О "чудесах" с напряжением при обрыве нуля

filvik высказал на форуме (в частности, теме ) мнение, что при "отгорании нуля" в квартирах из-за реактивного характера нагрузок (т.е. наличия некоторых индуктивных и емкостных составляющих) "пропадут переходы переменного напряжения 50Гц через нулевое значение".
А также...

filvik написал :
Возьмите соединение нагрузки звездой прицепите три генератора 50герц 200вольт сдвинутые по фазе на 120градусов и тупо просуммируйте синусоиды и получите огибающую 150герц напряжения небольшой амплитуды это если нагрузки равны.

Действительно красиво, вот только напряжение в точке обрыва не будет 120-320V (не так примитивно, трех-фазка с несимметричными реактивными нагрузками),
ЗАС с его отключением вряд-ли отключится.

На форуме ixbt filvik даже привел схему-пример и диаграмму напряжения (результат моделирования программой MicroCAP) на общей точке трех нагрузок ("обрывке" нулевого провода): (рисунки во вложении), где видно, что из-за некоего искажения сигнала синусоида 50Гц действительно дважды не пересекла ось ОХ.

А теперь разберем, что же зафиксировано на осциллограмме filvika.
Чтобы было наглядней, приведу продолжение осциллограммы (см. вложения). Видно, что сигнал представляет собой сумму двух простых сигналов: синусоиды 50Гц и низкочастотных затухающих колебаний с частотой ок. 7Гц (в 500мс графика у filvika уложилось 3,5 периода колебаний), последние - это ни что иное, как периодический переходной процесс из-за внезапной подачи напряжения на RLC-цепь (колебательный контур) (в момент начала анализа МикроКАПом) - это есть ни что иное, как ударное возбуждение колебательного контура, образованного дросселями и конденсатором.

Собственная частота контура: w=1/(sqrt(L*C)) => f=1/(2*pi*sqrt(L*C))
В схеме Филвика:
L=0.5Гн (два дросселя по 1 Гн параллельно, источники ЭДС имеют нулевое дифф. сопротивление/нулевое сопротивление по переменному току)
С=1мФ=1000мкФ=1е-3Ф
Подставляем, получаем 7,12 Гц.
Результат моделирования в МикроКАП соотв. теории.

Из-за того, что параллельные сопротивления потерь в схеме Филвика весьма велики, а последовательные - малы (т.е., добротность контура достаточно велика), затухающие колебания заметной амплитуды длятся до 5 секунд, и только потом они становятся неразличимы на фоне синусоиды 50Гц.

Как видно, даже тогда, когда нагрузки по разным фазам носят преимущественно реактивный характер, итоговое напряжение на "обрывке" нулевого провода представляет собой чистую синусоиду 50 Гц (за исключением переходного процесса).

В схеме filvika стоят весьма значительные реактивные нагрузки (1000 мкФ - это 3,2 Ома => 68А => 15 кВАР, однако) и ничтожно малые активные (4,8 Вт на двух фазах и 48 Вт на третьей), т.е. cos(fi) нагрузок почти равен нулю, что среди нормальных бытовых нагрузок практически не встречается.

Я "повесил" на три фазы активные нагрузки 4,8; 3,2 и 2,4 кВт соответственно (для подъезда это совсем немного, правда?), сохранив немалые реактивные нагрузки, как у filvik и сымитировал не только обрыв нуля, но и вкл/выкл доп. нагрузки на одной из фаз как при целом нуле, так и при его обрыве:

В результате получил такую картину напряжения на нулевом проводе.

Как видим, при наличии в сети даже небольшой активной нагрузки переходные процессы при обрыве нуля или переключениях нагрузки длятся менее одного периода сетевого напряжения и не вызывают никакого "пропадания перехода переменного напряжения через нулевое значение", а после короткого переходного процесса следует установившийся режим - синусоида 50Гц на обрывке нулевого провода.

Кроме напряжения на нулевом проводе, я смоделировал также напряжение на элементах L2 и R6, (что соотв. напряжению на входе в квартиру, подключенную к этой фазе), см. вложения.

Видно, что в момент подачи питания на схему имеет место быть апериодический переходной процесс из-за внезапной подачи питания на цепь, содержащую индуктивности. А в моменты "обрыва нуля" и включения/выключения нагрузки на этой фазе – по сути просто происходит просто скачкообразное изменение амплитуды переменного напряжения на нагрузке (в квартире), без каких-либо "катаклизмов" вроде "пропадания перехода переменного напряжения через нулевое значение". Напряжение на нагрузке (в квартире) после короткого переходного процесса представляет собой синусоиду 50Гц, что для любого РН есть нормальный рабочий режим. Никаких двух-трех фаз нет и в помине. Картина для двух других фаз аналогична.

Вывод: теоретически ситуация, когда из-за низкочастотного переходного процесса переменное (50Гц) напряжение на нагрузке (нулевом проводе) может перестать переходить через нулевое значение в течение нескольких периодов, как показано на графике от filvik'а - возможна, filvik достиг этого включив в схему дроссели и конденсаторы с сопротивлением в сотни раз меньше, чем у резисторов, и cos(fi) нагрузок в его схеме практически равен нулю. В реальности такая ситуация практически исключена, поскольку для этого нужно выключить в подъезде все активные нагрузки и вместо них навключать кучу дросселей и конденсаторов. Cos(fi) реальных бытовых нагрузок почти никогда не бывает меньше 0,3, а у таких потребителей, как лампы накаливания, утюги, электрочайники, электроплиты, обогреватели, водонагреватели и т.п. он равен 1.

Респект! И три раза "КУ"!

В споре рождается истина, как-то так...

P.S. До чего же коротким всё-таки может быть аргументированное обсуждение

Kamikaze написал :
В реальности такая ситуация практически исключена, поскольку для этого нужно выключить в подъезде все активные нагрузки и вместо них навключать кучу дросселей и конденсаторов. Cos(fi) реальных бытовых нагрузок почти никогда не бывает меньше 0,3, а у таких потребителей, как лампы накаливания, утюги, электрочайники, электроплиты, обогреватели, водонагреватели и т.п. он равен 1

Достаточно - жаркой летней ночью,полностью запретить использование ламп накаливания...
Kamikaze Вы с оппонентом, filvik раскрыли: Всероссийский энергетический заговор- "потерянный ноль" !
Каковы предполагаемые последствия, такого катаклизма -?

ПPOPAБ написал :
Достаточно - жаркой летней ночью,полностью запретить использование ламп накаливания...

И что?

2Kamikaze Полное отсутствие активной нагрузки.. Разве, только- ТЭН-ы стиральных машин могут быть активной нагрузкой, в такой ситуации.
Возможно Вы не слышали о президентском курсе- на полный отказ от ламп накаливания в РФ.

Преамбула.
Выпрямитель, работающий на емкость - это абсолютно не то же самое, что конденсатор, включенный в сеть переменного тока.
Про конденсатор все знают: при синусоидальном напряжении ток через него - тоже синусоида, сдвиг тока и напряжения составляет 90[sup]o[/sup], cos(fi)=КМ=0, в одну часть периода он запасает энергию, в другую - отдает, и в среднем за период он энергию не потребляет и т.д.
А теперь посмотрите на выпрямитель с емкостью. Про него Вы ведь тоже все знаете: ток потребляется короткими импульсами вблизи максимумов синусоиды напряжения (в моменты, когда входное напряжение больше напряжения, до которого заряжен конденсатор), т.е. сдвиг фаз между током и напряжением почти отсутствует, cos(fi) около 0,9 и даже выше (но при этом коэффициент мощности около 0,5 и даже меньше), энергию запасает, но обратно - не отдает (диодный мост в обратном смещении не дает) и т.д.

Так что КЛЛ - это хоть и нелинейная, но - активная нагрузка, а никак не конденсатор.
Обилие таких нагрузок - "уплощает" верхушки синусоиды (за счет потребления тока вблизи верхушек). Сейчас оформлю.

Я тут днем еще помоделировал
Схема:

мощность нагрузок, питающихся через выпрямитель с емкостью, превышает мощность обычных нагрузок.

При обрыве нуля на нулевом проводе - черт-те-что. Обилие гармоник:

Но не смотря на это - напряжения на нагрузках выглядят достаточно прилично:

Даже при целом нуле нелинейные нагрузки (выпрямитель, работающий на емкость) создают в нулевом проводе (ненулевого сопротивления) кучу гармоник:

А вот вариант только с нагрузками, питающимися через выпрямитель с емкостью (а-ля КЛЛ, компьютер, телевизор и проч. техника с импульсными БП).
На осциллограмме - изменение формы напряжения на входах нагрузок в момент обрыва нуля.

Даже, заменив все освещение на ЛЛ (не КЛЛ) и добавив ДРЛ (уличное освещение), включив все имеющиеся ИБП...
Использовав неблагоприятные режимы ВКЛ/ВЫКЛ...
В системе физически отсутствуют емкости для создания - filvik эффекта .

Kamikaze написал :
(1000 мкФ - это 3,2 Ома => 68А => 15 кВАР, однако) и ничтожно малые активные (4,8 Вт на двух фазах и 48 Вт на третьей)

• Это конденсаторная установка, весом около двух тонн, в каждой квартире..

  2Kamikaze

Помимо отсутствия таких огромных емкостных реактивностей в реальной сети, нужно сказать пару слов об индуктивностях.
"Железные" трансформаторы, первичная обмотка которых играет роль индуктивности для сети 220В, имеют магнитопровод, работающий вблизи порога насыщения. При относительно небольшом превышении номинального напряжения на первичной обмотке магнитопровод насыщается, индуктивность резко падает и ток стремительно возрастает. Кроме того, при включении индуктивной нагрузки в сеть индукция в сердечнике из-за переходных процесса может до двух раз превысить рабочую, что вызывает бросок пускового тока. Это, как мне кажется, тоже внесет большой вклад в дело ограничения амплитуды и длительности переходных процессов при обрыве нуля, окончательно исключая возможность катаклизмов типа "пропадания перехода переменного напряжения через нулевое значение" в реальной сети.

К сожалению, я не знаю, как смоделировать в МикроКАПе реальную насыщающуюся индуктивность, может кто подскажет?

Kamikaze написал :
имеют магнитопровод, работающий вблизи порога насыщения.

Не обязательно. Есть тр-ры с пониженной индукцией...

AlexMax Бывают... Но обычно запас по индукции мизерный или даже транс частично загнан в насыщение, как, например, у микроволновок или у половины китайских поделок, где трансы греются как заразы даже на ХХ.

Kamikaze Спасибо, очень познавательно, и дает пищу для размышлений.

Kamikaze написал :
или даже транс частично загнан в насыщение

Да, тут, кстати, очень многое зависит от железа.

2Kamikaze респект за продлеланную работу!

Kamikaze написал :
напряжение на "обрывке" нулевого провода представляет собой чистую синусоиду 50 Гц

И что верят что это правда?
что покажет частотомер паралельно нагрузке, если нагрузку комутировать с частотой 500 Гц

причем тут 500 герц, вы очем? Мы здесь рассматриваем трехфазную систему с нессиметричной нагрузкой и обрыве нуля. Сеть 380/220 50 герц

Kamikaze написал :
Это, как мне кажется, тоже внесет большой вклад в дело ограничения амплитуды и длительности переходных процессов при обрыве нуля, окончательно исключая возможность катаклизмов типа "пропадания перехода переменного напряжения через нулевое значение" в реальной сети.

Не согласен. Массовое применение трансформаторов с "поднасыщением" формирует пики потребления по току на гребне синусоиды. Блоки же питания с выпрямителем на входе тоже потребляют ток импульсами, и тоже на пике. Т.е. одно вовсе не компенсирует другое, а усугубляет.
Я считаю, нас действительно спасает довлеющее потребление приборами накаливания. По мере роста энергосбережения во всех сферах - проблемы будут усугубляться. Тот же сварочник инверторный - оооочень нелинейная и весьма мощная нагрузка.
Так что не все радужно. А китайцы - они тупо экономят электротехническую сталь на сердечники.

Никакого пропадания перехода через нулевое значение при обрыве нуля. Берем две любые фазы из трех без нейтрали, видно на диаграмме что значения двух синусоид пересекаются два раза в период, пересекаются они в точке где их истинные относительные значения равны между собой, стало быть тождественны нулю относительно друг друга.

Anat78 написал :
причем тут 500 герц, вы очем?

Я просил ответить на вопрос - Так какая частота будет на частотомере при комутировании нагрузки в сети 50гц с частотой 500гц.
Ответить ни кто не может, странно как-то, вопрос простой и на прямую связан с данной темой..

Anat78 написал :
Мы здесь рассматриваем трехфазную систему с нессиметричной нагрузкой и обрыве нуля. Сеть 380/220 50 герц

Давайте возмем 15 стиральных машин с механическим командоапаратом и включим их по пять штук на фазу, ноль оборвем - и включим 5 машин на одной фазе быстро по очереди.
Вопрос: какую частоту и напряжение покажет частотомер и вольтметр на этих 5 стиральных машинах?

playbackmen написал :
Так какая частота будет на частотомере при комутировании нагрузки в сети 50гц с частотой 500гц.

Основная частота будет 50 герц, дальше идут гармоники вплодь до тысяч герц. Коммутирование с частотой 500 гц полное или частичное?

playbackmen написал :
какую частоту и напряжение покажет частотомер и вольтметр на этих 5 стиральных машинах?

0 вольт
так как ноль то вы оборвали . Здесь рассматриваются не идеальные условия при которых возможен обрыв нуля как выше так и ниже этажом, а также неравномерная нагрузка фаз

Anat78 написал :
Коммутирование с частотой 500 гц полное или частичное?

комутация герконом к чему относится к полной или частичной, я не понимаю вашего вопроса.

Anat78 написал :
0 вольт

спасибо, я думал у меня бзик.
другие утверждают:
BumbaUmba
Синусоидальное напряжение частотой 50 Гц.

Kamikaze
Точнее, искаженная синусоида 50Гц (50Гц с "набором" гармоник)

Vladimir_Vas написал :
Не согласен. Массовое применение трансформаторов с "поднасыщением" формирует пики потребления по току на гребне синусоиды. Блоки же питания с выпрямителем на входе тоже потребляют ток импульсами, и тоже на пике. Т.е. одно вовсе не компенсирует другое, а усугубляет.

О компенсации и речи не было. Насыщение магнитопровода "на пике" -> резкое снижение индуктивности -> бросок тока -> нагрев обмотки (активная мощность) -> стремительное затухание колебаний в LC-контуре с такой L.