Какво е симетричен и асиметричен товар?

В нормално функционираща трифазна мрежа линейните напрежения (напрежения между всяка двойка фазови проводници) са равни по величина и се различават по фаза със 120 градуса. Съответно, фазовите напрежения (напрежения между всеки фазов проводник и неутрален проводник) са равни по величина и имат сходни фазови разлики.

Както следва от горното, фазовите ъгли между тези напрежения са равни един на друг. Това се нарича „Симетрична трифазна система за напрежение“.

Ако свържете симетричен товар към такава мрежа, тоест трифазен товар, при който токовете на всяка фаза са равни по величина и фаза, тогава такъв товар ще създаде симетрична система от токове (със същия фазов ъгъл между тях). Това е възможно при условие, че и в трите фази на товара има еднакви реактивни и активни съпротивления, тоест Za = Zb = Zc.

Следователно фазовите токове се оказват равни по величина и във фазовия ъгъл между тях при тези условия. Примери за симетрични натоварвания: трифазен индукционен двигател, три еднакви лампи с нажежаема жичка - всяка в своя фаза, симетрично натоварен трифазен трансформатор и т.н.

Помислете за векторна диаграма на токовете на симетричен трифазен товар. Тук е лесно да се види, че геометричната сума на векторите на трите фазови тока изчезва. Това означава, че при симетричен товар токът на неутралния проводник ще бъде нулев и практически няма нужда да го използвате.

Ако свържете асиметричен товар към тази трифазна мрежа със симетрична система от напрежение, тоест товар, при който сложните съпротивления на натоварване във всяка фаза са различни (Za ≠ Zb ≠ Zc), тогава натоварването ще създаде система от токове, които ще се различават по размер и в посока (в сравнение с текущата диаграма, характерна за симетричен товар). Стойностите на тези фазови токове могат да бъдат намерени според закона на Ом.

И тогава геометричната сума на токовете не изчезва, което означава, че в неутралния проводник ще се извърши променлив ток, така че в този случай е необходим неутрален проводник. Примери за асиметрични натоварвания: лампи с нажежаема жичка с различен капацитет в три фази, асиметрично натоварен трифазен трансформатор, товари с различни коефициенти на мощност в три фази и др.

Неутралният проводник в този случай ще гарантира запазването на симетрията на фазовото напрежение, въпреки факта, че натоварването е асиметрично. Ето защо четирипроводната мрежа позволява включването на еднофазни консуматори с различен капацитет и естеството на импеданса в различни фази. Веригата на всяка заредена фаза ще бъде под фазовото напрежение на генератора, независимо от разликата в натоварванията между фазите.

Ето векторна диаграма на асиметричен товар. Лесно е да се види на диаграмата, че поради наличието на неутрален проводник, токът в него представлява геометричната сума на текущите вектори на всяка фаза, докато фазовите напрежения не изпитват изкривяване, което със сигурност би възникнало, ако не е имало неутрален проводник с асиметричен товар.

Ако по някаква причина неутралният проводник се счупи по време на подаването на небалансиран товар, тогава ще има рязко изкривяване на напреженията и токовете на трифазната мрежа, което може да доведе до авария.

Изкривяването ще се случи в този случай, защото трите вериги на натоварване, доставени от трифазния източник, заедно с вътрешното съпротивление на източника образуват три вериги с различен импеданс, падането на напрежението при всеки от тях ще бъде различно и системата за напрежение на трифазната мрежа ще престане да бъде симетрична.Вижте повече за това тук:Причини и последици от нулево скъсване на проводника в електрическата мрежа