Цепь «звезда» с нейтральным проводом

Нейтральный провод

При соединении обмоток приемника электрической энергии и генератора по схеме «звезда» фазное напряжение находится в зависимости от нагрузок, которые подключаются к каждой фазе. Например, при подключении двигателя, нагрузка будет симметричной, а напряжение между нейтральными точками двигателя и генератора будет равно нулю. Но, если к каждой фазе будет подключена разная нагрузка, то возникнет напряжение смещения нейтрали, которое приведет к несимметричности напряжений нагрузки. На практике это означает, что часть потребителей будет получать пониженное напряжение, а другая часть повышенное. Пониженное напряжение может стать причиной неправильной работы электрических установок, а повышенное напряжение станет причиной повреждения электрического оборудования или возникновения пожара. Соединение генератора и приемника электрической энергии нейтралью позволяет снизить почти до нуля напряжение смещения и выровнять фазное напряжение приемника электрической энергии. Малое напряжение будет обусловлено только сопротивлением нейтрального провода.

Нейтральный провод обозначается N. Если им одновременно выполняется функция нулевого защитного провода, то его обозначают PEN. В соответствии с правилами устройства электрических установок цвет нейтрального провода должен быть бело-голубым или белым. В Соединенных Штатах Америки нулевой рабочий провод может быть белого или серого цвета.

В линиях электропередач используются различные виды нейтралей. Вид нейтрали для линий электропередач зависит от используемой аппаратуры защиты от утечек и короткого замыкания, а также целевого назначения линии. Нейтраль в линии электропередач может быть:

• эффективно-заземленная,
• изолированная,
• глухозаземленная.

Цепь «звезда» с нейтральным проводом

При соединении «звездой» концы обмоток фаз генератора соединяются в одну общую точку (нейтраль). К началам фаз генератора подключаются провода, при помощи которых генератор соединяются в электроприемником. Данные провода называются линейными, а получившаяся трехфазная система - трехпроводной. Пример данной схемы изображен на рисунке ниже.

Рисунок 1. Цепь «звезда». Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

В том случае, когда нейтральная точка генератора соединяется с нулевой точкой электроприемника, то система является четырехпроводной, пример этой системы изображен на рисунке ниже.

Рисунок 2. Схема. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Здесь N - нейтральная точка генератора; n - нулевая точка электроприемника.

При соединении «звездой» линейный провод, фазы генератора и фаза нагрузки соединяются между собой последовательно и через них проходит один и тот же электрический ток. Таким образом линейный ток равен фазном:

$Iл = Iф$

Напряжения между концом и началом фаз нагрузки (Ua, Ub, Uc) равняются, если не учитывать падение напряжения в проводах, напряжениям на фазах генератора. Напряжения между линейными проводами (Uab, Ubc, Uca). Называются линейными напряжениями. Токи, которые протекают в фазах нагрузки (Ia, Ib, Ic) - фазные токи, которые при соединении «звезда» равняются линейным. При помощи второго закона Кирхгофа возможно определить соотношения между фазными и линейными напряжениями.

$Uab = Ua-Ub$

$Ubc = Ub-Uc$

$Uca = Uc-Ua$

Так как рассматриваемая схема генератора симметричная, то действующие значения электродвижущих сил генератора равны друг другу и действующим значениям на нагрузке, если не учитывать падение напряжения в линии:

$Еа = Еb = Ec = Ua = Ub = Uc = Uф$

Основываясь на равенстве угла сдвига между фазами 120 градусов на нагрузке и генераторе, а также полученных уравнениях из второго закона Кирхгофа, получается, что друг другу также равны действующие значения линейных напряжений:

$Uab = Ubc = Uca = Uл$

Топографическая и векторная диаграммы симметричного генератора и четырехпроводной системы «звезда» изображены на рисунке ниже.

Рисунок 3. Диаграмма. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Рисунок 4. Диаграмма. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

При любой нагрузке для четырехпроводной системы «звезда», формула для расчета линейного напряжения выглядит следующим образом:

$Uл = √ 3 * Uф$

К трехфазному симметричному генератору с нейтралью может быть присоединена любая несимметричная и симметричная нагрузка. Нагрузка является симметричной в том случае, если сопротивления, а также углы сдвига между напряжениями и токами фаз одинаковы, то есть:

$Za = Zb = Zc$ $фа = фb = фс$

Если вышеназванное условие не выполняется, то становится причиной нарушения симметричности нагрузки в трехфазной системе.