Ra = 24,2 (Ohm) – zatěžovací odpor bytu č.1
• Zb = Rb = 121 (Ohm) – zatěžovací odpor bytu č.2
• Zc = Rc = 645,3 (Ohm) – zatěžovací odpor bytu č. 3

Jak vidíte, zatížení se mezi byty liší, tzn. Jedná se o typický nevyvážený režim provozu čtyřvodičové třífázové sítě s nulovým vodičem při připojení zátěže do hvězdy. Toto schéma má své vlastní charakteristiky, ale o tom později.

Nominální lineární (sdružené) napětí sítě je tedy 400 (V) a fázové napětí (mezi fází a nulou) je 230 (V).

Na napájecím zdroji jsou síťová napětí označena jako UAB, UBC a UCA a fázová napětí jsou UA, UB a UC. Náklad má stejné symboly, jen s malými písmeny (indexy).

Ale v praxi jsou takové ideální hodnoty vzácné z několika důvodů. Zpočátku může transformátor přijímat vysoké napájecí napětí s neideálním síťovým napětím, které je také s určitým rozdílem převedeno na stranu nízkého napětí. Navíc samotný transformátor může mít některé z nejvytíženějších fází, na kterých se napětí oproti ostatním mírně sníží.

Vezmu si reálný příklad z praxe, takže moje linková a fázová napětí mají následující hodnoty:

• UAB = 421 (V), UBC = 403 (V), UCA = 402 (V)
• UA = 239 (V), UB = 225 (V), UC = 232 (V)

Budeme předpokládat, že ideální je nulový (nulový) vodič z trafostanice (TS) do podlahového rozvaděče (ZN=0), tzn. Zanedbávám jeho odpor, který se skládá z odporu přechodových kontaktů a samotných vodičů. Nebudu také brát ohled na odpor kontaktních spojů a fázových vodičů.

Ukazuje se tedy, že napětí mezi nulou zdroje (v mém případě je to transformátor) a nulou zátěže (spotřebitelů) je nulové, tzn. tyto body mají stejný potenciál.

Napětí mezi těmito body se nazývá neutrální předpětí a označuje se UnN.

V uvažovaném případě je neutrální předpětí nulové (UnN = 0), což znamená, že fázová napětí na zdroji energie (transformátor) a na zátěži (spotřebitelé) jsou přesně stejná:

• UA = Ua = 239 (V)
• UB = Ub = 225 (V)
• UC = Uc = 232 (V)

Vektorový diagram napětí bude vypadat takto: Pro přehlednost jsem to chtěl postavit v měřítku, ale nenašel jsem slušnou online službu a nemám čas to kreslit na milimetrový papír, jako na univerzitě.

Přirozeně jsou fázová napětí vůči sobě posunuta o 120 elektrických stupňů.

Nyní musíme zjistit zatěžovací proudy podle fáze, které vypočítáme pomocí Ohmova zákona pro část obvodu, přičemž známe fázová napětí a odpory zátěže. Budu počítat fázové proudy v exponenciálním tvaru komplexního čísla.

Nyní vyneseme získané aktuální hodnoty do našeho vektorového diagramu. Protože Naše zátěž je čistě aktivní, pak vektory proudu budou směrovány společně s vektory fázového napětí.

Toto je normální provozní režim, kdy nedochází k přerušení nulového vodiče, tzn. Jedná se o asymetrický režim provozu čtyřvodičové třífázové sítě s neutrálním vodičem.

Pro zábavu si můžete vypočítat proud v nulovém vodiči, který se rovná geometrickému součtu všech fázových proudů. Pro usnadnění sčítání komplexních čísel je převedu z exponenciálního tvaru do algebraického tvaru a výsledek zapíšu znovu v exponenciálním tvaru.

Ukázalo se, že aktuální hodnota na nule je 8,86 (A).

Výpočet asymetrického režimu třífázové sítě bez nulového vodiče

Předpokládejme, že v podlahovém panelu vlivem špatného kontaktu vyhořela hlavní nula N (PEN) nebo ji elektrikář při práci omylem rozbil např. v tomto místě (uvedl jsem místo přerušení v diagram s červeným křížkem). Jen jsem uvedl dva důvody nulové přestávky, ve skutečnosti jich může být mnoho.

Zde je fotografie podlahové desky podobného designu. Mimochodem, tento štít je v havarijním stavu a mám o něm samostatný článek, kde podrobně vyprávím, jak a co je v něm potřeba odstranit a napravit.