Nulový vodič v třífázových systémech: účel, připojení a ochrana

Nulový vodič je vodič, který se připojuje ke společnému bodu třífázových zátěží a slouží k udržení symetrie a rovnováhy napětí v systému. Nulový vodič také plní následující funkce:

• Chrání před přepětím a zkraty, protože poskytuje cestu pro únik proudu.
• Uzemnění a zabránění úrazu elektrickým proudem při připojování krytů elektrických zařízení k zemi.
• Dopad na provoz elektrického zařízení, protože umožňuje připojit jednofázové spotřebiče k třífázové síti.

Nulový vodič má řadu vlastností, jako je průřez, barva, označení a způsob připojení, které jsou upraveny pravidly a předpisy pro použití elektrické energie.

Jedním z nejdůležitějších ekonomických problémů napájení je snížení hmotnosti vodičů elektrické sítě pro daný přenášený výkon a určité procento ztrát v síti. Lze toho dosáhnout nejen zvýšením napětí v síti, ale i kombinací více nezávislých sítí a v některých vodičích lze vytvořit proudy, které se vzájemně kompenzují. To umožňuje snížit buď počet vodičů, nebo jejich průřez.

Již v prvních letech rozvoje elektrotechniky, kdy se přenos výkonu prováděl při konstantním napětí, byla tato myšlenka využita v tzv. třívodičovém systému navrženém Dolivo-Dobrovolským.

Nechť existují dva stejné (napětí a výkon) zdroje konstantního napětí U, z nichž každý slouží svým vlastním spotřebitelům.

Síť se skládá ze čtyř vodičů. Pokud spojíte dva vodiče do tzv. vyrovnávacího (nulového) vodiče, pak se v něm sečtou opačně směrované proudy, takže se může výrazně zmenšit průřez vodiče.

Při symetrické zátěži (I1=I2) se vyrovnávací vodič ukazuje jako nadbytečný a úspora vodičů dosahuje 50°. Při změně zátěže (bez vyrovnávacího vodiče) dojde k přerozdělení napětí mezi nimi, což je nežádoucí.

Vyrovnávací vodič výrazně snižuje nesymetrické rozložení napětí. Pokud lze zanedbat vnitřní odpor zdrojů a odpor vedení, pak je asymetrie téměř zcela eliminována. Podobná myšlenka je základem konstrukce vícefázových systémů střídavého proudu.

Vícefázový symetrický systém je soubor několika střídavých napětí stejné amplitudy a frekvence, symetricky posunutých ve fázi s časem. Třífázový systém získal praktické rozdělení (viz – Třífázový EMF systém).

Třífázový (a jakýkoli vícefázový) systém má řadu výhod ve srovnání s jednofázovým systémem: umožňuje ušetřit na hmotnosti vodičů elektrické sítě, poskytuje rovnoměrnější zatížení motoru otáčejícího se třífázové napětí elektrický generátor, a konečně umožňuje vytvořit rotující magnetické pole, které je široce používáno v elektromotorech .

Pokud by se místo třífázové soustavy použila soustava jednofázová (stejného výkonu a stejného napětí), pak by byly potřeba pouze dva vodiče, ale jejich průřez by se musel počítat na trojnásobek proudu. V porovnání s jednofázovým systémem ušetří třífázový systém 30 – 40 % hmotnosti vodičů.

Bez ohledu na spínací obvod generátoru (spotřebitel obvykle neznámý) lze zátěž třífázového systému zapnout také dvěma způsoby – trojúhelníkem nebo hvězdou.

V prvním případě je napětí na každém ze spotřebitelů rovno lineární a nemění se, když je narušena symetrie zátěží. Proud ve spotřebiči (fázi) se liší od proudu ve vedení.

Když jsou spotřebiče zapnuty jako hvězda, proud v každé zátěži se rovná odpovídajícímu lineárnímu proudu, ale napětí na každé zátěži (fázi) se liší od lineárního.

Při změně zátěže se proudy automaticky přerozdělí a jejich součet (výsledný ve společném bodě zátěže) se vždy změní na nulu. Současně dochází k odpovídajícímu přerozdělení napětí mezi nestejným zatížením.

Tato nevýhoda je odstraněna, pokud je k dispozici nulový vodič (připojený ke společnému bodu zátěží), protože umožňuje, aby součet tří fázových proudů zůstal odlišný od nuly, tj. při asymetrické zátěži je nulový vodič 3. -fázový systém pomáhá udržovat konstantní napětí napříč zátěží.

Nulový vodič v třífázových systémech je tedy důležitý pro zajištění spolehlivého a bezpečného provozu elektrického zařízení, ale také vyžaduje použití dalších opatření k jeho ochraně.

Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře

Nulový vodič je v obecném případě vodič, kterým se vrací zbytkový proud v uzavřeném obvodu.

Navzdory názvu může mít neutrální vodič v určitých okamžicích potenciál. Ve schématech je nulový vodič obvykle označen písmenem $N$.

Role nulového vodiče

Proč je v třífázovém obvodu potřeba nulový vodič? Účel nulového vodiče v třífázových obvodech je následující: nulový vodič se používá k vyrovnání fázových napětí.

Fázové napětí je napětí mezi nulovým a fázovým vodičem.

Pokud je zatížení každého z fázových vodičů stejné (tj. stejná spotřeba energie pro každý ze spotřebičů fázového proudu z fázových vodičů 1-3) – pak systém zůstane funkční, i když se nulový vodič přeruší, protože při v každém okamžiku bude rozdíl potenciálů mezi nulovým a libovolným fázovým vodičem stejný.

Úloha nulového vodiče při nerovnoměrném zatížení

Pokud je zatížení každé fáze jiné, pak je nutné připojit nulový vodič.

V případě jeho přerušení nebo náhlého zvýšení odporu na něm bude napětí rozděleno podle spotřeby energie na každou ze zátěží třífázového obvodu, a tedy čím méně energie je spotřebováno, tím větší je fázové napětí. současný spotřebitel obdrží.

To je pro mnoho elektrických spotřebičů nepřijatelné a může to způsobit jejich poruchu a dokonce i požár, aby se zabránilo takovým problémům, že je ke každé zásuvce připojen neutrální vodič.

Úloha nulového vodiče v hvězdicovém zapojení

Hvězda je speciální způsob připojení konců vinutí generátoru, ve kterém jsou všechny spojeny do jednoho bodu, nazývaného neutrál.

V tomto případě jsou vodiče na výstupu spotřebitele také připojeny k podobnému bodu a vodič spojující dva neutrály se nazývá neutrální. Vodiče spojující začátek fáze u spotřebiče a generátoru se nazývají lineární.

“Účel nulového vodiče”
Pomoc od odborníka na téma práce
Řešení problému s AI za 2 minuty
Najděte řešení svého problému mezi 1 000 000 odpověďmi

Pokud je připojen třífázový motor, zatížení pro všechny tři fázové vodiče bude podle toho stejné, návrat zbytkového proudu do generátoru je možný přes jeden z fázových vodičů, na kterých je v daném čase fázové napětí; je nula.

Pokud zátěže na straně spotřebitele nejsou stejné, bude zbytkový proud po každé zátěži vycházet jinak a v důsledku toho se bude lišit i fázové napětí.

Zjednodušeně řečeno, v každém okamžiku se bude rovnat napětí mezi drátem, který v daném okamžiku nevede fázový proud, a fázovým drátem – to znamená, že bude jiné.

Použití neutrálního vodiče v tomto případě pomůže těmto rozdílům zabránit a tím eliminovat výskyt poruch v síti.

Obrázek 1. Úloha nulového vodiče v třífázovém obvodu při připojení hvězdou

Na obrázku je schéma zapojení pro třífázový obvod při zapojení do hvězdy.

Proud nulovým vodičem spojujícím dva nuly poteče pouze tehdy, když je celý systém zapnutý (nebo vypnutý) a první z vinutí generátoru začne fungovat.

Zbytek času se postupně vrátí do generátoru přes fázové vodiče.

Fázové napětí na obrázku je označeno písmeny $U_A$, $U_C, U_B$, EMF na vinutí generátoru je $E_C, E_A$ a $E_B$ a proud procházející fázovými vodiči je označen písmena $I_C, I_A$ a $I_B $.

Samotný generátor je označen písmenem $G$ a spotřebitel písmenem $M$. Odpory spotřebitele jsou označeny písmeny $Z_A, Z_B$ a $Z_C$.

Síťová napětí – tj. napětí mezi fázemi – jsou označena $U_CA, U_AB, U_BC$. Šipky na obrázku ukazují vodiče, ke kterým je třeba připojit voltmetr pro měření síťového napětí.

Označení nulových vodičů

Aby byl neutrální vodič snadno odlišitelný od zbytku, podle GOST je pro ně obvyklé používat bílo-modré nebo jednoduše modré kabely.

Při kombinaci nulového vodiče s uzemněním se používají pruhované žlutozelené kabely s modře označenými konci vodičů:

Obrázek 2. Označení nulového vodiče