Mikä on symmetrinen ja epäsymmetrinen kuorma?

Normaalisti toimivassa kolmivaiheisessa verkossa johtojännitteet (jännitteet kunkin vaihejohdinparin välillä) ovat yhtä suuret ja eroavat vaiheessa 120 astetta. Vastaavasti vaihejännitteet (jännitteet kunkin vaihejohtimen ja nollajohtimen välillä) ovat yhtä suuria ja niillä on samanlaiset vaihe-erot.

Kuten edellä esitetystä seuraa, vaiheiden kulmat näiden jännitteiden välillä ovat yhtä suuret. Tätä kutsutaan "Symmetrinen kolmivaiheinen jännitejärjestelmä".

Jos kytket symmetrisen kuorman sellaiseen verkkoon, toisin sanoen kolmivaiheiseen kuormaan, jossa kunkin vaiheen virrat ovat suuruudeltaan ja vaiheelta yhtä suuret, niin tällainen kuorma luo symmetrisen virtausjärjestelmän (jolla on sama vaihekulma niiden välillä). Tämä on mahdollista edellyttäen, että kuorman kaikissa kolmessa vaiheessa on identtiset reaktiiviset ja aktiiviset vastukset, ts. Za = Zb = Zc.

Siksi vaihevirrat osoittautuvat samansuuruisiksi suuruudeltaan ja niiden välisessä vaihekulmassa näissä olosuhteissa. Esimerkkejä symmetrisistä kuormista: kolmivaiheinen induktiomoottori, kolme identtistä hehkulamppua - kukin omassa vaiheessaan, symmetrisesti ladattu kolmivaiheinen muuntaja jne.

Tarkastellaan vektorikaaviota symmetrisen kolmivaihekuorman virroista. Tässä on helppo nähdä, että kolmen vaihevirran vektorien geometrinen summa katoaa. Tämä tarkoittaa, että symmetrisellä kuormituksella nollajohtimen virta on nolla, eikä sitä käytännössä tarvita.

Jos kytket epäsymmetrisen kuorman tähän kolmivaiheverkkoon symmetrisen jännitejärjestelmän avulla, ts. Kuorman, jonka monimutkaiset kuormitusvastukset kussakin vaiheessa ovat erilaisia ​​(Za ≠ Zb ≠ Zc), niin kuorma luo järjestelmän virroille, jotka eroavat toisistaan ​​koosta ja suunnassa (verrattuna symmetrisen kuorman nykyiseen diagrammiin). Näiden vaihevirtojen arvot voidaan löytää Ohmin lain mukaan.

Ja sitten virtojen geometrinen summa ei katoa, mikä tarkoittaa, että vapaavirtajohtimessa tapahtuu vaihtovirta, joten nollajohdin on tässä tapauksessa välttämätön. Esimerkkejä epäsymmetrisistä kuormista: hehkulamput, joiden kapasiteetti on erilainen kolmessa vaiheessa, epäsymmetrisesti kuormitetut kolmivaihemuuntajat, kuormat, joilla on eri tehokertoimet kolmessa vaiheessa jne.

Neutraali johdin tässä tapauksessa varmistaa vaihejännitteen symmetrian säilymisen siitä huolimatta, että kuorma on epäsymmetrinen. Siksi nelikytkentäinen verkko mahdollistaa eri vaiheiden yksivaiheisten kuluttajien sisällyttämisen erilaisissa vaiheissa ja impedanssin luonteen. Kunkin kuormitetun vaiheen piiri on generaattorin vaihejännitteen alla riippumatta vaiheiden kuormituserosta.

Tässä on vektorikaavio epäsymmetrisestä kuormasta. Kaaviosta on helppo nähdä, että neutraalijohtimen läsnäolon takia siinä oleva virta edustaa kunkin vaiheen virtavektoreiden geometristä summaa, kun taas vaihejännitteissä ei ole vääristymiä, jotka olisivat varmasti syntyneet, jos ei olisi ollut asymmetrisen kuorman omaavaa nollajohtoa.

Jos jostain syystä neutraali johdin katkeaa epätasapainoisen kuorman syöttämisen aikana, kolmivaiheverkon jännitteet ja virrat vääristyvät voimakkaasti, mikä voi johtaa onnettomuuteen.

Vääristymä tapahtuu tässä tapauksessa, koska kolmivaiheisen lähteen toimittamat kolme kuormituspiiriä yhdessä lähteen sisäisen vastuksen kanssa muodostavat kolme eri impedanssipiiriä, jännitteen pudotukset jokaisessa ovat erilaiset ja kolmivaiheverkon jännitejärjestelmä lakkaa siten olemasta symmetristä.Katso lisää tästä:Sähköverkon nollajohtimen syyt ja seuraukset