Трехфазное и однофазное напряжение. Схема подключения четырехполюсного узо в трехфазной сети с использованием нейтрали

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 (UA , UB , UC). Они сдвинуты по фазе друг относительно друга на 120 электрических градусов

Рис. 4.2 Система напряжений трёхфазной электрической сети

Рис. 4.3 Общая схема трёхфазной сети

(рис. 4.2, б).

Напряжения, действующие между любыми парами фаз электрической сети, называют линейными (UAB, UBC, UCA). При равенстве модулей фазных напряжений (|UA| = |UB| = |UC| = Uф) равными будут и модули линейных напряжений: |UAB|= |UBC| = |UCA| = Uл = Uф . Обычно Uл = 380 В, Uф = 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: RA , RB , RC , RN и CA , CB , CC , CN (рис. 4.3). В дальнейшем с целью упрощения расчётов будем полагать, что RA = RB = RC = Rиз, CA = CB = CC = Cф.

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 (Rиз) и ёмкостной (Xф = 1/jwCф) составляющих: Zиз = Rиз || Xф = Rиз / (1 + jw RизCф) . Аналогично определяется сопротивление ZN 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 ZN = | ZN| -> бесконечность.

Нейтраль в СЗН подключена к специальному заземляющему устройству. Согласно требованиям ПУЭ сопротивление заземления ней трали 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 ZN -> бесконечность для случая СИН и ZN » 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 (Rзм ), 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.

Конспект по безопасности жизнедеятельности

Однофазная и трехфазная электрическая сеть

Электричество поступает к конечному потребителю посредством линий электропередачи, а поскольку в них высокое напряжение, эту энергию невозможно использовать без трансформации. Для понижения напряжения служат специальные системы – трансформаторные подстанции; они преобразуют высоковольтное напряжение до оптимального значения.

Для обеспечения дома электропитанием может использоваться схема трехфазной сети или однофазной, их особенности будут рассмотрены ниже.

Трансформаторная подстанция

Трансформаторная подстанция предназначена для получения электроэнергии, поступающей с линий электропередач, ее преобразования и распределения. В состав подстанции входят следующее оборудование: понижающий трансформатор, устройство распределения электричества (УР) и блок управления.

За городом наибольшее распространение получили столбовые и мачтовые подстанции. Главный прибор подстанции – одно- или трехфазный трансформатор, понижающий напряжение. Чаще всего в сельской местности используется схема однофазной сети, функционирующая совместно с трехфазными трансформаторами.

Напряжение понижается до номинального уровня и после преобразования может составлять либо 380 В (линейное), либо 220 В (фазное). Соответственно, и электропитание, получаемое потребителями, именуют трехфазным или однофазным.

Однофазное электроснабжение

С целью обеспечения объектов электропитанием в схеме однофазной сети используется две линии: фазная и нулевого рабочего провода. В совокупности они образуют однофазную электросеть. Номинальное напряжение в ней равно 220 В.

Осуществление подключения к однофазной сети по такой схеме не предусматривает наличие заземления. Сейчас она используется значительно реже – встретить ее можно преимущественно в зданиях, входящих в старый жилой фонд.

Однофазная двухпроводная сеть

Однофазная сеть может быть двух- или трехпроводной. Один из признаков двухпроводной электросети – использование алюминиевых жил. В трехпроводных сетях помимо стандартных проводов (фазного и нулевого) еще имеется защитный, выполняющий функцию заземления.

Использование схемы однофазной сети такого типа позволяет организовать дополнительную защиту обитателей жилища от удара электрическим током и исключить перегорание электрических приборов. Заземляющий провод (PE) подсоединяется к корпусам бытовой техники, как только происходит замыкание фазы на корпус, оборудование отключается.

При строительстве современных зданий используется преимущественно подключение к однофазной сети с тремя проводниками, значительно реже – с одним.

Трехфазное электропитание

Трехфазное питание предполагает ввод в здание трех питающих фаз, обозначаемых L1, L2, L3, и нулевого проводника N. Величина номинального рабочего напряжения между любыми парами проводов-фаз составляет 380 В, а между проводом-«нулем» и каждым из фазных проводов – 220 В. Использование схемы трехфазной сети позволяет обеспечивать оборудование электричеством с напряжением 220 или 380 вольт. Идущая от электрощита проводка прокладывается по жилищу в соответствии с проектом.

Одна из самых важных задач при подключении к трехфазной сети – грамотно рассчитать нагрузку на каждую из трех фаз, так как ее неравномерное распределение может стать причиной перекоса фаз. Значительный перекос часто приводит к возникновению аварийных ситуаций, в том числе критических, когда обгорает одна из фаз. Для распределения трехфазного электричества по объекту используются четырех- или пятижильные кабели.

Трехфазная сеть с четырехпроводным кабелем

Для подводки электричества к устройствам используется три фазных провода и рабочий нуль.

От распределительного щита к розеткам и осветительному оборудованию прокладывается два провода: нулевой рабочий в комбинации с каждым фазным. В результате устройства обеспечиваются электричеством, имеющим напряжение 220 В.

На схеме электропитания используются следующие обозначения фаз: A, B, C.

Пятипроводная трехфазная электросеть

Принципиальное отличие четырехпроводного питания от пятипроводного – наличие заземляющего провода, обозначаемого PE. Естественно, подключение к трехфазной сети с пятью проводниками обеспечивает более высокую безопасность, чем при использовании четырех проводников.

Наибольшая сложность при проектировании трехфазных электросетей – равномерно распределить нагрузку между фазами. При выполнении расчетов не следует ориентироваться на закон Ома – в таких случаях необходимо использовать коэффициент мощности (обозначается cosф) и спроса – Кспроса. Традиционно для жилых объектов cosф принимают равным 0,9-0,93, а коэффициент спроса для квартир (если число потребителей превышает 5) учитывается равным 0,8.

Админ — внимательно прочитал вашу ссылку, другие ваши статьи, а также некоторые главы ПУЭ, ГОСТы, СНиП, технические условия (выдаваемые нашей сетевой организацией) и заглянул в типовые проекты…
Могу с уверенностью сказать, что однозначного ответа (как правильно в соответствии со всеми нормативно-законодательными документами) — нет?! Если вы в настоящее время подали заявку на технологическое присоединение своего дома, то должны пользоваться ПУЭ-7. Постараюсь объяснить свою точку зрения по порядку:
1) Правила ПУЭ введены в действие, а 5-ти проводных сетей нет и навряд-ли когда-нибудь они появятся!!!
2) Исходя из этого создается видимость (ничем кстати практически не подтвержденная — где примеры и разъяснения пунктов ПУЭ) для конечного потребителя его электробезопасности. Тут могу сказать еще один важный нюанс это УЗО. Как вы сами понимаете УЗО без разницы есть ли защитный ноль или земля (оно без них работает) — главное чтобы был ток утечки, который может появиться хоть от прикосновения человеком к токоведущей части, хоть от плохой изоляции проводки и пробое на землю или корпус электрооборудования или токов утечки между проводами (в случае нагрева и возможного возгорания). И все! Ну скажите в каких еще случаях в быту в доме можно говорить об электробезопасности?
3) В правилах сказано: 1.1.17. Для обозначения обязательности выполнения требований ПУЭ применяются слова «должен», «следует», «необходимо» и производные от них.
4) Система заземления ТТ запрещена: 7.1.13. Питание электроприемников должно выполняться от сети 380/220 В с системой заземления ТN-S или ТN-С-S.
При реконструкции жилых и общественных зданий, имеющих напряжение сети 220/127 В или 3 х 220 В, следует предусматривать перевод сети на напряжение 380/220 В с системой заземления ТN-S или ТN-С-S.
5) Совмещение PE и N проводников после разделения запрещено: 1.7.135. Когда нулевой рабочий и нулевой защитный проводники разделены начиная с какой-либо точки электроустановки, не допускается объединять их за этой точкой по ходу распределения энергии. В месте разделения PEN-проводника на нулевой защитный и нулевой рабочий проводники необходимо предусмотреть отдельные зажимы или шины для проводников, соединенные между собой. PEN-проводник питающей линии должен быть подключен к зажиму или шине нулевого защитного РЕ-проводника.
6) А теперь ОБЯЗАТЕЛЬНОЕ противоречие из правил:
7.1.87. На вводе в здание должна быть выполнена система уравнивания потенциалов путем объединения следующих проводящих частей:

Допустим сегодня я подал заявку в энергоснабжающую организацию на техприсоединение (увеличение мощности, в связи с установкой электроотопления) т.е. до сегодняшнего дня у меня было однофазное питание (ввод в дом 2-ва провода с опоры ВД-0,4кВ) мощностью 5кВт, а сейчас я хочу 3-х фазное питание с дополнительной мощностью 10кВт т.е. всего суммарно 15кВт (льготная группа энергопотребителей) — 550руб. за техприсоединение. В техусловиях мне написали: выполнить ВРУ на границе балансовой принадлежности т.к. ответвления в дома с опор 0,4кВ не являются собственностью энергоснабжающей организации, а опора находиться в 20 метрах от моего земельного участка — то ответвление (кабель, СИП) будет принадлежать мне. Но в техусловиях также указано, что учет (счетчик электроэнергии) я должен установить в доступном месте для контроля и снятия показаний (зачем он мне нужен на фасаде моего дома???) — естественно, что лучьше и удобнее всем разместить его на опоре. Завожу в дом вводной пятижильный кабель, хочу сделать систему уравнивания потенциалов и … вобщем натыкаюсь на противоречия в ПУЭ: 7.1.87. На вводе в здание должна быть выполнена система уравнивания потенциалов путем объединения следующих проводящих частей… и 7.1.87. На вводе в здание должна быть выполнена система уравнивания потенциалов путем объединения следующих проводящих частей:
- основной (магистральный) защитный проводник;
- основной (магистральный) заземляющий проводник или основной заземляющий зажим;
- стальные трубы коммуникаций зданий и между зданиями;
- металлические части строительных конструкций, молниезащиты, системы центрального отопления, вентиляции и кондиционирования. Такие проводящие части должны быть соединены между собой на вводе в здание.
Интересно как выполнить молниезащиту дома без местного заземления? Или как объединить на вводе в здание (ВРУ или ГРЩ находящийся на опоре) защитный проводник, ведь он уже пришел мне в дом?!

УЗО представляет собой отдельный тип защитных электроаппаратов наряду с автоматическими выключателями (АВ). Хотя их назначением является именно электрозащита, как и у АВ, но принципы работы у них отличаются.

Зачем нужны УЗО, если есть АВ?

С течением времени электроизоляция токоведущих частей электроприборов, включая ТЭНы, провода, шнуры питания и кабели, неизбежно стареет. И тогда с них через токопроводящие корпуса различных электроприборов в землю начинают протекать так называемые токи утечки, величиной от нескольких десятков микроампер до единиц миллиампер.

Обычные АВ на появление токов утечки никак не реагируют - ведь они составляют ничтожные доли от номинальных токов электропотребителей. Однако их появление (точнее, превышение токами некоторого допустимого предела) является сигналом тревоги. Это предупреждение о приближении аварийной ситуации, и для ее предотвращения нужен специальный защитный электроаппарат - УЗО.

Кроме того, как известно, неотпускающий (судорожный) ток, представляющий для человека (при определенном времени воздействия) смертельную опасность, равен всего 10 мА. Поэтому необходимость создания защитных устройств, реагирующих на токи утечки в этом диапазоне величин, ощущалась с самого начала широкого проникновения электричества в быт.

Пояснение работы устройства

Попробуем объяснить принцип работы УЗО при помощи гидравлической аналогии. Будем считать, что вода протекает по замкнутому контуру водяного отопления так же, как и электроток по проводам. Если где-то в отопительной трубе возникает дыра, то через нее идет утечка воды. Поэтому ее расход (аналог электротока) через два сечения труб, одно из которых на входе контура, а другое - на его выходе, будет разным. Точно так же и с токами утечки в электроприборе. Можно сравнить, сколько тока входит в электроприбор, и сколько выходит. В однофазный электроприбор ток входит по фазному проводу, а выходит по нулевому, поэтому достаточно сравнить токи в этих двух проводах. В этом и состоит принцип работы УЗО в однофазной сети. Если величины тока на входе и на выходе электроприбора не одинаковы, то оно за время порядка нескольких миллисекунд отключает его от сети. Такое малое время срабатывания необходимо потому, что превышение токами утечки величины тока срабатывания УЗО могло быть вызвано именно прикосновением человека к токопроводящему корпусу прибора.

Ток срабатывания

Но чтобы работа УЗО стала эффективной в бытовых условиях, понадобилось немало времени. Прежде всего, нужно было точно определиться с величиной тока утечки, который был бы безопасен для человека на время срабатывания устройства. Попытки проектировать УЗО на токи утечки менее 10 мА приводили к созданию больших, сложных и дорогих устройств, причем склонных к ложным срабатываниям от различных электромагнитных наводок.

К началу 80-х годов ХХ в. ток их срабатывания, на основании опытов с добровольцами, был выбран величиной в 30 мА, а также были созданы малогабаритные трансформаторы с ферритовыми кольцевыми сердечниками (их называют дифференциальными), ставшие датчиками токов утечки. В продажу поступили электромеханические дифференциальные УЗО-ДМ с током срабатывания от 20 до 30 мА, являющимися сегодня самыми популярными в быту. Обычно литеры ДМ опускают, и прибор называют просто УЗО.

Принцип работы УЗО и схема подключения

Токи, протекающие по фазному и нулевому проводникам в разных направлениях, возбуждают в кольцевом сердечнике трансформатора устройства два одинаковых по величине магнитных потока Ф1 и Ф2, однако векторы магнитной индукции, соответствующие этим потокам, направлены в сердечнике встречно и взаимно компенсируют друг друга. Поэтому суммарный магнитный поток в сердечнике равен нулю, как и ЭДС во вторичной обмотке трансформатора.

Если вследствие дефекта изоляции появляется ток утечки, близкий к току срабатывания, то Ф1 ≠ Ф2, в сердечнике возникает магнитный поток, наводящий в выходной обмотке ЭДС, способный создать ток, достаточный для срабатывания порогового элемента УЗО. Далее оттягивается защелка силовой контактной группы, и ее контакты размыкаются. Таков принцип работы УЗО всех типов.

Во всех типах таких устройств предусмотрена кнопка «Тест», при нажатии на которую искусственно создается ситуация утечки тока для проверки срабатывания устройства. Флажок или кнопка с самофиксацией служат для повторного включения УЗО после тестового срабатывания.

Разновидности УЗО

Известны электромеханические и электронные типы таких защитных аппаратов. Принцип работы УЗО и схема подключения обоих типов одинаковы, однако приборы первого типа не нуждаются в электропитании и обладают простой и надежной конструкцией. Для их срабатывания хватает тока утечки в защищаемом электроприборе.

Электронное УЗО нуждается в подаче на него напряжения питания, так как в нем пороговый элемент выполнен в виде электронной схемы, усиливающей малый ток в выходной обмотке его трансформатора и создающей импульс для исполнительного реле.

В связи с этим и сам трансформатор электронного УЗО меньших размеров, габаритов и мощности. Модуль порогового элемента с усилителем питается от контролируемой цепи, и если в цепи его питания произойдет обрыв проводника, то такое устройство потеряет работоспособность. Имеются и другие риски при работе электронных УЗО. Например, выход из строя его электронных компонентов при импульсных перенапряжениях в питающей сети.

Поскольку надежность электронных УЗО ниже, чем у электромеханических, то и стоимость их меньше.

Трехфазное УЗО

У трехфазного аппарата, в отличие от однофазного, четыре полюса вместо двух, поскольку нулевой проводник проходит через оба типа устройств. Принцип работы трехфазного УЗО такой же, как и у однофазного.

Сердечник его трансформатора охватывает четыре проводника - три фазных и один нулевой. Суммарный ток в трех фазных проводах (т. н. ток нулевой последовательности) всегда равен по величине току в нулевом проводе и противоположен ему по направлению (внутри УЗО). В этом случае сердечник трансформатора не намагничен, в его выходной обмотке тока нет. Если в защищаемом приборе появился ток утечки, то в сердечнике появляется переменный магнитный поток, наводящий ЭДС в выходной обмотке трансформатора. По ней начинает протекать ток, пропорциональный току утечки, и если ток утечки превышает ток срабатывания, то УЗО отключает электроприбор. Баланс токов в контрольном органе УЗО нарушается, и оно срабатывает.

Трехфазное УЗО без нулевого проводника

Для защиты от токов утечки асинхронных электродвигателей, обмотки которых соединены в треугольник или в звезду с невыведенной нейтралью, применяется подключение 4-полюсного УЗО с незанятой нулевой клеммой. При отсутствии токов утечки в фазах электродвигателя, сумма токов в фазных проводах очень мала и неспособна вызвать срабатывание защиты. Появление тока утечки из фазных проводов через корпус двигателя в землю вызывает циркуляцию через трансформатор УЗО тока нулевой последовательности, на который и реагирует электроаппарат. Общий принцип работы УЗО и в этом случае не изменяется.

Особенности применения одно- и трехфазных УЗО

Трехфазные 4-полюсные аппараты имеют довольно большие токи срабатывания, что позволяет применять их только для противопожарной защиты, как и АВ с тепловыми расцепителями. Защиту же групповых линий на розетки в комнатах, кухне и ванной, либо защиту отдельных линий питания мощных электроприборов (стиральных и посудомоечных машин, электроплит, электроводонагревателей) следует выполнять на 2-полюсных однофазных УЗО с установкой номиналов по токам утечки от 20 мА до 30 мА.

Для того чтобы работа УЗО в однофазной сети была безопасной, оно само должно быть защищено от перегрузки по току (при длительной непрерывной работе исправного электроприбора), установленным перед ним АВ с тепловым расцепителем.

Работа УЗО без заземления

Как известно, в старых домах советской постройки квартирные электропроводки не имели отдельного нулевого защитного проводника, подключаемого к контуру заземления. Предполагалось, что его функцию исполняет нулевой рабочий проводник (т. н. система электроснабжения TN-C с общими нулевыми рабочим и защитным проводниками). А поскольку во всех изданиях ПУЭ есть запрет на установку в защитных проводниках аппаратов защиты, то 2-полюсные УЗО, разрывающие одновременно и фазу и нуль, также попадают под запрет. Даже последняя 7-я актуальная редакция ПУЭ в п. 7.1.80 подтвердила недопустимость установки УЗО в сетях по системе TN-C. Дело в том, что были зафиксированы случаи поражения электротоком во время их срабатывания.

Причиной этого стала разновременность срабатывания контактов устройств, составляющая единицы милисекунд. Но если первым отключался контакт в нулевом проводе, то при пробое изоляции на корпус бытового электроприбора потребитель оказывался под полным фазным напряжением, так что этих нескольких милисекунд вполне хватало для смертельного поражения.

Для квартир без нулевых защитных проводников устанавливать общеквартирное УЗО недопустимо, но отдельные такие аппараты можно устанавливать в групповые розеточные линии с общим защитным проводником или в линии питания отдельных электроприборов, если защитные проводники розеточных групп или розеток по кратчайшему пути заведены на их входные нулевые клеммы.

В этом случае разрыв внутри УЗО нулевого рабочего провода раньше фазного не приводит к разрыву защитного проводника электроприбора, так как участок защитного проводника от входной нулевой клеммы через розетку и шнур питания электроприбора останутся неповрежденными.