Трёхфазные электрические сети и их основные параметры

Источниками питания современных электроустановок обычно являются трёхфазные электрические сети, которые представляют собой совокупность трёх источников напряжения переменного тока с частотой 50 Гц (понижающие трансформаторы или генераторы), обмотки которых соединены по схеме электрической звезды (рис. 4.2, а), и линий электропередач.

Общий вывод обмоток (общую точку электрической звезды), называют нейтралью (N) электрической сети, а три других вывода, к которым подключаются проводники линий электропередач, называют фазами (A, B, C). Напряжения переменного тока, генерируемые каждым источником трёхфазной сети, называются фазными напряжениями (Ú_A , Ú_B , Ú_C). Они сдвинуты по фазе друг относительно друга на 120 электрических градусов (рис. 4.2, б).

Напряжения, действующие между любыми парами фаз электрической сети, называют линейными (Ú_AB, Ú_BC, Ú_CA). При равенстве модулей фазных напряжений (|Ú_A| = |Ú_B| = |Ú_C| = U_ф) равными будут и модули линейных напряжений: |Ú_AB|= |Ú_BC| = |Ú_CA| = U_л = U_ф. Обычно U_л = 380 В, U_ф = 220 В.

Линии электропередач в трёхфазных сетях могут быть воздушного или кабельного типа. В том и другом случае проводники электрической сети обладают некоторым активным сопротивлением изоляции и ёмкостью относительно земли: R_A , R_B , R_C , R_N и C_A , C_B , C_C , C_N (рис. 4.3). В дальнейшем с целью упрощения расчётов будем полагать, что R_A = R_B = R_C = R_из , C_A = C_B = C_C = C_ф.

Ёмкость фазного проводника относительно земли зависит от геометрических соотношений (высота подвеса, сечение, размеры) и диэлектрических свойств изоляции.

Комплексное сопротивление изоляции каждой фазы электрической сети относительно земли определяется как результат параллельного соединения активной (R_из) и ёмкостной (X_ф = 1/jwC_ф) составляющих: Ź_из = R_из || X_ф = R_из / (1 + jw R_изC_ф). Аналогично определяется сопротивление Ź_N для нейтрали.

Модуль комплексного сопротивления изоляции фазного проводника электрической сети относительно земли определяется по формуле:

где w = 2p f – круговая частота электрической сети;

f = 50 Гц – линейная частота электрической сети.

По действующим нормам в сети с напряжением до 1000 В активное сопротивление изоляции фаз относительно земли на участке между смежными предохранителями или за последним из них должно иметь величину не менее 500 кОм при отключенных потребителях. В разветвлённой электрической сети число таких параллельно подключенных участков может быть достаточно большим.

Ёмкость фаз относительно земли определяется типом линии (воздушная, проводная, кабельная), её геометрическими параметрами и не может быть уменьшена. Особенно большой ёмкость фаз может быть в кабельных линиях большой протяжённости, при этом соответственно уменьшается величина модуля комплексного сопротивления изоляции фаз и ослабляется её защитное действие.

В зависимости от режима нейтрали различают два наиболее распространённых типа электрических сетей:

• трёхфазная сеть с изолированной нейтралью (СИН);

• трёхфазная сеть с глухозаземлённой нейтралью (СЗН).

Нейтраль в СИН хорошо изолирована от земли, поэтому для данного типа сети можно считать, что Z_N = | Ź_N| ® ¥.

Нейтраль в СЗН подключена к специальному заземляющему устройству. Согласно требованиям ПУЭ сопротивление заземления ней­трали R₀ в любое время года не должно превышать 4 Ом для фазных напряжений 220 В или для линейных напряжений 380 В.

Таким образом, общую схему трёхфазной электрической сети можно представить, как показано на рис. 4.3, где следует полагать Z_N® ¥ для случая СИНи Z_N » R₀ для случая СЗН.

В трёхфазной сети различают нормальный (НР) и аварийный (АР) режимы работы. Нормальный режим характеризует исправное состояние электрической сети. При аварийном режиме одна из фаз оказывается замкнутой на землю через сравнительно малое сопротивление замыкания (R_зм), которое характеризует процесс растекания тока замыкания в грунте в точке максимального потенциала (т.е. непосредственно в точке контакта токоведуших элементов с грунтом). Обычно сопротивление замыкания составляет десятки или сотни Ом и реже – единицы Ом, например, когда провод замыкается на заземлённую металлическую конструкцию или падает в водный бассейн.