Co to jest symetryczne i asymetryczne obciążenie?

W normalnie funkcjonującej sieci trójfazowej napięcia liniowe (napięcia między każdą parą przewodów fazowych) są równe pod względem wielkości i różnią się fazą o 120 stopni. Odpowiednio, napięcia fazowe (napięcia między każdym przewodnikiem fazowym a przewodnikiem neutralnym) są równe pod względem wielkości i mają podobne różnice fazowe.

Jak wynika z powyższego, kąty fazowe między tymi napięciami są sobie równe. To się nazywa „Symetryczny układ napięcia trójfazowego”.

Jeśli podłączysz symetryczne obciążenie do takiej sieci, to znaczy obciążenie trójfazowe, przy którym prądy każdej fazy są równe pod względem wielkości i fazy, wówczas takie obciążenie stworzy symetryczny układ prądów (z tym samym kątem fazowym między nimi). Jest to możliwe pod warunkiem, że we wszystkich trzech fazach obciążenia występują identyczne rezystancje bierne i aktywne, to znaczy Za = Zb = Zc.

Dlatego w tych warunkach prądy fazowe okazują się równe pod względem wielkości i kąta fazowego między nimi. Przykłady symetrycznych obciążeń: trójfazowy silnik indukcyjny, trzy identyczne lampy żarowe - każda w swojej fazie, symetrycznie obciążony transformator trójfazowy itp.

Rozważmy wektorowy wykres prądów symetrycznego obciążenia trójfazowego. Łatwo tu zauważyć, że suma geometryczna wektorów prądów trójfazowych zanika. Oznacza to, że przy symetrycznym obciążeniu prąd przewodu neutralnego wyniesie zero i praktycznie nie ma potrzeby jego używania.

Jeśli podłączysz obciążenie asymetryczne do tej sieci trójfazowej za pomocą symetrycznego układu napięcia, to znaczy obciążenia, przy którym złożone rezystancje obciążenia w każdej fazie są różne (Za ≠ Zb ≠ Zc), wówczas obciążenie stworzy system prądów, które będą się różnić wielkością i w kierunku (w porównaniu do aktualnego schematu charakterystycznego dla symetrycznego obciążenia). Wartości tych prądów fazowych można znaleźć zgodnie z prawem Ohma.

A wtedy suma geometryczna prądów nie zmieni się na zero, co oznacza, że ​​prąd przemienny będzie miał miejsce w przewodzie neutralnym, więc w tym przypadku konieczny jest przewód neutralny. Przykłady obciążeń asymetrycznych: żarówki o różnych pojemnościach w trzech fazach, asymetrycznie obciążony transformator trójfazowy, obciążenia o różnych współczynnikach mocy w trzech fazach itp.

Drut neutralny w tym przypadku zapewni zachowanie symetrii napięcia fazowego, mimo że obciążenie jest asymetryczne. Właśnie dlatego czteroprzewodowa sieć pozwala na włączenie odbiorników jednofazowych o różnych pojemnościach i charakter impedancji w różnych fazach. Obwód każdej obciążonej fazy będzie pod napięciem fazowym generatora, niezależnie od różnicy obciążeń między fazami.

Oto schemat wektorowy obciążenia asymetrycznego. Na schemacie łatwo zauważyć, że ze względu na obecność drutu neutralnego prąd w nim reprezentuje sumę geometryczną wektorów prądu każdej fazy, podczas gdy napięcia fazowe nie ulegają zniekształceniu, które z pewnością powstałyby, gdyby nie było drutu neutralnego o asymetrycznym obciążeniu.

Jeśli z jakiegoś powodu przewód neutralny pęknie podczas zasilania niezrównoważonego obciążenia, nastąpi gwałtowne odkształcenie napięć i prądów w sieci trójfazowej, co może doprowadzić do wypadku.

Zniekształcenie nastąpi w tym przypadku, ponieważ trzy obwody obciążeniowe zasilane przez źródło trójfazowe wraz z wewnętrzną rezystancją źródła tworzą trzy obwody o różnej impedancji, przy czym spadek napięcia na każdym z nich będzie inny, a zatem układ napięcia sieci trójfazowej przestanie być symetryczny.Zobacz więcej na ten temat tutaj:Przyczyny i konsekwencje zerwania drutu zerowego w sieci