Поняття та призначення нульового поводу

Якщо фазні обмотки генератора 3-х фазного змінного струму або споживачів такого струму з'єднані так, щоб кінці обмоток або їх початки були з'єднані в одну точку, а до вільних кінців були підключені лінійні проводи, то таке з'єднання називається з'єднанням "зіркою". Точки, в яких з'єднані кінці або початки фазних обмоток генератора або споживачів, називаються нульовими точками генератора і спожи­вача. Якщо ці точки з'єднати проводом, то він буде називатись нульовим, або нейтральним проводом.

Нульовий провід призначений для протікання зворотного струму від споживачів до генератора. Тому він являється зрівняльним проводом. За рахунок його потенціали нейтралі джерела струму і спожива­чів примусово зрівнюються.

Якщо навантаження в фазах споживача має однакові значення по величині і по характеру, то таке навантаження називається рівномірнім або симетрич­ним. Ця умова виражається залежністю:

Z_{1 =} Z₂ = Z₃.

Навантаження не буде рівномірним, якщо:

Z₁ = r₁ = 5 Ом, Z₂ = ωL₂ = 5 Ом, Z₃ = 1/ ωC₃ = 5 Ом.

В цьому випадку виконана лишеодна умова – рівність опорів фаз споживачів по величині, в той час характер опорів різний:

r₁ – активний опір;

Z₂ - індуктивний опір;

Z₃ - ємнісний опір.

Рівність опорів фаз /рівномірне навантаження/ при­водить до рівності фазних струмів І_А = U_A/Z_A; І_В = U_В/Z_В; І_С = U_С/Z_С;

тому щo U_A = U_В= U_С, а тому І_А = І_В = І_С.

Фазні коефіцієнти потужності в зв’язку з рівністю опорів фаз і однаковості їх характеру також будуть однакові

соs φ₁ = r_А/Z_А; соs φ₂ = r_В/Z_В; соs φ₃ = r_С/Z_С;

Тому при рівномірному навантаженні cyмa миттєвих значень струмів в трифазній системі дорівнює нулю. А значить і в нульовому проводі струм буде відсутнім, дорівнюватиме також нулю.

Ось чому, при рівномірному навантаженні фаз нульо­вий провід можна відімкнути і перейти від чотирипровідної системи до більш економної трипровідної системи. Така система може застосовуватись тільки для живлення трифазних електродвигунів змінного струму, трифазних електроплит та нагрівальних печей.

Якщо маємо нерівномірне навантаження фаз споживачів, тобто Z_А≠Z_В ≠Z_С, то відповідно і струми будуть мати різне значення, будуть нерівними. При симетричних фазних напругах генератора і несиметричних навантаженнях в фазах споживачів, в нульовому проводі завжди буде протікати електричний струм, величина якого буде залежати від величини опорів на фазах навантаження. Якщо нульовий провід обірвався або його відключили, то при цьому струми І_А, І_В, І_Сповинні змінитись так, щоб їх векторна сума стала дорівнювати нулю І_А+І_В+І_С = 0.

При заданих опорах навантаження Z_А, Z_В, Z_С струми можуть змінюватись тільки за рахунок зміни фазних напруг. Значить фазні напруги стануть неоднакові /несиметричні/. Це видно із наступної векторної діаграми:

Із діаграми видно, що при симетрії ЕРС фаз генератора і несиметрії навантаження фаз, нульова точка О₁ займає інше положення від точки симетрії О. При цьому фазні напруги різні, а це уже небезпечно, порушується нормальна робота споживачів, які розраховані на визначену величину напруги. Для ліквідації такого явища потрібно зрівняти потенціали точок О і О₁, для чого потрібно підключити нульовий провід.

Таким чином, нульовий провід у 4-х провідній трифазній системі потрібний для забезпечення симетрії фазних напруг при асиметрії фазних навантажень.

Тому в нульовий провід ніколи не встановлюють вимикачів, запобіжників.