Защита трехфазной сети предохранителями

Защита трехфазной сети от токов короткого замыкания и перегрузки осуществляется плавкими предохранителями, включенными в линейные провода (рисунок).

Если от трехфазной сети имеется ответвление в виде однофазной двухпроводной линии, предохранители устанавливают в каждый токопроводящий провод.

Проверку исправности и обнаружение поврежденного предохранителя производят контрольной лампой или неоновым индикатором.

Схема проверки исправности предохранителей контрольной лампой.

В первом случае один конец контрольной лампы подключают к нулевому проводу и щупом дотрагиваются до контактов а, би в.

Если лампа каждый раз будет загораться, то напряжение есть во всех фазах.

Дотрагиваясь щупом до контактов г, д, е, проверяют предохранители в фазах А, В, С.
Если при подключении щупа к какому-либо контакту лампа не загорается, значит неисправен предохранитель в этой фазе.
Такой предохранитель необходимо заменить.
Проверку предохранителей с помощью неонового индикатора производят аналогичным образом.

Для проверки предохранителей индикатор берут в руки так, чтобы один из пальцев касался контактного лепестка (это необходимо для создания цепи, проходящей через емкость, образованную между человеческим телом и землей). Щупом дотрагиваются сначала до контактов а, б, в, а затем до контактов г, д, е предохранителя. Если лампа индикатора не загорается при касании щупом какого-либо контакта, то предохранитель в данной фазе неисправен и должен быть заменен.

Если приемники энергии включены на фазные напряжения (между линейным и нулевым проводами), то при перегорании линейного предохранителя отключится нагрузка в одной фазе, тогда как в двух других фазах нагрузки будут оставаться под фазным напряжением и будут работать нормально.

При включении потребителей на линейное напряжение (между линейными проводами) в трех- или четырехпроводную трехфазную сеть перегорание линейного предохранителя приведет к последовательному включению двух приемников на линейное напряжение и напряжение на каждом приемнике окажется меньше номинальной величины.

Линейные напряжения в трехфазных сетях отличаются от фазных
в 3 = 1,73 раза и определять фазные и линейные напряжения можно без вольтметра с помощью контрольной лампы небольшой мощности (15—25 Вт).

Такие лампы выдерживают значительные кратковременные перенапряжения и взрывобезопасны. Обычно контрольные лампы выбирают на номинальное напряжение 220 В.

Мощность трехфазной цепи

Мощность, потребляемая нагрузкой от сети трехфазного тока, равна сумме мощностей в отдельных фазах, т. е. Р = РА + Рв + Рс.
При равномерной нагрузке мощность, потребляемая каждой фазой,
Рф = Uф Iф cos,
где Uф - фазное напряжение; Iф - фазный ток; cos - коэффициент мощности нагрузки.
Мощность, потребляемая всеми тремя фазами,Р = 3 Uф Iф соs.

При соединении приемников энергии в звезду соотношения между линейными и фазными значениями напряжений и токов такие: Uл =3UфиIл = Iф.

Следовательно, мощность, потребляемая нагрузкой от трехфазной сети,
Р = 3(Uл/3)Iлсоs=3 Uл Iл соs.

При соединении приемников энергии в треугольник соотношения между линейными и фазными значениями напряжений и токов такие:
Uл = UфиIл =3 Iф.

Следовательно, мощность, потребляемая нагрузкой,
P = 3Uл (Iл/3)cos=3 UлIл соs.

Таким образом, при равномерной нагрузке мощность, потребляемая от трехфазной сети, независимо от способа включения нагрузки, выражается следующей формулой:
P =3 Uл Iл соs.

Для измерения мощности применяют специальные измерительные приборы, называемые ваттметрами.

При симметричной или равномерной нагрузке мощность, потребляемая от трехфазной системы, может быть определена одним однофазным ваттметром.

В четырехпроводной системе (с нулевым проводом) токовая обмотка ваттметра включается последовательно в один из линейных проводов, а обмотка напряжения - между теми же линейным и нулевым проводами (рисунок а).

При таком включении ваттметр показывает мощность в одной фазе Рф, а так как при равномерной нагрузке мощности фаз одинаковы, то суммарная мощность трехфазной системы Р = 3 Рф.

При несимметричной нагрузке одного ваттметра для определения мощности трехфазной системы недостаточно. В четырехпроводной системе необходимо применение трех ваттметров, обмотки напряжений которых включаются между нулевым и соответствующим линейным проводами.
Каждый ваттметр измеряет мощность одной фазы. Мощность трехфазной системы равна сумме показаний трех ваттметров, т. е. P = P1 + P2 + P3.

В трехпроводной системе при несимметричной нагрузке наиболее часто используют схему двух ваттметров (рисунок б), которая не может быть применена в четырехпроводной системе.

В схеме двух ваттметров обмотки напряжений каждого ваттметра соединены с входным зажимом обмотки тока и линейным проводом, оставшимся свободным. Полная мощность трехфазной системы равна сумме показаний ваттметров, т. е. P = P1 + P2.

При больших углах сдвига фаз между напряжением и током показания одного из ваттметров могут оказаться отрицательными, и для измерения мощности следует изменить направление тока в обмотке, переключив ее.
В этом случае суммарная мощность равна разности показаний ваттметров, т. е. Р = Р1 - Р2.

Энергия в трехфазной системе измеряется как однофазными, так и трехфазными счетчиками электрической энергии. Однофазные счетчики включают в трехфазную сеть так же, как и ваттметры.

Трехфазные счетчики составляются из двух или трех однофазных счетчиков, размещенных в одном корпусе и имеющих общий счетный механизм, и называются соответственно двухэлементными или трехэлементными.

В трехпроводной системе (без нулевого провода) применяют двухэлементные, а в четырехпроводной системе (с нулевым проводом) - трехэлементные счетчики.
Схема включения счетчика электрической энергии указывается на съемной крышке, которой закрывается панель зажимов.

Вращающееся магнитное поле

Действие многофазной машины переменного тока основано на использовании вращающегося магнитного поля. Вращающееся магнитное поле создает любая многофазная система переменного тока, т. е. система с числом фаз две, три и т. д.

Выше было отмечено, что наибольшее распространение получил трехфазный переменный ток. Поэтому рассмотрим вращающееся магнитное поле трехфазной обмотки машины переменного тока.

На рисунках а и б показана простейшая трехфазная обмотка, включенная в сеть трехфазного тока. В статоре, собранном из листовой стали, как это делается во всех машинах переменного тока, расположены три обмотки, оси которых сдвинуты взаимно на угол 120°. Каждая обмотка для наглядности изображена состоящей из одного витка, находящегося в двух пазах статора.

В действительности обмотки имеют большое число витков. БуквамиА, В, С обозначены начала обмоток, а буквамиX, Y, Z - их концы. Обмотки соединяют звездой или треугольником.

Простейшая трехфазная обмотка:
а — схема, б — разрез, в — кривые изменения токов в фазах

По обмоткам проходят синусоидальные токи с одинаковыми амплитудами (Im) и одинаковой частотой ( ) фазы которых смещены на 1/3 периода (рисунок в).

Токи, проходящие в катушках, возбуждают переменные магнитные поля, которые пронизывают обмотки в направлении, перпендикулярном их плоскостям.

Следовательно, средняя магнитная линия или ось магнитного поля, создаваемого катушкой А—X, направлена под углом 90° к плоскости этой катушки (см. рисунок б). Направления магнитных полей всех трех катушек показаны векторамиВА, Вв и Вс, сдвинутыми друг относительно друга также на 120°.

Условимся считать положительными направления токов в катушках от начала к концу обмотки каждой фазы. При этом в проводниках статора, подключенных к начальным точкам А, В и С, токи будут направлены на зрителя, а в проводниках, подключенных к конечным точкам X, Y, Z,— от зрителя.

Положительным направлениям токов соответствуют положительные направления магнитных полей, показанные на том же рисуке б и определяемые по правилу буравчика.

Направление результирующего магнитного поля, созданного трехфазной обмоткой, для различных моментов времени определим следующим образом.

В момент времениt = 0ток в обмотке А—X равен нулю, в обмотке В—У - отрицателен, в обмотке С—Z - положителен.

Магнитное поле трехфазной обмотки в различные
моменты времени: а - t = 0, 6 - t = t1, в - t = t2

Следовательно, в этот момент тока в проводниках А и X нет, в проводниках С и Z он имеет положительное направление, в проводниках В и У - отрицательное направление (рисунок а).
Таким образом, в выбранный нами момент t = 0 в проводниках С и У ток направлен на зрителя, а в проводниках В и Z - от зрителя.
При таком направлении тока согласно правилу буравчика созданное магнитное поле направлено снизу вверх, т. е. в нижней части внутренней окружности статора находится северный полюс, а в верхней - южный.

Рис, 71. Магнитное поле трехфазной обмотки в различные моменты времени после изменения чередования фаз: a—1 = 0, 6—t=tu e—t=t,

В моментt1 в фазе А ток положителен, в фазах В и С - отрицателен.

Следовательно, в проводниках Z, А и У токи направлены на зрителя, а в проводниках С, X и В - от зрителя (рисунок б) и магнитное поле повернуто на 90° по часовой стрелке относительно своего начального направления.

В момент t2токи в фазахА и В положительны, а в фазе С ток отрицателен.

Следовательно, в проводниках A, Z и В токи направлены на зрителя, а в проводниках У, С и X - от зрителя и магнитное поле повернуто еще на больший угол относительно начального направления (рисунок в).

Таким образом, во времени происходит непрерывное, и равномерное изменение направления магнитного поля, созданного трехфазнсй обмоткой, т. е. магнитное поле вращается с постоянной скоростью.
В нашем случае вращение магнитного поля происходит по часовой стрелке.

Если изменить чередование фаз трехфазной обмотки, т. е. изменить подключение к сети любых двух из трех обмоток, то изменится и направление вращения магнитного поля.