Строительство и ремонт. Заземление трехфазного двигателя


в чем разница между ними, понятие, требования

Часто домашние мастера не понимают, как устроена система электроснабжения трехфазного типа, как происходит ввод электричества, как работает защитное оборудование, в чем различие между заземлением и занулением. Именно систему заземления и зануления, применяемую повсеместно, хочется рассмотреть наиболее подробно.

Заземление и зануление

В чем разница между заземлением и занулением

Перво-наперво, необходимо рассмотреть систему трехфазного переменного тока, чтобы точно понять, что такое заземление и зануление, а также какую функцию оно там выполняет.

Современная трехфазная система

На современном этапе развития энергетики самой выгодной и простой системой передачи энергии на дальние расстояния является система трёхфазного переменного тока. Удивительную простоту и гениальность этого изобретения сложно даже осознать. По сравнению с системой, базирующейся на генераторах постоянного тока, трехфазная система имеет огромные плюсы, а именно:

• Простота преобразования электрической мощности. С помощью трёхфазных трансформаторов можно получить любой вольтаж.

• Простота получения однофазного и двухфазного напряжения из трехфазного. Однофазный ток получается путем ответвления одного фазного провода и ноля. Двухфазный ток получают путем подключения трансформатора Скотта.

• Простота передачи энергии на дальние расстояния, достигаемая за счет использования повышающих трансформаторов переменного тока.

• Постоянный ток, к сожалению, полностью непригоден в тех случаях, когда речь идет о передачи электрической энергии на дальние расстояния с минимальными потерями в проводах. Серьезный нагрев проводов вкупе с трудностью и неэффективностью преобразования навсегда закрыли дорогу постоянному току в мир большой электроэнергетики.

Заземление и зануление в цепях переменного тока

По сути, ноль – провод синего цвета, промаркированный N. Зануление – это преднамеренное соединение либо средней точки в обмотке 3-х фазного генератора, либо соединение в нагрузке к рабочему нолю. Основных функций у зануления две: 1 – рабочая функция и 2 — защитная функция. Рабочая функция ярче всего проявляется в схеме распределения электроэнергии в многоквартирном доме. Изначально ввод электричества выполняется только с помощью трехфазного тока, который равномерно распределяется по квартире. В качестве примера допустим, что в одном конкретном подъезде имеется 36 квартир. Следовательно, распределение нагрузки должно быть произведено максимально сбалансированно и равномерно: на фазу A подключаем 12 квартир, на фазу В 12 квартир, а на фазу С, естественно, оставшиеся 12 квартир. Как бы не старались проектировщики сбалансировать схему потребления, практика однозначно говорит о том, что достичь баланса и равномерность нагрузки никогда на 100% не удается – кто-то тратит электричества больше, а кто-то меньше. Поэтому и была придумана линия N – рабочий ноль. Основная цель рабочего ноля – восстановить баланс напряжений по фазам, то есть не дать возникнуть перекосу напряжений. К слову, именно внезапное отключение нулевого проводника может привести к тому, что в некоторых квартирах возникнет молниеносный всплеск рабочего напряжения до отметки 380 В. На жаргоне электриков данное явление называют отгоранием или отвалом ноля.

Трехфазная система требует наличие заземления и зануления средней точки рабочих обмоток, соединенных по схеме звезда. Чтобы четко понимать разницу между занулением и заземлением, давайте обратимся к стандартной схеме включения нагрузки к трехфазному источнику питания по схеме Y (звезда). Если мы рассматриваем в качестве нагрузки трехфазный трансформатор, трехфазный асинхронный электродвигатель, трехфазную печь, то система будет функционировать, будучи подключенной с помощью трех проводов с фазами A, B, С и нулевого провода N. По сути, если мы рассматриваем электроустановки на производстве, то наличие четвертого проводника выполняет чисто защитные функции. При пробое изоляции обмоток трехфазного электродвигателя высокий потенциал устремляется на корпус устройства, который находится в прямой гальванической связи с проводом N, то есть рабочим нолем. Следовательно, при таком подключении произойдет короткое замыкание, что вызовет отключение трехфазного автомата защиты.

Заземление в цепях трехфазного тока

В отличии от зануления, заземление используется не в качестве рабочего ноля – N, а в качестве обособленного PE-проводника. По сути, заземление выполняет лишь защитную функцию, в то время как зануление выполняет одновременного обе: рабочую и защитную. Не мудрствуя лукаво, ученые разработали систему заземления, где функция рабочего ноля и защитного заземления объединены в виде PEN-проводника. Данная система получила наибольшее распространение в нашей стране, так как она отличается наибольшей простотой и дешевизной.

Разновидности систем заземления, применяемых в 3-х фазных электроустановках

TN-C – устаревшая система заземления, где функция рабочего нулевого проводника N-проводника и защитного PE-совмещены в единый провод PEN. Несмотря на простоту и дешевизну, данная система имеет существенные недостатки в плане электробезопасности – при обрыве PEN существует высокая вероятность появления высокого электрического потенциала на корпусе электроустановки в случае нарушения изоляции проводов, обмоток и прочего.

TN-C-S – усовершенствованная система, где все-таки происходит разделение PEN-проводника на PE и N на середине линии. Если происходит обрыв после разделения, то на корпусе электроустановок не возникают высокие электрические потенциалы. А если обрыв произошел на PEN, то возникает вероятность поражения электротоком от корпуса, естественно, при внештатной ситуации. Основной недостаток данной системы заключается в ничтожной устойчивости системы при обрыве нулевого проводника (отгорание нуля).

TN-S является системой, где PE и N разделены на 2 обособленных провода непосредственно на электроподстанции. Главным достоинством данной системы является то, что при повреждении нулевого провода на корпус устройства не поступит опасный электрический потенциал.

Типичные ошибки людей, которые мало знакомы и с заземлением, и занулением

К сожалению, некоторые мало осведомлённые люди, подключая, к примеру, трехфазный мотор по схеме треугольник не используют защитное заземление – PE проводник. В случае нарушения изоляционного материала обмоток опасный электрический потенциал поступит на корпус, а защитное оборудование – трехфазный автомат защиты – останется включенным, так как короткого замыкания или перегруза не возникнет. Следовательно, корпус устройства может находится по высоким электрическим потенциалом, а рука работника будет единственным проводником, позволяющим электротоку достигнуть земли. Как вы понимаете, сопротивление человеческого тела настолько высоко, что ток вызванный таким прикосновением никогда не отключит автомат защиты. Именно поэтому мы рекомендуем и на производстве, и в домашней мастерской использовать зануление корпуса электроустановок, а также использовать дифференциальные автоматы.

Заземление и зануление

stroymasterok.com

Зануление: принцип действия

Зануление — преднамеренное электрическое соединение металлических нетоковедущих частей с заземленной нейтральной точкой источника электроэнергии с целью автоматического отключения участка при замыкании на корпус.

Схемы защитного заземления: а) и зануления б) в трехфазной уста­новке.

Нулевой защитный проводник — проводник, соединяющий зануляемые части с заземленной нейтральной точкой обмотки источника электроэнергии или ее эквивалентом. Он используется для питания электроустановки.

Принцип действия зануления

При замыкании на корпус зануление создает цепь однофазного КЗ, что вызывает срабатывание максимальной токовой защиты (за счет протекания тока однофазного КЗ), и поврежденная электроустановка отключается от сети. При этом в промежуток времени от момента замыкания на корпус до отключения электроустановки происходит снижение напряжения корпуса поврежденной электроустановки относительно земли из-за перераспределения напряжения между фазным и нулевым защитным проводниками и наличия повторного заземления нулевого защитного проводника.

Зануление ограничивает время воздействия тока на человека и снижает напряжение прикосновения.

Область применения зануления: трехфазные четырехпроводные сети переменного тока с заземленной нейтралью напряжением до 1 кВ; однофазные двухпроводные сети переменного тока с заземленным выводом; трехпроводные сети постоянного тока с заземленной средней точкой источника.

Электрическая схема заземления и зануления.

В качестве максимальной токовой защиты могут применяться: плавкие предохранители или автоматы, устанавливаемые для защиты от токов КЗ, магнитные пускатели со встроенной тепловой защитой; контакторы в сочетании с тепловым реле, осуществляющие защиту от перегрузки; автоматы с комбинированными расцепителями.

Для обеспечения работоспособности зануления проводимость нулевых защитных проводников должна быть выбрана такой, чтобы при замыкании на корпус или на нулевой защитный проводник возникал ток КЗ, превышающий не менее чем в 3 раза номинальный ток плавкого элемента ближайшего предохранителя; в 3 раза номинальный ток нерегулируемого расцепителя или уставку регулируемого расцепителя автоматического выключателя, имеющего обратно зависимую от тока характеристику.

Схема зануления при наличии короткого замыкания.

При защите сетей автоматическими выключателями, имеющими только электромагнитный расцепитель, проводимость указанных проводников должна обеспечивать ток не ниже уставки тока мгновенного срабатывания, умноженный на коэффициент, учитывающий разброс (по заводским данным) и на коэффициент запаса 1,1.

При отсутствии заводских данных для автоматических выключателей с номинальным током до 100 A кратность тока КЗ относительно уставки следует принимать не менее 1,4, а для автоматических выключателей с номинальным током более 100 А — не менее 1,25.

Полная проводимость нулевого защитного проводника во всех случаях должна быть не менее 50% проводимости фазного проводника. На воздушных линиях электропередачи зануление должно быть осуществлено нулевым рабочим проводом, проложенным на тех же опорах, что и фазные провода.

 

На концах воздушных линий (или ответвлений от них) длиной более 200 м, а также на вводах от воздушных линий к электроустановкам, которые подлежат занулению, должны быть выполнены повторные заземления нулевого рабочего провода. При этом в первую очередь следует использовать естественные заземлители, например подземные части опор, а также заземляющие устройства, выполненные для защиты от порогового перенапряжения.

Поделитесь полезной статьей:

Top

fazaa.ru

Как преобразовать однофазную сеть в трехфазную для подключения двигателя

    Трехфазные электродвигатели в быту и любительской практике приводят в действие самые различные механизмы - циркулярную пилу, электрорубанок, вентилятор, сверлильный станок, насос. Чаще всего используются трехфазные асинхронные двигатели с коротко- замкнутым ротором. К сожалению, трехфазная сеть в быту - явление крайне редкое, поэтому для их питания от обычной электрической сети любители применяют:

 

♦   фазосдвигающий конденсатор, что не позволяет в полном объеме реализовать мощность и пусковые характеристики двигателя;

♦     тринисторные «фазосдвигающие» устройства, которые еще в большей степени снижают мощность на валу двигателей;

♦     другие различные емкостные или индуктивно-емкостные фазо­сдвигающие цепи.

   Но лучше всего - получить трехфазное напряжение из однофаз­ного с помощью электродвигателя, выполняющего функции генера­тора. Рассмотрим схемы, позволяющие, имея однофазное переменное напряжение, получить две недостающие фазы.

       Примечание.

Любая электрическая машина обратима: генератор может слу­жить двигателем, и наоборот.

      Ротор обычного асинхронного электродвигателя после случайного отключения одной из обмоток продолжает вращаться, причем между выводами отключенной обмотки имеется ЭДС. Это явление дает воз­можность использовать трехфазный асинхронный электродвигатель для преобразования однофазного напряжения в трехфазное.

 

     Схема № 1. Например, обычный трехфазный асинхронный элек­тродвигатель с короткозамкнутым ротором для этого применил С. Гуров (с. Ильинка Ростовской обл.). У этого двигателя так же, как и у генератора, имеются: ротор; три статорные обмотки, сдвинутые в про­странстве на угол 120°.

     Подадим на одну из обмоток однофазное напряжение. Ротор дви­гателя не сможет самостоятельно начать вращение. Ему необходимо каким-либо способом дать начальный толчок. Далее он будет вращаться за счет взаимодействия с магнитным полем одной обмотки статора.

     Вывод.

Магнитный поток вращающегося ротора наведет ЭДС индукции в двух других статорных обмотках, т. е. недостающие фазы будут восстановлены.

    Ротор можно заставить вращаться, например, при помощи устрой­ства с пусковым конденсатором. Кстати, его емкость не обязательно должна быть большой, так как ротор асинхронного преобразователя приводится в движение без механической нагрузки на валу.

      Один из недостатков такого преоб­разователя - неодинаковые фазные напряжения, что приводит к сниже­нию КПД самого преобразователя и двигателя-нагрузки.

      Если дополнить устройство авто­трансформатором соответствующей мощности, включив его, как показано на рис. 1, можно добиться приблизи­тельного равенства фазных напряжений, переключая отводы. В качестве магнитопровода автотрансформатора был использован статор неисправного электродвигателя мощностью 17 кВт. Обмотка - 400 витков эмалирован­ного провода сечением 4-6 мм2 с отводами после каждых 40 витков.

Рис. 1. Принципиальная схема преобразователя

     В качестве электродвигателей преобразователей лучше использо­вать «тихоходные» двигатели (до 1000 об/мин.).

     Они очень легко запускаются, отношение пускового тока к рабо­чему у них гораздо меньше, чем у двигателей с частотой вращения 3000 об/мин., а следовательно, «мягче» нагрузка на сеть.

      Правило.

Мощность двигателя, используемого в качестве преобразователя, должна быть больше, чем подключаемого к нему электропривода. Первым всегда следует запускать преобразователь, а затем под­ключать к нему потребители трехфазного тока. Выключают установку в обратной последовательности.

      Например, если преобразователем служит двигатель на 4 кВт, мощ­ность нагрузки не должна превышать 3 кВт. Преобразователь мощно­стью 4 кВт, рассмотренный выше и изготовленный С. Гуровым, исполь­зуется в его личном хозяйстве уже несколько лет. От него работают пилорама, крупорушка, точильный станок.

    

   Схемы № 2-4. Под действием магнитного поля статора в короткозамкнутой обмотке ротора асинхронного двигателя протекают токи, превращающие ротор в электромагнит с явно выраженными полю­сами, индуктирующий напряжение синусоидальной формы в обмот­ках статора, в том числе не подключенных к сети.

     Сдвиг фаз между синусоидами в разных обмотках зависит только от расположения последних на статоре и в трехфазном двигателе в точности равен 120°.

      Примечание.

Основное условие превращения асинхронного электродвигателя в преобразователь числа фаз - вращающийся ротор.

   Поэтому его следует предварительно раскрутить, например, с помо­щью обычного фазосдвигающего конденсатора.

    Емкость конденсатора рассчитывают по формуле:

 C=k*Iф/Uсети

   где к = 2800, если обмотки двигателя соединены звездой; к = 4800, если обмотки двигателя соединены треугольником; Iф - номинальный фазный ток электродвигателя, А; Uceти - напряжение однофазной сети, В.

   Можно применять конденсаторы МБГО, МБГП, МБГТ К42-4 на рабочее напряжение не менее 600 В или МБГЧ К42-19 на напряжение не менее 250 В.

     Примечание.

Конденсатор нужен только для пуска двигателя-генератора, затем его цепь разрывают, а ротор продолжает вращаться, поэтому емкость фазосдвигающего конденсатора не влияет на качество генерируемого трехфазного напряжения.

     К обмоткам статора можно подключить трехфазную нагрузку. Если ее нет, энергия питающей сети расходуется лишь на преодоление трения в подшипниках ротора (не считая обычных потерь в меди и железе), поэтому КПД преобра­зователя довольно велик.

      В качестве преобразовате­лей числа фаз автором схем Клейменовым В. было испытано несколько различных электро­двигателей. Те из них, обмотки которых соединены звездой, с выводом от общей точки (ней­тралью) подключали по схеме, показанной на рис. 2. В случае соединения обмоток звездой без нейтрали или треугольником применяли схемы, показанные, соответственно, на рис. 3 и рис. 4.

 

Рис. 2. Схема преобразователя, обмотки двигателя в котором соединены звездой, с выводом от общей точки (нейтралью)

 

Рис. 3. Схема преобразователя обмотки двигателя в котором соединены звездой без нейтрали

 

Рис. 4. Схема преобразователя; обмотки двигателя в котором соединены треугольником

     Во всех случаях двигатель, запускали, нажав на кнопку SB1 и удерживая ее в течении 15 С, пока частота вращения ротора не достигнет номинальной. Затем замы­кали выключатель SA1, а кнопку отпу­скали.

 

     Схемы № 5. Обычно концы обмо­ток асинхронного трехфазного элек­тродвигателя выведены на трех- или шестиклеммную колодку. Если колодка трехклеммная, значит, фазные статорные обмотки соединены звездой или треугольником. Если же она шестиклеммная, фазные обмотки не подключены друг к другу (Я. Шаталов, п. Ирба Красноярского края).

     В последнем случае важно правильно их соединить. При включе­нии звездой одноименные выводы обмоток (начало или конец) сле­дует объединить в нулевую точку. Для того чтобы соединить обмотки треугольником, необходимо:

♦   конец первой обмотки соединить с началом второй;

♦   конец второй - с началом третьей;

♦   конец третьей - с началом первой.

      А как быть, если выводы обмоток электродвигателя не маркиро­ваны?

     Тогда поступают следующим образом. Омметром определяют три обмотки, условно обозначив их I, II и III. Чтобы найти начало и конец каждой из них, две любые соединяют последовательно и подают на них переменное напряжение 6-36 В. К третьей обмотке подключают вольтметр переменного тока (рис. 5).

Рис. 5. Схема подключения вольтметра для определения обмоток

      Наличие переменного напряжения свидетельствует о том, что обмотки I и II включены согласно, а отсутствие напряжения - встречно. В последнем случае выводы одной из обмоток следует поменять местами. После этого отмечают начало и конец обмоток I и II (одноименные выводы обмоток I и II на рис. 5 отмечены точками). Чтобы определить начало и конец обмотки III, меняют местами обмотки, например, II и III, и по описанной выше методике повторяют измерения.

www.smoldomrem.ru