Трехфазная сеть

[rascas]

sergey zhukov в сообщении #1428793 писал(а):

Почему нейтраль заземляется?

Если мы, хотим чтобы потенциал каждого фазного провода (мгновенное значение) менялся например в диапазоне от $-220\sqrt{2}$ вольт до $+220\sqrt{2}$ вольт относительно Земли, то надо землить нейтраль. Иначе потенциал фаз может меняться от например: $+100500$ вольт до $+101100$ вольт относительно Земли, а это уже опасно.

[Emergency]

Цитата:

Эти пульсации мощности приводят к повышенному шуму и механическим вибрациям в электрооборудовании с намагничивающимися материалами из-за магнитострикционного эффекта, а также к вращательным вибрациям валов электродвигателей.

Мне всегда казалось, что пульсации мощности влияют только на вращательные вибрации валов. А перемагничивание сердечников трансформаторов и электродвигателей (и магнитострикция) происходит и при постоянной мощности.

[sergey zhukov]

rascas в сообщении #1428804 писал(а):

Иначе потенциал фаз может меняться от например: $+100500$ вольт до $+101100$ вольт относительно Земли, а это уже опасно.

Это аргумент за то, что нужно соединять между собой вообще любые электропроводные конструкции, чтобы на них не могла появиться произвольная разность потенциалов. Даже если совершенно не видно, откуда она может появиться.
Если просто подвесить в воздухе линию электропередач, то на ней может накопиться заряд. Например, от атмосферного электричества или прямого удара молнии. Пожалуй да, это опасно.
Мы должны быть уверены, что напряжение на фазах относительно земли не превышает фазного, иначе не совсем понятно, на какое напряжение должна быть рассчитана изоляция этих линий от земли. Т.е. получается, что в любом случае земля не может быть гарантированно нейтральной по отношению к фазам.
И еще. Даже если линия переменного тока висит в воздухе и не заземлена, а потенциал на ней в среднем равен нулю, при попытке взяться за такую фазу через человека все равно потечет ток. У линии слишком большая емкость "провод-земля". Эта емкость так или иначе соединяет линию переменного тока с землей.
Если мы никак не соединяем землю с линией, то не можем точно знать, какое между ними напряжение. Может и нулевое, а может и в десять раз выше фазного. А если соединяем, то точно знаем, что оно фазное, т.е. опасное, но не чрезмерное.

Emergency в сообщении #1428805 писал(а):

Мне всегда казалось, что пульсации мощности влияют только на вращательные вибрации валов. А перемагничивание сердечников трансформаторов и электродвигателей (и магнитострикция) происходит и при постоянной мощности.

По моему, тут имеется ввиду перемагничивание каких-то еще магнитных материалов в конструкции аппарата, помимо сердечников. Сердечники трансформаторов и электродвигателей конечно перемагничиваются в любом случае. Это их работа.

[Emergency]

sergey zhukov в сообщении #1428817 писал(а):

По моему, тут имеется ввиду перемагничивание каких-то еще магнитных материалов в конструкции аппарата, помимо сердечников.

Или немагнитных обмоток.

[Snegovik]

sergey zhukov в сообщении #1428750 писал(а):

Переменный ток по сути имеет два главных приемущества перед постоянным:

Еще переменный ток много проще отключать, если речь о высоких мощностях. Даже на небольших мощностях отключение мощности на постоянном токе существенно сложнее, нужны специальные автоматические выключатели на постоянный ток, поскольку дуга на постоянном токе горит очень стабильно.
Но с другой стороны в мире существуют и высоковольтные ЛЭП на постоянном токе, немного но есть. Такие ЛЭП наряду с недостатками обладают и рядом преимуществ, можно почитать в вики.

sergey zhukov в сообщении #1428817 писал(а):

Это аргумент за то, что нужно соединять между собой вообще любые электропроводные конструкции, чтобы на них не могла появиться произвольная разность потенциалов. Даже если совершенно не видно, откуда она может появиться.

Это есть в нормах, называется системой уравнивания потенциалов. Причем есть основная система уравнивания потенциалов и дополнительная.

sergey zhukov в сообщении #1428817 писал(а):

Если просто подвесить в воздухе линию электропередач, то на ней может накопиться заряд. Например, от атмосферного электричества или прямого удара молнии. Пожалуй да, это опасно.

Перенапряжения такого рода в сетях с изолированной нейтралью конечно бывают, но постоянно такими они держаться не могут. Как правило они могут быть связаны с работой коммутационных аппаратов, резонансными явлениями, атмосферными перенапряжениями и т.п. Есть ведь специальные "разряжающие" устройства, разрядники, ограничители перенапряжения, предохраняющие основную изоляцию от пробоя. Кроме того измерительные трансформаторы так или иначе связывают сети с землей. И потом Вы сами написали, что ЛЭП связана с землей через емкость, что совершенно правильно. Кстати при высокой емкости, например если сеть имеет высокую протяженность, нейтраль трансформаторов должна подключаться к земле через специальные компенсирующие реакторы. Так же правильно и то, что несмотря на изолированную нейтраль сетей напряжением 6/10/35 кВ прикосновение к ним (даже просто приближение на некоторое расстояние) для человека смертельно опасно.

Однако бывают случаи когда и низковольтные сети используются с изолированной нейтралью, например для угольных шахт применяют именно такие сети. Требование объясняется взрывобезопасностью (в угольной шахте может взрываться газ метан и угольная пыль). В сети с заземленной нейтралью однофазное замыкание вызывает большую силу тока, соответственно искры, дугу и т.п. А вот для жилых, общественных зданий нормы требуют глухозаземленную нейтраль, там целый ряд причин почему так и в общем то обоснованных, это отдельная большущая тема. Хотя мне приходилось встречать статьи, в которых люди писали о целесообразности применения изолированной нейтрали, но увы ПУЭ (правила устройства электроустановок) для этих случаев требует глухое заземление.

[sergey zhukov]

Snegovik в сообщении #1429057 писал(а):

Еще переменный ток много проще отключать, если речь о высоких мощностях.

Да, верно. Еще и это. Я слышал, что в некоей экспериментальной установке по генерации сверхсильных импульсных магнитных полей стояла задача быстро обесточить мощный контур с высокой индуктивностью. Эта задача решалась просто подрывом проводника, т.к. любые другие способы не давали достаточно быстрого разрыва контакта.

Еще немного об экономичности. При равных значениях максимального напряжения постоянный ток теряет меньше на омическом сопротивлении проводов, чем переменный. Это даже без учета скин-эффекта, реактивного тока, излучения, емкостных потерь и пр. Просто из закона Ома.
Если стоит задача предать максимальную мощность через заданную линию без превышения заданного напряжения, то следует использовать постоянный ток.

Snegovik в сообщении #1429057 писал(а):

Так же правильно и то, что несмотря на изолированную нейтраль сетей напряжением 6/10/35 кВ прикосновение к ним (даже просто приближение на некоторое расстояние) для человека смертельно опасно.

Если прикоснуться к одному из проводов А изолированной двухпроводной линии А-В, то произойдет заряд емкости по контуру "провод А - человек - земля - емкость (земля - провод В)". Можно упрощенно считать, что если человек одной рукой касается провода А, то другой рукой он через конденсатор всегда касается провода В.
Если это линия переменного тока, то эта емкость будет постоянно перезаряжаться и через человека потечет длительный переменный ток. Если же это линия постоянного тока, то эта емкость зарядится лишь один раз, но и этого человеку будет достаточно.

Если же человек касается провода, скажем, с борта висящего вертолета, емкостью которого относительно земли и остальных фаз можно пренебречь, то вроде бы ничем это человеку не грозит?

[Snegovik]

sergey zhukov в сообщении #1429108 писал(а):

Если же человек касается провода, скажем, с борта висящего вертолета, емкостью которого относительно земли и остальных фаз можно пренебречь, то вроде бы ничем это человеку не грозит?

Видели ведь как птицы сидят на проводах? Вот и человек так же, почти. Есть даже такие работы - с изоляцией человека от земли. Что касается вертолета - я видел (передача по ТВ) как в США работают с вертолета люди на высоковольтных ЛЭП без отключения. Лопасти заводились между фазами, сначала к проводам делалось прикосновение специальной штангой для уравнивания потенциала вертолета и провода (при этом наблюдалась такая веселая дуга длиной сантиметров на 15-20), потом делалось соединение вертолета с проводом гибким проводником и выполнялись работы. А вертолет висел и каждое движение пилота могло оказаться последним. Смотреть на это конечно жутко, но все остались живы. Хотя те же люди рассказывали, что были случаи когда это заканчивалось плохо.

[Евгений Машеров]

sergey zhukov в сообщении #1428793 писал(а):

Вот еще вопрос, связанный с сетями переменного тока. Почему нейтраль заземляется? Ведь по сути мы берем один из питающих проводов и кладем его себе под ноги. Осталось только коснуться второго. Почему вообще все токонесущие провода не изолируют от земли?

Когда заземляется, когда нет. Есть изолированная нейтраль, есть глухозаземлённая, есть эффективно-заземлённая.

[Евгений Машеров]

sergey zhukov в сообщении #1428790 писал(а):

Минимальное количество синусоид для создания равномерного вращающегося поля - две, а не три. Берем двигатель с обмотками, расположенными под углом 90, каждую питаем от двух проводов (А В и С D), причем в одну обмотку подаем синус, а в другую - косинус. Двигатель прекрасно работает.

Только в половине случаев начинает крутиться в противоположную сторону...

-- 10 дек 2019, 06:52 --

sergey zhukov в сообщении #1428793 писал(а):

Вот еще вопрос, связанный с сетями переменного тока. Почему нейтраль заземляется? Ведь по сути мы берем один из питающих проводов и кладем его себе под ноги. Осталось только коснуться второго. Почему вообще все токонесущие провода не изолируют от земли?

Ради безопасности. Не допускать посторонних к проводам можно ограждением, изоляцией проводов, подъёмом неизолированных на недоступную высоту, просто предупреждением и полицейскими мерами. А кто всё же добрался, героически преодолев трудности, не имея резиновых перчаток, галош, коврика, изолированного инструмента и, самое главное, допуска - Св.Дарвин в помощь. А вот замыкание на корпус аппарата может случиться незаметно для работника. И надо защищать. При глухозаземлённой нейтрали такое КЗ даёт скачок тока и производится автоматическое отключение, до того, как за корпус под напряжением ухватится работающий. И поэтому общепринятое подключение на напряжение до 1000В - с глухозаземлённой нейтралью (хотя допускаются и иные варианты, а исторически при напряжении 127В употреблялась изолированная нейтраль, считалось, что 127В не столь опасно при касании, а автоматика развита не была, только плавкие предохранители, и замыкание на землю привело бы не к отключению, а к нагреву проводов и пожару).
Вот для ЛЭП норма - изолированная нейтраль. Что, в частности, позволяет сохранять электроснабжение при обрыве провода на землю. Но напряжение на изоляторах растёт в $\sqrt{3}\approx 1.7$ раз. Поэтому при 110 киловольт и выше используется эффективно заземлённая нейтраль (при которой перенапряжение не превысит 1.4 раза, экономя на изоляторах). Впрочем, ПУЭ рассматривает и иные подключения.

[Евгений Машеров]

sergey zhukov в сообщении #1429108 писал(а):

При равных значениях максимального напряжения постоянный ток теряет меньше на омическом сопротивлении проводов, чем переменный. Это даже без учета скин-эффекта, реактивного тока, излучения, емкостных потерь и пр. Просто из закона Ома.

При равных значения максимального (в смысле амплитудного) напряжения постоянный ток теряет на омический нагрев Вселенной больше. В два раза больше.
$\int_0^{2\pi}U^2\sin^2 t/R dt=\frac{U^2}{2R}$ для переменного и за тот же отрезок времени $\int_0^{2\pi}U^2/R dt=\frac{U^2}R$ для постоянного.
Правда, и передаётся постоянным током энергии по проводу при равных значениях максимального напряжения вдвое больше, так что процент потерь равный.
Скин-эффект и излучение на промышленной частоте 50Гц пренебрежимы (6000 км без вставок - это скорее "условный пример"), реактивность и ёмкостные не столь велики. Преимущество постоянного тока в том, что для него нет разницы между эффективным и амплитудным напряжением, а у переменного эффективное 0.707 от амплитудного. То есть надо более дорогостоящие изоляторы, а начиная с какого-то напряжения, появляются потери на коронообразование. И сверхвысоковольтные линии проектировались на постоянный ток (недостроенная Экибастуз-Центр на 1500В).

[Евгений Машеров]

Трансформатор с двух на три фазы и обратно

[sergey zhukov]

Евгений Машеров в сообщении #1429467 писал(а):

Только в половине случаев начинает крутиться в противоположную сторону...

Это неверно. Вращающееся поле sin/cos имеет совершенно определенное направление. Вы говорите про однофазное включение такого двигателя.

Евгений Машеров в сообщении #1429474 писал(а):

При равных значения максимального (в смысле амплитудного) напряжения постоянный ток теряет на омический нагрев Вселенной больше. В два раза больше.

Да. Скажем так: при равной мощности и равном эффективном токе омические потери на линиях ac и dc равны, но амплитудное напряжение dc линии ниже. При равных амплитудных напряжениях и равных мощностях омические потери и эффективный ток в dc линии ниже.

[sergey zhukov]

В фильме "Война токов" у Эдисона (который продвигал постоянный ток) было преимущество перед Вестингаузом (который стоял за переменный ток): постоянный ток мог вращать электродвигатели, а переменный - нет. Пока Тесла в этом фильме не предложил использовать многофазный переменный ток и не изобрел двухфазный асинхронный двигатель, эта проблема оставалась.

В чем была главная трудность? Если Вестингауз уже имел переменный ток (и, соответственно, генератор переменного тока), то что мешало ему использовать такой же второй генератор, как электродвигатель? Трудности с его запуском и регулировкой частоты вращения?

[realeugene]

sergey zhukov в сообщении #1428793 писал(а):

Почему нейтраль заземляется?

Когда заземляется, когда нет: https://en.wikipedia.org/wiki/Earthing_ ... IT_network У каждой применяемой системы заземления свои преимущества и недостатки.

UPD: Cорри, Евгений Машеров уже давно ответил точно так же.

[Евгений Машеров]

0. Это кино. Предпочитающее, как и вообще искусство, "правду жизни" "правде факта". Из него можно узнать, что вообще была такая проблема, кое-что узнать о личностях Эдисона, Теслы и многих других (с поправкой на владением материалом сценариста, восприятие режиссёра и игру актёров). Но технические подробности могут быть сколь угодно перевраны. Это не историческая, монография, даже не Википедия. Тут "вольность поэтическая" дозволена.
1. Основная проблема была не техническая, а юридическая, владение патентами на постоянный и переменный ток. А техническая составляющая была в том, что некоторые вещи легче делались на переменном, а другие на постоянном токе. В частности, это относилось к электродвигателям.
2. Собственно говоря, все электродвигатели, в некотором смысле, "переменного тока", направление тока в статоре и/или в роторе меняется. Только в питаемым постоянным током внутренняя синхронизация, при вращении коллектора, точно соответствуя скорости вращения, а в питаемых переменным током внешняя, соответственно частоте сети. При этом можно питать от сети переменного тока как ротор, так и статор, это "коллекторный двигатель переменного тока", работающий по тому же принципу, что и двигатель постоянного тока, поскольку при перемене полярности напряжения она одновременно меняется на питающем ротор коллекторе и статоре, так что момент вращения не меняет направления (в случае, если ротор или статор - постоянные магниты, можно питать лишь постоянным током, пример такого - игрушечные моторчики). Такие двигатели знакомы всем, поскольку используются в бытовой технике (мясорубках, пылесосах и т.п.), и лишь недавно начали вытесняться инверторными. Но мощные двигатели делать коллекторными переменного тока невыгодно - амплитудное значение выше действующего, так что дороже изоляция, сложнее коллектор, больше потери на искрообразование и т.п., так что в основном ограничиваются маломощными двигателями такого типа.
Важной характеристикой двигателя является зависимость момента силы от угловой скорости. В двигателях постоянного тока обмотка статора может быть подключена последовательно ротору, параллельно, независимо запитана, возможно смешанное подключение, в ней может быть предусмотрена регулировка. Известные на описанное в фильме время синхронные двигатели переменного тока имели принципиальный недостаток - они не могли развивать высокий момент на малых оборотах, то есть было затруднение с "страгиванием с места". Ставить коробку передач, переключая её по мере набора оборотов, как в ДВС - дорого. Другие решения и вовсе прихотливы - увы, не могу найти видео, в котором корпус синхронного двигателя, вращающего вал, приводящий станки, сам вращается на подшипниках, и при пуске ротор остаётся неподвижен, раскручивается корпус со статором, а после набора скорости рабочий медлеееееенно закручивает тормоз, останавливая вращение корпуса, так что вращаться начинают ротор с валом. Поэтому область применения синхронных двигателей достаточно узкая, там, где нужно точно выдерживать скорость, а нагрузка невысока (скажем, на них работали уличные часы, синхронизированные частотой сети). А в основном были двигатели постоянного тока. А вот когда изобрели асинхронный двигатель - в котором при неподвижном роторе скорость вращения относительно него магнитного поля максимальна, и максимален наводимый этим ток в "беличьей клетке" статора, а значит и момент силы - в большинстве случаев они вполне заменяли двигатели постоянного тока, несмотря на отсутствие возможности регулировать частоту и момент силы, сами они оказывались дешевле (нет обмоток ротора и нет коллектора), а механическая характеристика для многих применений лучше.