KWALIFIKACJA ELE2 - STYCZEŃ 2013

PYTANIE NR 42.
Trójfazowy, trójprzewodowy symetryczny odbiornik energii elektrycznej połączony w gwiazdę zasilany jest z sieci napięcia przemiennego 3 x 400 V. W jednej z faz odbiornika wystąpiło zwarcie. Jaka będzie wartość napięcia na nieuszkodzonych fazach odbiornika?
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
W układzie trójprzewodowym (bez przewodu neutralnego) punkt gwiazdowy odbiornika jest "pływający".
Gdy jedna gałąź fazowa ulegnie zwarciu, punkt gwiazdowy przesuwa się do potencjału tej fazy, więc na pozostałych, nieuszkodzonych gałęziach pojawia się napięcie równe napięciu międzyfazowemu, czyli 400 V.

Pełne wyjaśnienie:

W sieci oznaczonej jako 3×400 V wartość 400 V dotyczy napięcia międzyfazowego (między przewodami fazowymi). Dla odbiornika połączonego w gwiazdę, przy pracy symetrycznej, napięcie na każdej gałęzi (napięcie "fazowe" gałęzi) ma wartość około 400/√3 ≈ 230 V.

Kluczowe w zadaniu jest jednak określenie "trójprzewodowy", czyli brak przewodu neutralnego. To oznacza, że punkt gwiazdowy odbiornika nie jest połączony z punktem neutralnym źródła i ma potencjał zależny od warunków obciążenia (tzw. punkt neutralny "pływający").

Jeżeli w jednej z faz odbiornika wystąpi zwarcie (impedancja tej gałęzi dąży do zera), punkt gwiazdowy odbiornika zostaje "ściągnięty" do potencjału zwartej fazy. Wtedy napięcia na pozostałych, nieuszkodzonych gałęziach są mierzone względem przesuniętego punktu gwiazdowego i stają się równe napięciom międzyfazowym:

  • napięcie na jednej zdrowej gałęzi odpowiada różnicy potencjałów między jej przewodem fazowym a przewodem fazowym zwarcia,
  • analogicznie dla drugiej zdrowej gałęzi.

W konsekwencji na nieuszkodzonych fazach odbiornika pojawia się 400 V.

Dlaczego pozostałe odpowiedzi są błędne? Wartość 230 V pasuje do sytuacji, gdy istnieje przewód neutralny (układ czteroprzewodowy) i punkt neutralny jest "usztywniony" – wtedy napięcia fazowe względem neutralnego pozostają około 230 V nawet przy typowych uszkodzeniach. Wartości 300 V i 200 V nie wynikają z typowych zależności napięć w standardowym układzie 3×400 V dla tego rodzaju zwarcia w gwieździe bez przewodu neutralnego.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
"Trójprzewodowy" oznacza, że do odbiornika doprowadzone są tylko trzy przewody fazowe, bez przewodu neutralnego. Punkt gwiazdowy odbiornika w połączeniu Y nie jest wtedy połączony z neutralnym źródła, więc jego potencjał może się zmieniać (tzw. punkt neutralny pływający).
400 V to napięcie międzyfazowe (liniowe). W połączeniu gwiazdy, przy pracy symetrycznej, napięcie na jednej gałęzi jest mniejsze i wynosi około 400/√3 ≈ 230 V. To napięcie "fazowe" gałęzi odbiornika, a nie napięcie między dwoma fazami.
W gwieździe zasilanej trójprzewodowo (bez przewodu neutralnego) zwarcie jednej gałęzi powoduje przesunięcie punktu gwiazdowego do potencjału zwartej fazy. Wtedy na pozostałych, nieuszkodzonych gałęziach pojawia się napięcie równe napięciu międzyfazowemu, czyli typowo 400 V.
230 V kojarzy się z napięciem fazowym w instalacjach z przewodem neutralnym (układ czteroprzewodowy). Taka wartość byłaby typowa, gdy punkt neutralny jest połączony z N i "trzyma" stały potencjał. W zadaniu jest jednak układ trójprzewodowy, więc ten skrót myślowy prowadzi do błędu.
To zjawisko zmiany potencjału punktu gwiazdowego odbiornika, gdy nie jest on połączony z przewodem neutralnym i obciążenie przestaje być symetryczne (np. wskutek uszkodzenia). Wtedy napięcia na gałęziach nie wynikają już z prostego podziału 400/√3, tylko zależą od nowego położenia punktu gwiazdowego.
Napięcie międzyfazowe jest podawane jako 400 V i dotyczy pomiaru między dwoma przewodami fazowymi. Napięcie fazowe (w gwieździe) dotyczy pojedynczej gałęzi względem punktu neutralnego i wynosi około 230 V przy symetrii. Zwracaj uwagę, czy w treści jest mowa o przewodzie neutralnym.
Nie zawsze. Taki efekt jest charakterystyczny dla połączenia w gwiazdę w układzie bez przewodu neutralnego, gdy punkt gwiazdowy może się przesuwać. W układzie z przewodem neutralnym napięcia na zdrowych fazach względem N zwykle pozostają bliskie wartości fazowej (~230 V), bo punkt neutralny jest "usztywniony".
To może oznaczać przeciążenie izolacji i uszkodzenie elementów zaprojektowanych na napięcie fazowe (ok. 230 V), np. grzałek, cewek czy elektroniki zasilanej z danej gałęzi. Dlatego w projektowaniu i eksploatacji ważne jest rozpoznanie, czy odbiornik ma dostępny przewód neutralny i jakie zabezpieczenia zastosowano.
Typowo stosuje się zabezpieczenia nadprądowe (wyłączniki, bezpieczniki) oraz odpowiednio dobrane zabezpieczenia zwarciowe, które szybko odłączają uszkodzony obwód. Dodatkowo pomaga poprawny dobór przekrojów przewodów, właściwe połączenia i diagnostyka stanu izolacji. Dobór zależy od charakteru odbiornika i sieci.
Najpierw naucz się rozpoznawać: czy jest przewód neutralny, czy układ jest 3- czy 4-przewodowy oraz czy odbiornik jest w gwieździe czy w trójkącie. Potem ćwicz typowe scenariusze awaryjne (zwarcie gałęzi, przerwa fazy) i zawsze zapisuj, czy analizujesz napięcie fazowe czy międzyfazowe.
info

To pytanie poprawnie rozwiązuje 57% zdających egzamin. średnie

Źródła:

  • Wikipedia: "Three-phase electric power" (sekcje o napięciu liniowym i fazowym) https://en.wikipedia.org/wiki/Three-phase_electric_power - dostęp 2026-03-05
  • Wikipedia: "Wye (electric power)" (połączenie gwiazdy, relacje napięć) https://en.wikipedia.org/wiki/Wye_(electric_power) - dostęp 2026-03-05
  • Electrical4U: "Star Connection (Y-Connection) in Three Phase System" (relacje napięć w Y) https://www.electrical4u.com/star-connection/ - dostęp 2026-03-05

Materiały:

  • Podręczniki i skrypty z elektrotechniki dotyczące obwodów trójfazowych i połączeń Y/Δ
  • Notatki/ćwiczenia z analizy stanów niesymetrycznych w układach trójfazowych
  • Zadania rachunkowe i jakościowe z przesunięcia punktu neutralnego w gwieździe bez przewodu N

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego