Трехфазный электрический ток

Трехфазная цепь представляет собой совокупность электрических цепей, в которых действуют три синусоидальные э.д.с. одинаковой частоты, отличающиеся по фазе одна от другой (φ = 120^о) и создаваемые общим источником энергии. Каждую из частей многофазной системы, характеризующуюся одинаковым током, принято называть фазой. Таким образом, слово фаза в электротехнике имеет два значения – угол φ и часть многофазной системы (отдельный фазный провод).

Основные преимущества трехфазной системы: возможность простого получения кругового вращающегося магнитного поля (это позволило создать электродвигатели переменного тока), экономичность и эффективность (мощность можно передать по трем фазным проводам без применения четвертого общего провода -нейтрали), а также возможность использования двух различных эксплуатационных напряжений в одной установке (фазного и линейного, которые обычно составляют 220 В и 380 В, соответственно).

История появления трехфазных электрических цепей связана с именем М.С. Доливо-Добровольского Петербургского ученого, который в 1886 г., доказав, что многофазные токи способны создавать вращающееся магнитное поле, предложил (запатентовал) конструкцию трехфазного электродвигателя.

Трехфазный ток является простейшей системой многофазных токов, способных создавать вращающееся магнитное поле. Этот принцип положен в основу работы трехфазных электродвигателей.

Предложив конструкцию электродвигателя переменного тока, М.С. Доливо-Добровольский разработал и все основные элементы трехфазной электрической цепи. Трехфазная цепь состоит из трехфазного генератора, трехфазной линии электропередач и трехфазных приемников.

В результате предложенной трехфазной системы электрического тока стало возможным эффективно преобразовывать электрический ток в механическую энергию.

Электрическую энергию трехфазного тока получают в синхронных трехфазных генераторах (рис. 27). Три обмотки 2 статора 1 смещены между собой в пространстве на угол 120°. Их начала обозначены буквами А, В, С, а концы – x, y, z. Ротор 3 выполнен в виде постоянного электромагнита, магнитное поле которого возбуждает постоянный ток I, протекающий по обмотке возбуждения 4. Ротор принудительно приводится во вращение от постороннего двигателя. При вращении магнитное поле ротора последовательно пересекает обмотки статора и индуктирует в них ЭДС, сдвинутые (но уже во времени) между собой на угол 120°.

Трехфазный синхронный генератор

 

Для симметричной системы ЭДС (рис. 28) справедливо

Волновая и векторная диаграммы симметричной системы ЭДС

 

На диаграмме изображена прямая последовательность чередования фаз (пересечение ротором обмоток в порядке А, В, С). При смене направления вращения чередование фаз меняется на обратное - А, С, В. От этого зависит направление вращения трехфазных электродвигателей.

Существует два способа соединения обмоток (фаз) генератора и трехфазного приемника: «звезда» и «треугольник».

 

В генераторах трехфазного тока электрическая энергия генерируется в трех одинаковых обмотках, соединенных по схеме звезда. Чтобы сэкономить на проводах линии передачи электроэнергии от генератора к потребителю тянутся только три провода. Провод от общей точки соединения обмоток не тянется, т.к. при одинаковых сопротивлениях нагрузки (при симметричной нагрузке) ток в нем равен нулю.

Схема замещения трехфазной системы, соединенной "звездой"

 

Согласно первому закону Кирхгофа можно записать I_O = I_А+ I_В + I_С.

При равенстве ЭДС в фазных обмотках генератора и при равенстве сопротивлений нагрузки (т.е. при равенстве значений токов I_А,I_В,I_С)в представленной на рисунке системе, с помощью векторных диаграмм можно показать, что результирующий ток I_O в центральном проводнике будет равен нулю. Таким образом, получается, что в симметричных системах (когда сопротивления нагрузок одинаковы), центральный провод может отсутствовать и линия для передачи системы трехфазного тока может состоять только из трех проводов.

В распределительных низковольтных сетях, в которых присутствует много однофазных потребителей, обеспечение равномерной нагрузки каждой фазы становится не возможным, такие сети делаются четырехпроводными.

Для обеспечения электробезопасносности принято низковольтные потребительские сети (сети<1000В), выполнять 4-х проводными с глухо-заземленной нейтралью.

Напряжение между фазными проводами в линии принято называть линейным напряжением, а напряжение, измеренное между фазным проводом (фазой) и центральным – фазным напряжением.

В системах электроснабжения, в частности в генераторах и трансформаторах подстанций используется преимущественно соединения звездой.

Для низковольтных сетей (с напряжением менее 1000В) основным стандартным линейным (между фазными проводами) напряжением принимается напряжение 380 В, при этом фазное напряжение (между фазным проводом и центральным) будет составлять 220 В.

Низковольтные сети являются потребительскими сетями разного назначения, не обязательно питающими трехфазные двигатели. В таких сетях для питания различных потребителей могут быть использованы разные фазы по отдельности. В результате нагрузка разных фаз окажется неодинаковой. Кроме того, с целью техники безопасности, ПУЭ (правилами устройства электроустановок) устанавливается, что низковольтные трехфазные электрические сети должны устраиваться четырехпроводными, с глухозаземленной нейтралью. Для этого схема понижающего трансформатора (понижающей подстанции) обычно выглядит следующим образом.

 

( Высокое напряжение

от ЛЭП)

Т.е. центральный, называемый при этом «нулевым», провод на вторичной обмотке трехфазного трансформатора подключается к заземляющему устройству и подводится к потребителям наряду с фазными проводами.

 

3. Дифференциальная защита трансформаторов.

Дифференциальная защита используется в качестве главной защиты силовых трансформаторов от одно- и междуфазных внутренних витковых повреждений, на ошиновке и вводах. Она характеризуется абсолютной селективностью между соответствующими трансформаторами тока, отличается высокой чувствительностью и не реагирует на любые повреждения и КЗ вне зоны действия - на соседних элементах системы электроснабжения (генераторах, линиях, двигателях и т.д.), и исполняется без выдержки времени.

Область применения

Вследствие сложности ее выполнения, дифференциальную защиту устанавливают:

- трансформаторах, работающих параллельно, у которых номинальная мощность равна 4МВА и выше, и 1МВА, если ТО не имеет нормируемый коэффициент чувствительности, выдержка времени МТЗ составляет более 0,5сек;

- на одиночных трансформаторах, номинальной мощностью 6,3МВА и более.

Принцип работы ДЗТ основан на измерение разности токов 2-х (или 3-х) сторон силового трансформатора. С 2-х или 3-х сторон устанавливают трансформаторы тока, обмотки которых соединяют последовательно. При этом параллельно им подключают специальное реле тока. В нормальном режиме вторичные токи в обмотках трансформаторов протекать не будут, т.е. их разность равна 0. При любых повреждениях в трансформаторе или в зоне действия защиты вторичные токи меняют свое направление, начинают течь к нему, что приводит в действие защиту на отключение трансформатора со всех (2-х или 3-х) сторон.

Реализуется ДЗТ с помощью:

- реле с торможением ДЗТ-11;

- реле РНТ-565;

- реле ДЗТ-21;

- полупроводниковых реле (РСТ-15, RET-316 и др.);

- микропроцессорных защит (шкафы RET и др.).

Особенности, оказывающие влияние на выполнение ДЗТ:

1. Отличие номинальных напряжений и токов сторон трансформаторов.

2. Различными схемами соединения обмоток силовых трансформаторов.

3. Наличие небаланса во вторичной дифференциальной цепи при внешних однофазных КЗ.

4. Бросок намагничивающего тока при возобновлении подачи напряжения после отключении КЗ или включении трансформатора.

 

4. Технические мероприятия, обеспечивающие безопасное производство работ.

Техническими мероприятиями, обеспечивающие безопасность работв действующих электроустановках являются:

производство необходимых отключений и принятие мер, препятствующих подаче на-пряжения на место работы вследствие ошибочного или самопроизвольного включения коммутационных аппаратов;

вывешивание запрещающих плакатов на приводах ручного и на ключах дистанционно-го управления коммутационных аппаратов;

проверка отсутствия напряжения на токоведущих частях, которые должны быть зазем-лены для защиты людей от поражения электрическим током;

установка заземления (включены заземляющие ножи, а там, где они отсутствуют, уста-новлены переносные заземления);

вывешивание указательных плакатов «Заземлено», ограждение при необходимости ра-бочих мест и оставшихся под напряжением токоведущих частей, вывешивание предуп-реждающих и предписывающих плакатов [4].

Отключения. При подготовке рабочего места должны быть отключены: токоведущие части, на которых будут производиться работы; не огражденные токоведущие части, к ко-торым возможно случайное приближение людей, механизмов и грузоподъемных машин на расстояние менее регламентированного; цепи управления и питания приводов, закрыт воздух в системах управления коммутационными аппаратами, снят завод с пружин и гру-зов у приводов выключателей и разъединителей. Отключение производят таким образом, чтобы электрооборудование или часть электроустановки со всех сторон были отделены от токоведущих частей, на которые может быть подано напряжение. Причем в электроуста-новках напряжением U ≥ 1000 В с каждой стороны устанавливается видимый разрыв. Ви-димый разрыв может быть создан отключением разъединителей, снятием предохраните-лей, отключением отделителей и выключателей нагрузки, отсоединением или снятием шин и проводов приводы разъединителей, выключателей и других коммутирующих уст-ройств, которыми может быть подано напряжение к месту работы, для предотвращения их ошибочного или самопроизвольного включения запирают в отключенном положении. Си-ловые трансформаторы и трансформаторы напряжения, связанные с выделенным для ра-бот участком электроустановки, должны быть отключены и схемы их разобраны также со стороны других своих обмоток для исключения возможности обратной трансформации.

Вывешивание запрещающих плакатов. Плакаты вывешиваются с целью предупреж-дения ошибочных действий персонала и случайной подачи напряжения на работающих. Плакаты вывешиваются на приводах (рукоятках приводов) коммутационных аппаратов (выключателях, отделителях, разъединителях, рубильниках, автоматах, у места снятых предохранителей), на задвижках, закрывающих доступ воздуха в пневматические разъеди-нители, на ключах и кнопках дистанционного и местного управления. На приводах разъ-единителей, которыми отключена для работ воздушная или кабельная линия электропере-дачи, независимо от числа работающих бригад, плакат «Не включать! Работа на линии» вывешивается и снимается по указанию оперативного персонала, ведущего учет числа ра-ботающих на линии бригад.

Проверка отсутствия напряжения. Такая проверка осуществляется перед началом работ со снятием напряжения. Отсутствие напряжения между всеми фазами и каждой фа-зы по отношению к земле и нулевому проводу на отключенной электроустановке опреде-ляет работник из числа оперативного персонала. В установках U≥110 В отсутствие напря-жения проверяют при помощи указателя напряжения. Перед использованием указателя проверяют его исправность. Для этого указатель подносят к токоведущим частям заведо-мо находящимся под напряжением. В электроустановках напряжением U ≥ 35 кВ для про-верки отсутствия напряжения можно пользоваться изолирующей штангой, прикасаясь ею несколько раз к токоведущим частям. Признаком отсутствия напряжения является отсут-ствие искрения и потрескивания. Все действия необходимо производить в диэлектричес-ких резиновых перчатках.

Установка заземления. Заземления применяют для защиты работающих от пораже-ния электрическим током в случае ошибочной подачи напряжения. Устанавливать зазем-ления на токоведущие части необходимо непосредственно после проверки отсутствия на-пряжения. Его накладывают на токоведущие части всех фаз отключенной для производ-ства работ части электроустановки со всех сторон, откуда может быть подано напряжение. Как правило, с каждой стороны накладывается по одному заземлителю.

На двухпутных участках и станциях электрифицированных железных дорог перемен-ного тока при отключении питания лишь с одного пути принято завешивать по две зазем-ляющие штанги с каждой стороны возможного появления напряжения. Это обусловлено тем, что при непрекращающемся движении поездов под воздействием динамических уси-лий, передаваемых по проводам контактной подвески, может на мгновение произойти срыв контакта заземляющей штанги с элементов контактной сети, которая окажется под наведенным напряжением (потенциалом). Величина наведенного напряжения значительно выше допустимых для человека значений.

 

 

5. Каким напряжением должны испытываться диэлектрические перчатки.

Испытания перчаток
В эксплуатации проводят только электрические испытания перчаток.

Один раз в 6 месяцев перчатки необходимо испытывать повышенным напряжением 6 кВ в течение 1 минуты, ток через перчатку при этом не должен превышать 6 мА.

При испытании диэлектрические перчатки погружают в металлический сосуд с водой, имеющий температуру 25 + 10°С, которая наливается также внутрь этих изделий. Уровень воды как снаружи, так и внутри изделий должен быть на 50 мм ниже верхнего края перчаток.

Выступающие края перчаток должны быть сухими. Один вывод испытательного трансформатора соединяют с сосудом, другой заземляют. Внутрь перчаток опускают электрод, соединенный с заземлением через миллиамперметр. При испытании переключатель «П» сначала устанавливают в положение А для того, чтобы по сигнальным лампам определить отсутствие или наличие пробоя. При отсутствии пробоя переключатель устанавливают в положение Б для измерения тока, проходящего через перчатку. Изделие бракуют, если ток, проходящий через него, превышает норму или происходят резкие колебания стрелки миллиамперметра.

В случае возникновения пробоя отключают дефектное изделие или всю установку.

По окончании испытаний изделия просушивают.

Электрическая прочность резины не менее 10 кВ/мм, а какая толщина перчаток не известна, уровень влажности тоже, но думаю можно считать 20кВ гарантировано не держат, те что на 1кВ и тестовые 9кВ прошедшие.

 

Билет № 18.

1. Как обозначаются нулевые рабочие проводники, совмещенные, нулевые защитные и нулевые рабочие проводники.