5.3. Соединение трехфазной цепи звездой. Четырех- и трехпроводные цепи

Однофазные приемники можно присоединить к трех­фазной цепи на фазное или линейное напряжение.

Для получения фазного напряжения необходим ней­тральный провод, поэтому трехфазная цепь должна быть четырехпроводной. Например, на рис. 5.10 показана схема питания электроламп, в которой обмотки генератора соединены звездой. Лампы приемника подключены к цепи также по схеме звезда, имеющей три луча: An — содер­жит четыре лампы, Вп — три лампы, Сп — две лампы. Ток одного луча звезды (суммарный ток ламп одной фазы) называется фазным током I_Ф (I_An , I_Bn , I_Cn ).

То­ки в линейных проводах называются линейными то­ками.

Так как провод линии и эквивалентное сопротивление приемников фазы соединены последовательно, то при соединении звездой линейные токи цепи равны фазным токам приемников (1):

I_Л= I_Ф (5.2)

Расчет фазных токов приемников производится таким же образом, как и для однофазных цепей переменного тока при параллельном соединении приемников.

По закону Ома I_А = U_Ф/Z_А , I_B = U_Ф/Z_B, I_С = U_Ф/Z_С

где U_Ф = U_Л /√3.

При соединении звездой фазное напряжение приемника равно фазному напряжению сети (2).

На практике нередко приходится рассчитывать токи по мощности приемника.

Фазные токи рассчитываются по формуле (4.14). А как найти ток в нейтральном проводе?

Ток в нейтральном проводе определяется как вектор­ная сумма фазных токов. Для этого необходимо построить векторную диаграмму, аналогичную диаграмме рис. 5.5, и из нее графическим путем найти значение тока ней­трального провода. Построения нужно выполнять в масштабе.

Трехфазные электродвигатели, нагревательные печи и другие приемники имеют одинаковые сопротивления фаз, поэтому система фазных токов таких приемников симметричная и ток в нейтральном проводе отсутствует.

Это позволяет отказаться от нейтрального провода и для питания таких приемников использовать трехпроводную цепь (рис. 5.11), в которой

I_А =I_В = I_C = I_Ф = U_л /(√3Z_Ф )

5.4. Назначение нейтрального провода

Рассмотрим схему на рис. 5.12. При Z_A ≠ Z _B ≠Z_C система токов нессиметричная (I_А ≠ I_B≠ I_C ), поэтому, в соответствии с рис. 5.5, в нейтральном проводе суще­ствует ток I_N = Ia + 1в + Iс. Этот ток создает падение; напряжения I_NZ_N в нейтральном проводе.

За счет падения напряжения на нейтральном провода потенциалы точек Nun разные, поэтому фазное напря­жение приемника U'c не равно фазному напряжению источника U_c. Чтобы эти напряжения были равны, должно быть близким к нулю сопротивление нейтрального про­ вода.

При уменьшении Zc до нуля (короткое замыкание фазы приемника) фазное напряжение U′c = IcZc умень­шится до нуля. Изменение сопротивления фазы прием­ника влечет за собой изменение его фазного напряжения.

При коротком замыкании фазы С приемника потен­циал нейтральной точки п становится равным потен­циалу точки С, а значит, напряжения U_A и U'b возрастут до линейных напряжений Uca и Ubc что недопустимо. Для защиты приемника от такого режима в каждой фазе устанавливают, например, предохранители. При коротком замыкании перегорает плавкая вставка пред­охранителя, что не допускает переноса потенциала точки С в точку п.

При наличии нейтрального провода короткое замыка­ние фазы С приемника является одновременно корот­ким замыканием для источника Е_С, поэтому предохрани­тель срабатывает надежно. При отсутствии нейтрального провода предохранитель не сработает, так как режим

Z_С = 0 не является коротким замыканием для источни­ка Е_С .

Таким образом, если сопротивление нейтрального про­вода, называемого на практике нулевым проводом, значительное, то:

1) система фазных напряжений прием­ника несимметричная;

2) изменение нагрузки (сопро­тивления) одной фазы приводит к изменению напряже­ния на всех фазах приемника; 3) при повреждении изоля­ций одной фазы приемника (коротком замыкании) могут выйти из строя приемники двух других фаз за счет перенапряжений на них; 4) работа предохранителей (или других защитных аппаратов) становится ненадеж­ней. Учитывая это, нулевой провод стремятся выполнить с малым сопротивлением.

А как быть при неожиданных обрывах нулевого прово­да? Эксплуатировать цепь при этом нельзя из-за опас­ности выхода из строя приемников при коротком замы­кании одной из фаз.

Более надежным является многократное повторное заземление нулевого провода: в нейтральной точке гене­ратора, в местах разветвлений линий, у общественных и производственных зданий, в конце трехфазной ли­нии и т. д. При обрыве нулевого провода ток проходит через заземления.

Заметим, что с целью уменьшения несимметричности фазного напряжения приемников на практике стремятся однофазные приемники распределить равномерно по фа­зам, чтобы уменьшить ток нулевого провода, который - при равномерной нагрузке равен нулю.