Для чего в трехфазной цепи соединенной по схеме звезда используется нейтральный провод

Обновлено: 29.04.2024

Для чего в трехфазной цепи соединенной по схеме звезда используется нейтральный провод

Трехфазные цепи являются разновидностью цепей синусоидального тока, и, следовательно, все рассмотренные ранее методы расчета и анализа в символической форме в полной мере распространяются на них. Анализ трехфазных систем удобно осуществлять с использованием векторных диаграмм, позволяющих достаточно просто определять фазовые сдвиги между переменными. Однако определенная специфика многофазных цепей вносит характерные особенности в их расчет, что, в первую очередь, касается анализа их работы в симметричных режимах.

Расчет симметричных режимов работы трехфазных систем

Многофазный приемник и вообще многофазная цепь называются симметричными, если в них комплексные сопротивления соответствующих фаз одинаковы, т.е. если . В противном случае они являются несимметричными. Равенство модулей указанных сопротивлений не является достаточным условием симметрии цепи. Так, например трехфазный приемник на рис. 1,а является симметричным, а на рис. 1,б – нет даже при условии: .

Если к симметричной трехфазной цепи приложена симметричная трехфазная система напряжений генератора, то в ней будет иметь место симметричная система токов. Такой режим работы трехфазной цепи называется симметричным. В этом режиме токи и напряжения соответствующих фаз равны по модулю и сдвинуты по фазе друг по отношению к другу на угол . Вследствие указанного расчет таких цепей проводится для одной – базовой – фазы, в качестве которой обычно принимают фазу А. При этом соответствующие величины в других фазах получают формальным добавлением к аргументу переменной фазы А фазового сдвига при сохранении неизменным ее модуля.

Так для симметричного режима работы цепи на рис. 2,а при известных линейном напряжении и сопротивлениях фаз можно записать

где определяется характером нагрузки .

Тогда на основании вышесказанного

Комплексы линейных токов можно найти с использованием векторной диаграммы на рис. 2,б, из которой вытекает:

При анализе сложных схем, работающих в симметричном режиме, расчет осуществляется с помощью двух основных приемов:

Все треугольники заменяются эквивалентными звездами. Поскольку треугольники симметричны, то в соответствии с формулами преобразования «треугольник-звезда» .

Так как все исходные и вновь полученные звезды нагрузки симметричны, то потенциалы их нейтральных точек одинаковы. Следовательно, без изменения режима работы цепи их можно (мысленно) соединить нейтральным проводом. После этого из схемы выделяется базовая фаза (обычно фаза А), для которой и осуществляется расчет, по результатам которого определяются соответствующие величины в других фазах.

Пусть, например, при заданном фазном напряжении необходимо определить линейные токи и в схеме на рис. 3, все сопротивления в которой известны.

В соответствии с указанной методикой выделим расчетную фазу А, которая представлена на рис. 4. Здесь , .

Тогда для тока можно записать

Расчет несимметричных режимов работы трехфазных систем

Если хотя бы одно из условий симметрии не выполняется, в трехфазной цепи имеет место несимметричный режим работы. Такие режимы при наличии в цепи только статической нагрузки и пренебрежении падением напряжения в генераторе рассчитываются для всей цепи в целом любым из рассмотренных ранее методов расчета. При этом фазные напряжения генератора заменяются соответствующими источниками ЭДС. Можно отметить, что, поскольку в многофазных цепях, помимо токов, обычно представляют интерес также потенциалы узлов, чаще других для расчета сложных схем применяется метод узловых потенциалов. Для анализа несимметричных режимов работы трехфазных цепей с электрическими машинами в основном применяется метод симметричных составляющих, который будет рассмотрен далее.

При заданных линейных напряжениях наиболее просто рассчитываются трехфазные цепи при соединении в треугольник. Пусть в схеме на рис. 2,а . Тогда при известных комплексах линейных напряжений в соответствии с законом Ома

По найденным фазным токам приемника на основании первого закона Кирхгофа определяются линейные токи:

Обычно на практике известны не комплексы линейных напряжений, а их модули. В этом случае необходимо предварительное определение начальных фаз этих напряжений, что можно осуществить, например, графически. Для этого, приняв , по заданным модулям напряжений, строим треугольник (см. рис.5), из которого (путем замера) определяем значения углов a и b .

Искомые углы a и b могут быть также найдены аналитически на основании теоремы косинусов:

При соединении фаз генератора и нагрузки в звезду и наличии нейтрального провода с нулевым сопротивлением фазные напряжения нагрузки равны соответствующим напряжениям на фазах источника. В этом случае фазные токи легко определяются по закону Ома, т.е. путем деления известных напряжений на фазах потребителя на соответствующие сопротивления. Однако, если сопротивление нейтрального провода велико или он отсутствует, требуется более сложный расчет.

Рассмотрим трехфазную цепь на рис. 6,а. При симметричном питании и несимметричной нагрузке ей в общем случае будет соответствовать векторная диаграмма напряжений (см. рис. 6,б), на которой нейтральные точки источника и приемника занимают разные положения, т.е. .

Разность потенциалов нейтральных точек генератора и нагрузки называется напряжением смещения нейтральной точки (обычно принимается, что ) или просто напряжением смещения нейтрали. Чем оно больше, тем сильнее несимметрия фазных напряжений на нагрузке, что наглядно иллюстрирует векторная диаграмма на рис. 6,б.

Для расчета токов в цепи на рис. 6,а необходимо знать напряжение смещения нейтрали. Если оно известно, то напряжения на фазах нагрузки равны:

Тогда для искомых токов можно записать:

Соотношение для напряжения смещения нейтрали, записанное на основании метода узловых потенциалов, имеет вид

При наличии нейтрального провода с нулевым сопротивлением , и из (1) . В случае отсутствия нейтрального провода . При симметричной нагрузке с учетом того, что , из (1) вытекает .

В качестве примера анализа несимметричного режима работы цепи с использованием соотношения (1) определим, какая из ламп в схеме на рис. 7 с прямым чередованием фаз источника будет гореть ярче, если .

Запишем выражения комплексных сопротивлений фаз нагрузки:

Тогда для напряжения смещения нейтрали будем иметь

Напряжения на фазах нагрузки (здесь и далее индекс N у фазных напряжений источника опускается)

Таким образом, наиболее ярко будет гореть лампочка в фазе С.

В заключение отметим, что если при соединении в звезду задаются линейные напряжения (что обычно имеет место на практике), то с учетом того, что сумма последних равна нулю, их можно однозначно задать с помощью двух источников ЭДС, например, и . Тогда, поскольку при этом , соотношение (1) трансформируется в формулу

Основы теории цепей: Учеб. для вузов /Г.В.Зевеке, П.А.Ионкин, А.В.Нетушил, С.В.Страхов. –5-е изд., перераб. –М.: Энергоатомиздат, 1989. -528с.
Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи. Учеб. для студентов электротехнических, энергетических и приборостроительных специальностей вузов. –7-е изд., перераб. и доп. –М.: Высш. шк., 1978. –528с.

Контрольные вопросы и задачи

Какой многофазный приемник является симметричным?
Какой режим работы трехфазной цепи называется симметричным?
В чем заключается специфика расчета симметричных режимов работы трехфазных цепей?
С помощью каких приемов трехфазная симметричная схема сводится к расчетной однофазной?
Что такое напряжение смещения нейтрали, как оно определяется?
Как можно определить комплексы линейных напряжений, если заданы их модули?
Что обеспечивает нейтральный провод с нулевым сопротивлением?
В цепи на рис. 6,а ; ; ; . Линейное напряжение равно 380 В.

каково назначение нейтрального провода?

При неравномерной нагрузке на фазах возникает явление смещения нейтрали, т. е. в нулевой точке потенциал становится отличным от нуля. Поэтому напряжение на фазах так же будет отличаться от нормального, чем больше неравномерность нагрузки, тем больше отличие фазных напряжений. Ток в нулевом проводе это уравнивает.

Остальные ответы

Замыкает силовую сеть!

Нейтральный (нулевой рабочий) провод — провод, соединяющий между собой нейтрали электроустановок в трёхфазных электрических сетях.

что значит "нейтральный провод". может быть речь о проводе на заземление?

Нейтральный провод, на самом деле, в ряде случаев, не является нейтральным. При несимметричной нагрузке фаз, через нейтральный провод протекают вполне реальные токи.

Назначение нулевого провода

Нулевой провод в общем случае — это провод, по которому происходит возвращение остаточного тока по замкнутому контуру.

Не смотря на название, нулевой провод может обладать потенциалом в некоторые моменты времени. На схемах нулевой провод обычно обозначают буквой $N$.

Роль нулевого провода

Зачем же нужен нулевой провод в трехфазной цепи? Назначение нулевого провода в трехфазных цепях следующее: нулевой провод используется для выравнивания фазных напряжений.

Определение 2

Фазное напряжение — это напряжение между нулём и фазным проводом.

Если нагрузка на каждом из фазных проводов одинаковая (то есть одинаковая потребляемая мощность у каждого из потребителей фазного тока от фазных проводов 1-3) — то система будет оставаться рабочей даже в случае обрыва нулевого провода, так как в каждый момент времени разница потенциалов между нулевым и любым из фазных проводов будет одинаковой.

Роль нулевого провода при неравномерной нагрузке

Если нагрузка на каждой фазе будет разной — то необходимо обязательно подключать нулевой провод.

В случае его обрыва или внезапного повышения сопротивления на нём, напряжение распределится согласно потребляемым мощностям на каждую из нагрузок трёхфазной цепи и, соответственно, чем меньше потребляемая мощность — тем большее фазное напряжение получит потребитель тока.

Это неприемлемо для многих электроприборов и может вызвать их неисправность и даже пожар, именно для избегания таких неприятностей к каждой розетке подведён нулевой провод.

Роль нулевого провода при соединении звездой

Определение 3

Звезда — это особый способ соединения концов обмоток генератора, при котором все они соединяются в одну точку, называемую нейтралью.

При этом провода на выходе у потребителя также соединяются в аналогичную точку, а провод, соединяющий две нейтрали, называется нулевым. Провода же, соединяющие начало фазы у потребителя и генератора называются линейными.

Готовые работы на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту Узнать стоимость

В случае подключения трёхфазного двигателя нагрузка для всех трёх фазовых проводов будет одинаковая, соответственно, возвращение остаточного тока на генератор возможно по одному из фазовых проводов, на котором фазовое напряжение в данный момент времени равно нулю.

Если же нагрузки на стороне потребителя неодинаковые, остаточный ток после каждой нагрузки будет выходить разным и, соответственно, фазовое напряжение тоже будет разное.

Если говорить упрощённо, в каждый момент времени оно будет равно напряжению между проводом, который в данный момент времени не является несущим фазовый ток, и фазовым проводом — то есть оно будет разным.

Использование же нулевого провода в таком случае поможет предотвратить эти перепады и таким образом исключить возникновение неисправностей в сети.

Рисунок 1. Роль нулевого провода в трехфазной цепи при соединении звездой

На рисунке представлена схема подключения трёхфазной цепи при подключении звездой.

Ток по нейтральному проводу, соединяющему между собой две нейтрали, будет течь только при включении (или выключении) всей системы и старте работы первой из обмоток генератора.

В остальное время он будет возвращаться на генератор по фазовым проводам по очереди.

Фазовое напряжение на рисунке обозначено с помощью букв $U_A$, $U_C, U_B$, ЭДС на обмотках генератора — $E_C, E_A$ и $E_B$, а ток, текущий по фазовым проводам — буквами $I_C, I_A$ и $I_B$.

Сам генератор обозначен буквой $G$, а потребитель буквой $M$. Сопротивления у потребителя обозначены буквами $Z_A, Z_B$ и $Z_C$.

Линейные напряжения — то есть напряжения между фазами — обозначены соответственно $U_CA, U_AB, U_BC$. На рисунке стрелками показаны провода, к которым нужно подключить вольтметр для измерения линейного напряжения.

Маркировка нулевых проводов

Для того чтобы сделать нулевой провод легко отличаемым от остальных, соответственно ГОСТ для них принято использовать кабели бело-голубого или просто голубого цвета.

При совмещении нулевого провода с заземлением используются полосатые жёлто-зелёные кабели с концами проводов, обозначенными синим цветом:

Виды и режимы работы нулевого провода — что это такое

Для выравнивания напряжения по фазам электроустановок применяется нулевой провод. Он необходим для предотвращения воспламенений приборов и пожаров. Кабель является частью нейтрали – общей точки генераторной или трансформаторной обмотки, соединенной, как звезда. Существует два типа проводника – рабочий N и защитный PE.

Содержание

Что такое нулевой провод

При работе с электричеством важно понять, что такое рабочий и защитный нулевой провод. В первом случае он выравнивает напряжение по фазе, во втором – защищает зануление. Пользователи ошибочно считают, что нейтральный проводник является исключительно заземлением. Его главная функция – соединение нейтралей установок в трехфазной цепи.

При подаче различной нагрузки на каждую из фаз происходит смещение нейтрали – симметрия напряжений нарушается. Одним потребителям подается повышенное напряжение, другие получают пониженное. При низком напряжении электроприборы функционируют со сбоями, при высоком – подвергаются перегрузке и загораются. Задача нуля – уравнять повышенные и пониженные показатели, обеспечив баланс электросети.

В ПУЭ установлена расцветка нулевого провода – голубая, которая соответствует европейским стандартам.

Принцип работы

В новостройках и домах старой застройки схема передачи энергии принципиально отличаются. Электросеть новостроек сконструирована по принципу TN-S:

электричество поступает от трансформаторов со вторичной обмоткой, соединенной по типу «звезда» (провода, сходящиеся в нулевой точке);
вторая часть концов кабелей отводится к клеммам А, В, С, также соединенных в нулевой точке, и подключается по заземляющему контуру к подстанции;
высоковольтный провод с нулевым сопротивлением разделяется на защитный РЕ (желто-зеленый) и рабочий N (голубой).

В общем распредщитке новостройки подводятся 3 фазы, защитный проводник и нейтральный провод.

Дома старой застройки не имеют защитной проводки. Там реализована устаревшая четырехпроводная система TN-C:

нулевой заземленный проводник находится в распределительной коробке;
фаза и ноль от трансформатора подкинута к зданию через подземные или надземные высоковольтные кабели;
провода соединяются в щитке ввода, образуя трехфазную систему с рабочим напряжением 220 или 380 В;
от щитка выполняется разводка проводки на квартиры и подъезды;
потребители получают электроэнергию от проводов одной из фаз через сеть с напряжением 220 В;
разница в нагрузке устраняется за счет подвода нулевого N-провода.

Схемы подключения старых домов к электросети являются устаревшими и небезопасными.

Режимы работы

Существуют следующие режимы нейтрали электрических сетей:

глухозаземленный (сети на 380 вольт– 110 киловольт) – потенциалы нейтрали и земли одинаковы;
изолированный (сети на 6, 10 и 35 киловольт) – между нейтралью и землей наблюдаются незначительные утечки тока;
часть электросети с небольшим импедансом сопротивления и сопротивлением земли.

Применяют нейтральный провод для предупреждения аварийных скачков напряжений по фазе, с целью релейной защиты от замыканий фазы на землю, а также для обеспечения надежности работы электроприборов.

Чем опасно повреждение нулевого провода

Ноль повреждается при механических воздействиях, коротких замыканиях, некачественном подключении или в результате старости проводки. Обрыв нейтрали:

PEN-проводник в кабеле питания – остается один заземляющий контур, который визуально не заметно;
сгорание проводника в распредщитке – фазные проводники перекашиваются, показатель напряжения увеличивается до 380 В;
обрыв в щитке квартиры – в розетках остается вторая фаза, бытовая техника от них не запитывается.

Повреждение нейтрали исключает равность потенциалов сетей с различной нагрузкой, в результате чего может сгореть бытовая техника. Изоляция в таких случаях пробивается. В старом жилом фонде со схемой подключения TN-C (нуль – защитный проводник) при поломках существуют риски поражения током. В новостройках повреждения нуля приводит к тому, что при касании к технике чувствуются легкие разряды тока.

Разряды тока от прикосновений к корпусу оборудования также свидетельствуют о его неисправности.

Реакция электроприборов на обрыв нуля

При обрыве нуля на фазу с большим количеством потребителей увеличивается нагрузка. Напряжение при этом снижается. На фазе с меньшим числом потребителей наблюдается резкое повышение напряжения. Электроприборы могут:

работать со сбоями;
ломаться или сгорать при подключении к сети;
биться током, если не выполнялось заземление.

Последствием повреждений нейтрали является выход из строя дорогостоящего оборудования с чувствительностью к колебаниями сети. Чтобы устранить электроопасность, требуется поставить индивидуальный щиток с ограничителем напряжения. При перепадах он быстро выключит питание.

Задачи и назначение нулевого провода

Монтажная роль жильного нейтрального провода – соединение зануленных элементов электрических установок с нейтралью глухого заземления. Фактически он уравнивает разницу потенциалов фаз, отводит токи от участков с замыканием проводки, предотвращает травматизм и равномерно распределяет нагрузку по всем квартирам.

Система подводки по типу «звезды» имеет векторные показатели, идентичные подстанции трансформатора. Соединение является надежным, но только при условии качества проводов и соблюдения правил их соединения.

Повторное заземление

Повторным заземлением нулевого проводника является защита, установленная на определенных правилами ПУЭ промежутках на всей протяженности нейтрали. В задачи повторного заземления включается снижение силы напряжения в нулевом проводе и электроприборах, которые были занулены относительно грунта. Это свойство целесообразно в качестве защиты от обрыва нулевого провода и при пробое электрического напряжения на корпус электрических приборов.

Чтобы сделать повторное подключение, необходимо провести непрерывную нейтраль от щитка до нулевых проводников. В условиях многоэтажек для повторного заземления применяют различные системы.

Трансформаторная нейтраль в электрике заземляется, а доступная часть присоединяются к ней через нулевые защитные проводники. В нормальном режиме электроприемник под напряжением не находится. Система TN бывает:

TN-S – защитный и нулевой проводник разделяются по протяженности всей магистрали;
TN-C-S – функции проводов РЕ и N совмещаются в одном части проводника, выведенного от трансформатора.

Если коммуникации подключаются в частном доме, используются естественные заземлители – металлические штыри в грунте. Нормативные документы не рекомендуют применять естественные проводники, поскольку невозможно рассчитать сопротивление, которое дает почва при растекании тока.

Заземление в домах, построенных до середины 90-х, для которой использовался четырехпроводной способ – 3 фазы и 1 нуль. Защитную и рабочую функции нейтрали выполняет общий проводник на протяжении всей магистрали. Запитка потребителей происходит от PEN-кабеля. Он же задействуется для заземления.

Применяется для подачи электроэнергии в загородных и сельских условиях. Ток поступает по линиям электропередач на опорах. Установки разрешены в случаях, когда TN сделать невозможно или очень дорого. При подаче повышенного тока на приборы цепь питания выключается полностью через УЗО.

Сеть с изолированной нейтралью трансформатора. Отводится от грунта или заземляется через приемник с большим сопротивлением. Линия земли проводится по отдельной шине, а на ней уже подключаются контакты розеток. Организация системы целесообразная для образовательных, медицинских учреждений.

Что такое заземление и нейтральный провод

Функция нейтрального проводника N – баланс потенциалов нескольких фаз и обеспечение потребителей током. Нулевой провод соединяется с глухозаземленной нейтралью трансформатора. В частных домах используется однофазный тип подключения с помощью нулевого и фазного кабеля. Для соединения нуля и земли используется заземляющий контур. Сама нейтраль маркируется изоляцией голубого цвета.

Проводник заземления обеспечивает безопасность электролинии при поломке. Его нормальный режим работы – проводной, при критических сбоях потенциал тока отводится в почву. Кабель РЕ маркируется при помощи сине-желтого цвета.

Нейтраль и защита в одном проводе обозначаются PEN, маркируются голубым цветом с желтыми и зелеными полосками на концах.

Схема подключения нейтрального провода и заземления

В МЭК-364, ГОСТе 30331.1-95 приводятся схемы подключения сети, нагрузка которой равняется 380 Вольт. По этой причине в квартире рекомендуется применять одну из систем.

Отдельная линия заземления TN-CS. Нейтральный щитки и защитные проводники домашнего коммутатора соединяются друг с другом. При наличии двух проводов PEN-кабель в определенной точке разделяется на нейтраль и защиту. Провода PE подкидываются к проводникам N. Защита схемы зависит от точки обрыва:

До места разделения. Фазный проводник и устройство зашиты отводят напряжение в нейтраль, а от нее – на провод защиты.
После места разделения. Опасное электричество не передается на корпус бытовой техники, а сразу передается на провод защиты.

В многоэтажках не всегда получается сделать подобную заземляющую линию.

Отдельный заземляющий контур TN-S. Заземление сети осуществляется на месте нейтральной трансформаторной точки, откуда проводка выводится на устройства. Трехфазная квартирная сеть с полностью изолированной проводом-нейтралью является максимально защищенной от сбоев. Нулевой проводник, поврежденный на любом участке, не взаимодействует с защитным, поэтому не имеет рисков для человеческого здоровья. Единственная проблема – временное отключение техники.

Правила подключения нейтрали

Глава 1.7 ПУЭ подробно рассматривает электрическую безопасность при заземлении. В «Библии электрика» сказано:

для электрических установок напряжением более 1 кВ требуется глухозаземленная нейтраль, отводящая большие токи замыкания в грунт;
для оборудования до 1 В можно использовать изолированную или глухую нейтраль;
глухозаземленную нейтраль обязательно зануляют и присоединяют к линии заземления через трансформатор;
заземление и нейтраль выполняются при помощи медных (сечение 4 мм2), алюминиевых (сечение 6 мм2), изолированных (1,5 мм2 и 2,5 мм2) кабелей;
соединенные в одной скрутке кабели из меди должные иметь сечение 1 мм2, из алюминия – 2,5 мм2;
если от щитка квартиры или этажа протягивается 3 провода, используется защитная нейтраль;
если групповую сеть выполняют при помощи двух кабелей, нейтраль защиты протягивается от ближнего щита;
к нулю присоединяются все домашние приборы – чайник, кондиционер, компьютер, стиралка, кипятильник, холодильник.

При условии правильной схемы подключения защитный нулевой провод сможет предотвратить разрушение электросети и травмы в случаях короткого замыкания. Нейтраль равномерно распределяет нагрузку по всем линиям, этажам и квартирам многоэтажки. При ее первичном и повторном подключении стоит руководствоваться ПУЭ.

Назначение нулевого провода в трехфазных системах

Одной из важнейших экономических проблем электроснабжения является уменьшение веса проводов электрической сети при заданной передаваемой мощности и определенном проценте потерь в сети. Оно может быть достигнуто не только повышением напряжения в сети, но также путем объединения нескольких независимых сетей, причем в части проводов можно создать токи, взаимно компенсирующие друг друга. Это дает возможность уменьшить либо число проводов, либо их сечение.

Уже в первые годы развития электротехники, когда электропередача производилась при постоянном напряжении, указанная идея была использована в так называемой трехпроводной системе, предложенной Доливо-Добровольским.

Пусть имеются два одинаковых (по напряжению и мощности) источника постоянного напряжения U , каждый из которых обслуживает своих потребителей.

Сеть состоит из четырех проводов. Если объединить два провода в так называемый уравнительный (нулевой) провод, то в нем будут суммироваться противоположно направленные токи, поэтому сечение провода можно будет значительно уменьшить.

При симметричной нагрузке ( I1=I2 ) уравнительный провод оказывается излишним, и экономия в проводах достигает 50°. При изменении нагрузок (без уравнительного провода) напряжение будет перераспределяться между ними, что нежелательно .

Уравнительный провод в значительной степени уменьшает несимметричное распределение напряжения. Если можно пренебречь внутренним сопротивлением источников и сопротивлением линии, то несимметрия устраняется практически полностью. Подобная же идея лежит в основе построения многофазных систем переменного тока.

Многофазной симметричной системой называется совокупность нескольких переменных напряжений равной амплитуды и частоты, симметрично сдвинутых по фазе со времени. Практическое распространение получила трехфазная система (смотрите - Трехфазная система ЭДС).

Трехфазная (и всякая многофазная) система по сравнению с однофазной имеет ряд преимуществ: она позволяет выиграть в весе проводов электрической сети, обеспечивает более равномерную нагрузку двигателя, вращающего электрический генератор трехфазного напряжения, и, наконец, позволяет создать вращающееся магнитное поле, широко применяющееся в электродвигателях.

Если бы вместо трехфазной системы применялась однофазная (той же мощности и того же напряжения), то потребовалось бы только два провода, но их сечение пришлось бы рассчитывать на втрое больший ток. По сравнению с однофазной системой трехфазная дает экономию в весе проводов на 30 - 40%.

Независимо от схемы включения генератора (обычно неизвестной потребителю) нагрузка трехфазной системы также может включаться двумя способами — треугольником или звездой.

В первом случае напряжение на каждом из потребителей равно линейному и не меняется при нарушении симметрии нагрузок. Ток в потребителе (фазовый) отличается от тока в линии.

При включении же потребителей звездой ток в каждой нагрузке равен соответствующему линейному току, но напряжение на каждой нагрузке (фазовое) отлично от линейного.

При изменениях нагрузок токи автоматически перераспределяются, причем сумма их (получающаяся в общей точке нагрузок) всегда обращается в нуль. Одновременно происходит соответственное перераспределение напряжений между неравными нагрузками.

Этот недостаток устраняется, если имеется нулевой провод (присоединяемый к общей точке нагрузок), так как он позволяет сумме трех фазовых токов оставаться отличной от нуля т. е. при несимметричной нагрузке нулевой провод трехфазной системы способствует поддержанию постоянства напряжения на нагрузках.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Трехфазный переменный ток

В настоящее время во всем мире получила наибольшее распространение трехфазная система переменного тока .

Почти все генераторы, установленные на наших электростанциях, являются генераторами трехфазного тока . По существу, каждый такой генератор представляет собой соединение в одной электрической машине трех генераторов переменного тока, сконструированных таким образом, что индуцированные в них ЭДС сдвинуты друг относительно друга на одну треть периода, как это показано на рис. 1.

Рис. 1. Графики зависимости от времени ЭДС, индуцированных в обмотках якоря генератора трехфазного тока

Как осуществляется подобный генератор легко понять из схемы на рис. 2.

Рис. 2. Три пары независимых проводов, присоединенных к трем якорям генератора трехфазного тока, питают осветительную сеть

Здесь имеются три самостоятельных якоря, расположенных на статоре электрической машины и смещенных на 1/3 окружности (120 о ). В центре электрической машины вращается общий для всех якорей индуктор, изображенный на схеме в виде постоянного магнита.

В каждой катушке индуцируется переменная ЭДС одной и той же частоты, но моменты прохождения этих ЭДС через нуль (или через максимум) в каждой из катушек окажутся сдвинутыми на 1/3 периода друг относительно друга, ибо индуктор проходит мимо каждой катушки на 1/3 периода позже, чем мимо предыдущей.

Каждая обмотка трехфазного генератора является самостоятельным генератором тока и источником электрической энергии. Присоединив провода к концам каждой из них, как это показано на рис. 2, мы получили бы три независимые цепи, каждая из которых могла бы питать те или иные электроприемники, например электрические лампы.

В этом случае для передачи всей энергии, которую поглощают электроприемники, требовалось бы шесть проводов. Можно однако, так соединить между собой обмотки генератора трехфазного тока, чтобы обойтись четырьмя и даже тремя проводами, т. е. значительно сэкономить проводку.

Первый из этих способов, называется соединением звездой (рис. 3).

Рис. 3. Четырехпроводная система проводки при соединении трехфазного генератора звездой. Нагрузки (группы электрических ламп I, II, III) питаются фазными напряжениями.

Будем называть зажимы обмоток 1, 2, 3 началами, а зажимы 1 ' , 2 ' , 3 ' - концами соответствующих фаз.

Соединение звезд заключается в том, что мы соединяем концы всех обмоток в одну точку генератора, которая называется нулевой точкой или нейтралью , и соединяем генератор с приемниками электроэнергии четырьмя проводами: тремя так называемыми линейными проводами , идущими от начала обмоток 1, 2, 3, и нулевым или нейтральным проводом , идущим от нулевой точки генератора. Такая система проводки называется четырехпроводной .

Напряжения между нулевой точкой и началом каждой фазы называют фазными напряжениями , а напряжения между началами обмоток, т, е. точками 1 и 2, 2 и 3, 3 и 1, называют линейными . Фазные напряжения обычно обозначают U1 , U 2 , U 3 , или в общем виде U ф, а линейные напряжения - U12, U23 , U 31 , или в общем виде U л.

Таким образом, например, если фазное напряжение генератора U ф = 220 В, то при соединении обмоток генератора звездой линейное напряжение U л - 380 В.

В случае равномерной нагрузки всех трех фаз генератора, т. е. при приблизительно одинаковых токах в каждой из них, ток в нулевом проводе равен нулю . Поэтому в этом случае можно нулевой провод упразднить и перейти к еще более экономной трехпроводной системе. Все нагрузки включаются при этом между соответствующими парами линейных проводов.

При несимметричной нагрузке ток в нулевом проводе не равен нулю, но, вообще говоря, он слабее, чем ток в линейных проводах. Поэтому нулевой провод может быть тоньше, чем линейные.

При эксплуатации трехфазного переменного тока стремятся сделать нагрузку различных фаз по возможности одинаковой. Поэтому, например, при устройстве осветительной сети большого дома при четырехпроводной системе вводят в каждую квартиру нулевой провод и один из линейных с таким расчетом, чтобы в среднем на каждую фазу приходилась примерно одинаковая нагрузка.

Другой способ соединения обмоток генератора, также допускающий трехпроводную проводку - это соединение треугольником, изображенное на рис. 4.

Рис. 4. Схема соединения обмоток трехфазного генератора треугольником

Здесь конец каждой обмотки соединен с началом следующей, так что они образуют замкнутый треугольник, а линейные провода присоединены к вершинам этого треугольника — точкам 1, 2 и 3. При соединении треугольником линейное напряжение генератора равно его фазному напряжению : U л = U ф.

При применении трехфазного тока отдельные приемники (нагрузки), питающиеся от отдельных пар проводов, также могут быть соединены либо звездой, т. е. так, что один конец их присоединен к общей точке, а оставшиеся три свободных конца присоединяются к линейным проводам сети, либо треугольником, т. е. так, что все нагрузки соединяются последовательно и образуют общий контур, к точкам 1, 2, 3 которого присоединяются линейные провода сети.

На рис. 5 показано соединение нагрузок звездой при трехпроводной системе проводки, а на рис. 6 — при четырехпроводной системе проводки (в этом случае общая точка всех нагрузок соединяется с нулевым проводом).

На рис. 7 показана схема соединения нагрузок треугольником при трехпроводной системе проводки.

Рис. 5. Соединение нагрузок звездой при трехпроводной системе проводки

Рис. 6. Соединение нагрузок звездой при четырехпроводной системе проводок

Рис. 7. Соединение нагрузок треугольником при трехпроводной системе проводки

При подготовке статьи использовалась информация из учебника физики под редакцией Г. С. Ландсберга.

Нулевой проводник

Все знают, что электрический ток протекает по замкнутой цепи. Электросеть розетки является частью глобальной сети, поэтому для нее работают все те же законы и определения. Работа домашних приборов возможна при подведении в них нескольких проводников: фазы и нуля. Необходимо более подробно разобрать, для чего нужен нейтральный провод, как он работает и чем он опасен.

Что такое нулевой проводник

Нулевой провод, или нейтральный провод — это проводник, который предназначен для питания различных электроприборов и подключен к глухо заземленной нейтрали трансформатора. Отбросив специальные термины и говоря простыми словами, это проводник, соединенный с той частью трансформатора или генератора электроэнергии, которая заземлена.

Если брать в расчет однофазную электрическую сеть, используемую практически во всех частных домах и квартирах, то для функционирования электроприборов в обязательном порядке нужны провода фазы и нуля. Нейтральный кабель просто соединяется с заземлением и в идеале должен обладать нулевым потенциалом, а это означает полное отсутствие напряжения.

Важно! Напряжения на нуле не будет лишь в том случае, если он соединен с землей. Если связь была нарушена человеком или другими внешними факторами, то в процессе работы того ли иного прибора на него будет подаваться фазное напряжение однофазной сети (220 В).

Схемы и чертежи обозначают нулевой проводник латинский буквой «N», но в старых советских схемах и учебниках было принято подписывать его цифрой «0». Физически изоляция провода обязана быть синего цвета. Это четко отражено в п. 1.1.30 «Правил устройства электроустановок».

По ПУЭ изоляция нулевого рабочего проводника должна быть синего цвета

Принцип работы нулевого проводника

Если рассматривать новостройки и квартирные строения старого типа, то передача электроэнергии и ее принципы будут существенно отличаться. Сети новых домов разрабатываются по типу TN-S:

электрический ток проходит от трансформатора или генератора со вторичной обмоткой, которая соединена типом звезда, когда все провода сходятся в одной нулевой точке;
другие концы проводов отведены к трем клеммам, которые также подключены к нулевой точке и соединяются по контуру заземления с подстанцией;
провод с высоковольтной характеристикой, если он обладает нулевым сопротивлением, разделяют на рабочий N (голубого цвета) и защитный PE (желто-зеленый).

Вам это будет интересно Особенности кабеля СИП-2

Если говорить о старых домах, то в них используется система TN-C:

заземленный ноль располагают в специальной распределительной коробке;
фазу и ноль от генератора или трансформатора прокладывают к дому по подземным или надземным высоковольтным линиям;
кабеля соединяют в щитке ввода, что и образует три фазы с напряжением в 220 В или 380 В;
от щитка проводку разводят по квартирам и подъездам;
конечный потребитель получает электричество от проводника;
нагрузка устраняется с помощью подвода нуля (N).

Назначение нулевого проводника

Некоторые ошибочно думают, что ноль является только заземлением. На самом деле он выполняет функцию соединения нейтралей электроприборов в трехфазной цепи.

Во время подачи разных нагрузок на все фазы происходит их смещение, а точнее смещение нейтрали. Это нарушает симметрию напряжений. Одному потребителю электричества подается слишком большая величина, а другому — слишком маленькая и недостаточная. В первом случае электроустановки могут перегружаться и сгорать, а во втором — работать некорректно, сбоить и т. д.

К сведению! Основное предназначение нулевого проводника заключается в создании цепи для тока короткого замыкания. Она имеет слишком маленькое сопротивление, а значение тока должно быть таким, чтобы быстро реагировала защита, отключающая поврежденную электронику из сети.

Система заземления TN-C

Как правильно подключать нулевой проводник

Для подключения PE провода к домашней розетке следует с помощью проводника создавать ответвления от основной магистрали нуля защиты через установочную коробку. Чтобы подключиться к ней, рекомендуется пользоваться специальными видами соединителей от компаний Wago, Went или Scotchlok.

Способ предполагает соединение розеток и нуля с помощью ответвлений, а фазы и нуля с помощью шлейфов. Его схема изображена на картинке ниже. Разрыв нуля и фазы на нем не изображен для удобства восприятия.

Подключение по схеме

Чем опасен нулевой проводник

Нулевой проводник, если он подключен правильно, не имеет напряжения. Опасным он становится лишь при обрыве или повреждении. Провод может повредиться в результате короткого замыкания, механических воздействиях, а также из-за срока функционирования установки. В результате этого:

проводник сгорает в распределительном щитке, а его напряжение увеличивается до 380 В;
если обрыв происходит в доме, то остается только одна фаза, которая ничего не питает;
приборы могут начать бить током, ломаться и перегорать.

Вам это будет интересно Особенности кабеля ШВВП

Сгоревший нулевой проводник

Таким образом, что роль нулевого проводника крайне важна. От правильности его установки и монтажа зависит не только корректность работы электрической техники, но и здоровье человека.

Читайте также: