Несиметричне навантаження фаз приймача, сполученого зіркою за наявності та відсутності нульового провідника

Навантаження вважається несиметричним, коли опір хоча б однієї фази не дорівнює опорам інших фаз. В загальному випадку . Несиметрич­не навантаження виникає під час аварійного режиму роботи симетричних трифазних споживачів: обрив фазного або лінійного проводу, часткове або повне закорочення фаз тощо. Таке навантаження є аварійним і система релей­ного захисту його автоматично вимикає. Особливу групу становлять однофазні приймачі, такі, як: однофазні двигуни, які застосовують для приводу різних механізмів (швейних машин, пральних машин, вентиляторів, порохотягів), нагрівальні однофазні пристрої, лампи освітлення тощо. Ці споживачі можуть мати різні потужності, вмикаються і вимикаються неодночасно, й тому ство­рюють в електричних мережах несиметричне навантаження фаз.

Особливістю електричного кола при несиметричному навантаженні є те, що для нормальної роботи в цьому режимі коло обов'язково повинно мати нейтральний провід. Пояснюється це тим, що за його присутності потенціал точки " 0’" на векторній діаграмі завжди буде знаходитись в центрі трикутника лінійних напруг, і напруги фаз несиметричного споживача створюватимуть при цьому симетричну систему напруг:

(1.10)

Струми фаз будуть несиметричними й незалежними, тобто при зміні опору фази " А " ­– буде змінюватися струм тільки у фазі " А ", а у фазах " B " і " С " – струми змінюватися від цього не будуть. Діючі значення струмів визна­чаються згідно із законом Ома так:

(1.11)

а струм нульового провідника дорівнює їх геометричній сумі:

Або в комплексній формі: напруги відповідно до (1.8), а струми окремо для кожної фази:

(1.12)

Векторна діаграма для схеми з несиметричним навантаженням в присут­ності нульового провідниказображена на рис. 1.6. Кути зсуву фаз мiж фазними напругами і фазними струмами визначаються із трикутників опорів відпо­відних фаз:

Несиметричненавантаженняпривідсутностінульовогопровідника, чизайогонаявності з опором z_n, співвимірним з опорами навантаження фаз z_a, z_b, z_c спожи­вача, (рис. 1.7, а). Потенціал точки " О" ' стає відмінним від потенціалу точки " 0" (), а на векторній діаграмі (рис. 1.7, б) відоб­ражається зміщення точки 0 ^і відносно точки 0(центра трикутника лінійних напруг) на значення напруги, яка визначається формулою[1]:

(1.13)

де – комплекси фазних напруг джерела електричної енергії (генератора чи трансформатора). Якщо внутрішній опір джерела приймається таким, що дорівнює нулеві, тоді: (рис. 1.7, а); Y _a =1/ Z _a; Y _b =1/ Z _b; Y _c =1/ Z _c; Y _N =1/ Z _N – комплексні провідності фаз приймача й нейтрального провідника. При відсутності нульового провідника .

Рис. 1.7. Несиметричне навантаження фаз приймача (а) та його векторнадіаграма (б)

Відповідно до другого закону Кірхгофа () напруги на фазах несиметричного споживача в цьому режимі роботи визначаться так:

(1.14)

а струми в схемі згідно з законом Ома будуть:

(1.15)

За відсутності нейтрального провідника () , та .

Якщо схема має нульовий провідник з опором Z _N (це може бути опір самого провідника), тоді і визначиться як

чи

В цьому режимі роботи, як видно з (1.14) і векторної діаграми (рис. 1.7, б), фазні напруги споживачів будуть різними за значенням і не зсуну­тими на 120°. Отже, при цьому .

Ступінь несиметрії фазних напруг залежить від ступеня несиметрії навантаження. Оскільки опори фаз можуть змінюватися в широких межах, то будуть сильно змінюватися за значенням й фазні напруги: на одних приймачах (фазах) напруга може стати значно більшою, а на інших значно меншою від номінальної фазної напруги мережі від тієї напруги, на яку розрахований приймач, а це недопустимо.

Крім того, в такому режимі робо­ти фази приймача стають неавтономни­ми: це означає, що якщо змінювати опір однієї фази, то одночасно будуть зміню­ватися струми й напруги на всіх трьох фазах приймача.

Із наведених співвідношень (1.13)–(1.15) і всього сказаного випли­ває, що робота несиметричного три­фазного приймача, з’єднаного зіркою, без нульового провідника є аварійним режимом, i для його уникнинення необхiдно поставити нульовий провiдник.

Для підвищення надійності нормальної роботи несиметричного споживача при сполученні його фаз зіркою в коло нейтрального провідника захисних пристроїв, наприклад, запобіжників не ставлять (рис. 1.8). В протилежному випадку перегоряння запобіжника викли­че відсутність нульового провідника в трифазному несиметричному колі, а звідси й всі негативні наслідки.