3.2.6. Комбінації з’єднань джерела і споживачів у трифазних системах.

3.2.6.1. З’єднання «зірка – зірка»

Ц ей вид з’єднання зазвичай використовують тоді, коли номінальна фазна напруга генератора дорівнює номінальній фазній напрузі споживачів.

Лінійні струми в такій системі дорівнюють фазним струмам споживачів:

В нейтральному проводі протікає струм .

Якщо навантаження симетричне, то і нейтральний провід може бути відключений.

Якщо навантаження несиметричне, то і тоді, як зазначалось, наявність нейтрального проводу є обов’язковою, оскільки його відсутність впливає на значення фазних напруг споживачів – на менш завантажених фазах фазна напруга перевищуватиме номінальну.

3.2.6.2. З’єднання «зірка – трикутник»

В цьому випадку фази генератора з’єднуються за схемою «зірка», а фази споживача – «трикутником», тобто навантаження споживача включені безпосередньо між лінійними проводами. Така схема використовується у випадку, коли номінальна напруга живлення споживача більша фазної напруги генератора в раз. Нейтральний провід при такому способі з’єднання завжди відсутній.

Струми в кожній із фаз визначаються співвідношеннями:

Визначення фазних струмів в навантаженнях спживачів можна здійснити через активні і реактивні складові комплексних зображень опорів Z_ab, Z_bc, Z_ca. Так, наприклад, для зображення струму маємо модуль:

і фазовий зсув

Аналогічно визначаються I_bc і φ_bc та I_ca і φ_ca.

Лінійні струми та фазні струми генератора визначаються через фазні струми споживачів співвідношеннями:

Як випливає із наведених співвідношень лінійні струми в системі «зірка – трикутник» завжди бульше струмів в фазах споживача (при симетричному навантаженні ).

3.2.6.3. З’єднання «трикутник – трикутник»

Т аке з’єднання використовується в тому випадку, коли номінальна напруга фаз споживача дорівнює фазній напрузі генератора і за вимогами техніки безпеки лінійна напруга не може перевищувати фазну напруга генератора.

На відміну від з’єднання фаз генератора «зіркою», де , при такому способі з’єднання завжди U_л = U_ф. Нейтральний провід в такій системі відсутній.

Нехтуючи опором проводів маємо:

Струми фаз споживача розраховуються за формулами:

де

а струми в лінійних проводах:

Лінійні струми, як і у попередній системі, перевищує фазні струми споживача і при симетричному навантаженні .

Очевидно, що при одній і тій же споживаній потужності зниження лінійної напруги зумовлює збільшення струмів в лінійних проводах. Тому при можливості збільшення лінійної напруги слід уникати такого способу підключення споживачів.

3.2.6.4. З’єднання «трикутник – зірка»

Т аке з’єднання використовується в тому випадку, коли споживач має номінальну напругу живлення фази в раз меншу, ніж лінійна напруга на виході генератора (наприклад, якщо U_AB = U_BC = U_CA = 220 В, а U_ф.ном = 127 В). Нейтральний провід при цьому відсутній.

При такому з’єднанні:

Як і в системі «зірка – зірка», фазні напруги навантаження менше лінійних напруг (зокрема, при симетричному навантаженні в раз).

3.3. Заземлення в мережах трифазного струму.

Між будь-яким проводом трифазної електричної системи і землею завжди існує активний опір r, оскільки ізоляція проводів не є ідеальною.

Розглянемо трифазну систему з ізольованою від землі нульовою точкою.

Провідність ізоляції окремих фаз, рівномірно розподілену вздовж довжини лінії, можна умовно розглядати як з’єднане «зіркою» зосереджене навантаження, у якої нульовою точкою є земля (рис. 3.20).

Рис. 3.20.

Розглянемо ситуацію, коли людина, що стоїть на землі, випадково торкнеться однієї із фаз, наприклад фази А. в цьому випадку між фазою і землею опиниться тіло людини з опором r_л. це видно із рис. 3.20. через людину пройде струм І_л.

Використовуючи раніше отримані формули

та

можна записати вираз для визначення струму, що проходить крізь тіло людини:

.

З формули видно, що чим більший опір ізоляції, тим менший струм І_л пройде через людину при її дотику до однієї з фаз. Але і при максимально можливих значеннях r величина І_л в більшості випадків є небезпечною¹. При порушенні ізоляції однієї з фаз, наприклад, короткому замиканні фази В на землю, напруга між фазою і землею стає рівною нулю. Напруга відносно землі в інших фазах А і С збільшується в раз і стає рівною лінійній напрузі мережі. Струм І_л в цьому випадку буде , що є безумовно небезпечним.

Тому разом з ретельною ізоляцією струмопровідних частин треба забезпечити безпечне торкання персоналу до металевих частин електроустаткування. Найбільш ефективною мірою є захистне заземлення.

Це електричне з’єднання з землею металевих частин електроустаткування, таких, що нормально не знаходяться під напругою. З’єднання виконується металевими трубами, смугами, що знаходяться в безпосередньому контакті з землею (ґрунтом).

В цьому випадку , де І′_л – струм, що протікає крізь тіло людини з опором r_л; І_з – струм, що протікає крізь заземлювач з опором r_з; .

Аналізуючи наведені формули, можна побачити, що незважаючи на деяке збільшення загального струму (І′_л + І_з > І_л), струм, що протікає крізь тіло людини при наявності заземлювача з достатньо малим опором (r_з << r_л), в багато разів менший за струм І_л, що протікає крізь людину при відсутності заземлення.

Згідно з правилами експлуатації, величина опору r_з не повинна перевищувати    4 Ом . При цьому струм І′_л буде достатньо малим і безпечним для життя людини.

Згідно з правилами обладнання установок, в чотирипровідних мережах 380/220 В і 220/127 В нульові точки джерел живлення (генераторів, трансформаторів) повинні бути заземлені, тобто з’єднані з землею (ґрунтом) через дуже малий опір. Таке заземлення прийнято називати робочим. В чотирипровідних мережах незалежно від опорів ізоляції лінійних проводів відносно землі, напруга між будь-яким з лінійних проводів і землею не перевищує фазну напругу.

Рис. 3.21.

В цьому випадку, коли опір ізоляції однієї з фаз порушується і зменшується до незначної величини (замикання проводу на землю), струм однофазного короткого замикання І_к викликає перегоряння плавкої вставки запобіжника ближчого до місця пошкодження, і аварійний режим швидко припиняється (рис. 3.21).

Обмеження небезпеки дотикання людини до металевих неструмопровідних частин устаткування (кожухи електродвигунів, апаратів) постійно з’єднані через заземлюючі сталеві проводи і смуг з нульовим проводом, а, відповідно, з заземленою нульовою точкою джерела живлення.

З’єднання металевих неструмопровідних частин електричних двигунів і апаратів з заземленим нульовим проводом іноді називають зануленням.

При пробої ізоляції однієї з фаз цим досягається виникнення значного струму, який забезпечує надійне спрацювання захисту – перегоряння плавкої вставки запобіжника, ближчого до місця пошкодження.