18.7. Значение нейтрального провода

Теория  /  18.7. Значение нейтрального провода

    Рассмотрим схему четырехпроводной трехфазной цепи (рис. 1).

Рис. 1 - Схема соединения фаз источника и приемника в звезду

    При достаточной протяженности нейтрального провода он обладает существенным сопротивлением, которое оказывает определенное влияние на работу цепи. Это учтено в схеме введением в нейтральный провод резистора с сопротивлением нейтрального провода ZN. При появлении тока в нейтральном проводе это сопротивление обуславливает дополнительное напряжение UnN, которое искажает напряжения фаз приемника. 

   

    На основании II закона Кирхгофа для контура фазы А, обозначенного пунктиром можно записать

    Для двух других фаз можно записать аналогичные уравнения, из которых получим: 

    Фазные напряжения источника образуют симметричную систему. Очевидно, что при этом фазные напряжения приемника несимметричны.

    Напряжение UnN между нейтралями приемника и источника согласно методу узлового напряжения

где 

комплексные проводимости фаз приемника;  

комплексная проводимость нейтрального провода.

    Поскольку напряжения фаз источника равны их ЭДС, то выражение для UnN примет вид 

    При небольшом сопротивлении нейтрального провода проводимость YN можно принять равной бесконечности. Тогда напряжение UnN = 0, т.е. фазные напряжения приемника не искажаются и остаются симметричными, равными фазным напряжениям источника. С возрастанием сопротивления нейтрального провода напряжение UnN также возрастает и фазные напряжения приемника искажаются в соответствии с (1) . 

   Зная фазные напряжения приемника, можно определить ток в каждой фазе

 значение тока в нейтральном проводе

или в соответствии с первым законом Кирхгофа

 

    Роль нейтрального провода при симметричном приемнике

    При симметричном приемнике сопротивления и проводимости фаз одинаковы: 

    В этом случае

    Сумма фазных напряжений симметричного источника:  

и, следовательно,

    Кроме того, так как UnN=0, то из выражения (1) следует, что

    Т.е. при симметричном приемнике, соединенном "звездой", нейтральный провод не оказывает влияния на его работу. При этом остается справедливым соотношение

полученное ранее для трехфазного генератора.

    Трехпроводная электрическая цепь при несимметричном приемнике, соединенном "звездой"

    Схема соединения источника и приемника звездой без нейтрального провода приведена на рис. 2. 

                        Рис. 2 - Соединение фаз звездой без нейтрального провода

    При отсутствии нейтрального провода можно принять его сопротивление бесконечно большим, а проводимость равной нулю (YN = 0 ). 

    При этом в соответствии с (2) напряжение смещения нейтрали UnN оказывается максимальным:  

    При этом искажения фазных напряжений приемника также максимальны. Векторы фазных напряжений можно определить графически, построив векторную (топографическую) диаграмму фазных напряжений источника питания и UnN (рис. 3). 

                                        Рис. 3 - Напряжение смещения нейтрали

    При изменении величины (или характера) фазных сопротивлений напряжение смещений нейтрали UnN может изменяться в широких пределах. При этом нейтральная точка приемника n на диаграмме может занимать разные положения, а фазные напряжения приемника Ua, Ub, Uс и могут отличаться друг от друга весьма существенно. 

    Таким образом, при симметричной нагрузке нейтральный провод можно удалить и это не повлияет на фазные напряжения приемника. При несимметричной нагрузке и отсутствии нейтрального провода фазные напряжения приемника уже не связаны жестко с фазными напряжениями генератора, так как на нагрузку воздействуют только линейные напряжения генератора. Несимметричная нагрузка в таких условиях вызывает несимметрию ее фазных напряжений Ua, Ub, Uс и смещение ее нейтральной точки n из центра треугольника напряжений (смещение нейтрали). 

    Направление смещения нейтрали зависит от последовательности фаз системы и характера нагрузки.

    Поэтому нейтральный провод необходим для того, чтобы: 

•   выравнивать фазные напряжения приемника при несимметричной нагрузке; 

•   подключать к трехфазной цепи однофазные приемники с номинальным напряжением в √3 меньше номинального линейного напряжения трехфазной сети. 

    Следует иметь в виду, что в цепь нейтрального провода нельзя ставить предохранитель, так как перегорание предохранителя приведет к разрыву нейтрального провода и появлению значительных перенапряжений на фазах нагрузки.