Исследование аварийных режимов трехфазной цепи при соединении нагрузки в «звезду»

Цель работы: Экспериментально исследовать аварийные режимы трёхфазной цепи при соединении нагрузки в «звезду».

 

Краткая теория

Аварийные режимы возникают при коротких замыканиях в нагрузке или в линиях и при обрыве проводов. Рассмотрим некоторые типичные аварийные режимы.

Обрыв нейтрального провода при несимметричной нагрузке

В симметричном режиме I_N = 0, поэтому обрыв нейтрального провода не приводит к изменению токов и напряжений в цепи и такой режим не является аварийным. Однако, при несимметричной нагрузке I_N ¹ 0, поэтому обрыв нейтрали приводит к изменению всех фазных токов и напряжений. На векторной диаграмме напряжений точка «0» нагрузки, совпадающая до этого с точкой «N» генератора, смещается таким образом, чтобы сумма фазных токов оказалась равной нулю (рисунок 1). Напряжения на отдельных фазах могут существенно превысить номинальное напряжение.

 

 

Рисунок 1

.

 

Обрыв фазы при симметричной нагрузке в схеме с нулевым проводом

При обрыве провода, например, в фазе А ток этой фазы становится равным нулю, напряжения и токи в фазах В и С не изменяются, а в нулевом проводе появляется ток I _{N =} I _B + I _C.   Он равен току, который до обрыва протекал в фазе А (рисунок 2).

 

 

Рисунок 2

 

Обрыв фазы при симметричной нагрузке в схеме без нулевого провода

 

При обрыве, например, фазы А сопротивления R_В и R_С оказываются соединёнными последовательно и к ним приложено линейное напряжение U_BC. Напряжение на каждом из сопротивлений составляет  от фазного напряжения в нормальном режиме. Нулевая точка нагрузки на векторной диаграмме напряжений смещается на линию ВС и при R_B = R_C находится точно в середине отрезка ВС (рисунок 3).

 

 

Рисунок 3

 

Короткие замыкания

При коротком замыкании фазы нагрузки в схеме с нулевым проводом ток в этой фазе становится очень большим (теоретически бесконечно большим) и это приводит к аварийному отключению нагрузки защитой. В схеме без нулевого провода при замыкании, например, фазы А, нулевая точка нагрузки смещается в точку «А» генератора. Тогда к сопротивлениям фаз В и С прикладываются линейные напряжения. Токи в этих фазах возрастают в  раз, а ток в фазе А – в 3 раза (рисунок 4).

Короткие замыкания между линейными проводами и в той и в другой схеме приводят к аварийному отключению нагрузки.

 

 

Рисунок 4

 

 

  Порядок выполнения работы

 

· Собрать цепь согласно схеме (рисунок 5) с сопротивлениями фаз R_A=R_B=R_C=1кОм. (Измерения токов можно производить одним-двумя амперметрами, переключая их из одной фазы в другую, либо виртуальными приборами).

 

Рисунок 5

 

· Убедиться, что обрыв (отключение) нейтрали не приводит к изменению фазных токов.

· Убедиться, что в схеме с нулевым проводом происходит отключение источника защитой при коротких замыканиях как в фазах нагрузки, так и между линейными проводами.

· Убедиться, что в схеме без нулевого провода короткое замыкание в фазе нагрузки не приводит к отключению, а при коротком замыкании между линейными проводами установка отключается.

· Снять измерения токов и напряжений всех величин, указанных в таблице 1 в различных режимах и по экспериментальным данным построить векторные диаграммы для каждого случая в выбранном масштабе.

 

 

Таблица 1

Режим	UA, B	UB, B	UC, B	UnN, B	IA, мА	IB, мА	IC, мА	IN, мА
RA=1 кОм RB=680 Ом RC=330 Ом Обрыв нейтрали
RA=RB=RC=1 кОм Схема с нейтралью Обрыв фазы А
RA=RB=RC=1 кОм Схема без нейтрали Обрыв фазы А
RA=RB=RC=1 кОм Схема без нейтрали к. з. фазы А

Контрольные вопросы и задачи:

1  Как изменятся напряжения и токи при отключении нейтрального провода в схеме «звезда» для симметричной и несимметричной нагрузки?

2  Как изменятся напряжения и токи при коротком замыкании фазы в схеме«звезда» с нулевым проводом и в схеме без нулевого провода?

3  Как изменится мощность трехфазной нагрузки при обрыве фазы в схеме с нулевым проводом и без него?

4  Как изменится мощность при коротком замыкании одной фазы?

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8