Назначение нулевого провода в четырех проводной цепи

Ток в нулевом проводе равен нулю при строго симметричной нагрузке. Если нагрузка несимметрич­ная, т. е. Z_A≠Z_B ≠Z_c, то неравными будут и токи: Iа≠Iв≠Iс. Тогда на основе построения, аналогич­ного приведенному на рис. 6.8, нетрудно убедиться, что при симметрии фазных напряжений ток в нулевом проводе не равен нулю: I₀≠0 (за исключением неко­торых частных случаев). Таким образом, при симмет­рии фазных напряжений и несимметрии нагрузки в нулевом проводе есть ток. Представим себе, что нулевой провод оборвался: I₀ = 0. При этом токи I_A, I_B I_c должны измениться так, чтобы их векторная сумма оказалась равной нулю:

I_А + I_в + I_с = 0.

Но при заданных сопротивлениях нагрузки Z_A, Z_B, Z_c токи могут измениться только за счет измене­ния фазных напряжений. Следовательно, обрыв нуле­вого провода в общем случае приводит к изменению фазных напряжений; симметричные фазные напряже­ния становятся несимметричными.

Рассмотрим топографическую векторную диаграм­му, представленную на рис. 6.14.

Для простоты пренебрежем падением напряжения внутри обмоток генератора и проводах линии и будем считать, что напряжения на нагрузке равны ЭДС генератора.

При несимметрии нагруз­ки и отсутствии нулевого провода фазные напряжения U_A, U_B, U_c будут различны­ми и точка О' займет на век­торной диаграмме положе­ние, отличное от точки О.

Рис. 6.14. Топографическая векторная диаграм­ма ЭДС и напряжений трехфазной цепи при отсутствии нулевого прово­да

Введем нулевой провод с пренебрежимо малым сопротивлением, как показано на рис. 6.7. При этом потенциалы точек О и О' окажутся одинаковыми. Это означает, что точки О и О' на топографической диаграмме рис.6.14 должны быть совмещены.

Точка О на топографической диаграмме не может изменить своего положения, так как симметрия ЭДС Е_А, Е_в, Е_с обеспечивается конструкцией генератора. Следовательно, точка О' перейдет в точку О, т. е. фазные напряжения на нагрузке станут симметрич­ными.

Таким образом, нулевой провод в четырехпроводной цепи предназначен для обеспечения симмет­рии фазных напряжений при несимметричной на­грузке.

Несимметрия фазных напряжений недопустима, так как приводит к нарушению нормальной работы потре­бителей, рассчитанных на определенное рабочее на­пряжение.

Соединение нагрузки треугольником. Векторные диаграммы, соотношения между фазными и линейными токами и напряжениями

Рис. 6.15. Соединение нагрузки треугольником

Треугольником могут быть соединены как обмотки генератора, так и фазы нагрузки. При соединении тре­угольником фазные и линейные напряжения равны: U_Л = U_Ф (рис. 6.15). Применив первый закон Кирхгофа

Рис. 6.16. Векторные диаграммы напряжений и токов трех­фазной цепи при соединении нагрузки треугольником

Рис. 6.17. К определению соотношения между фазными и линейными токами при соединении нагрузки тре­угольником

к узлам А, В и С, найдем связь между линейными I_А I_В I_С фазными I_АВ, I_ВС, I_СА токами. Для векторов токов справедливы соотношения

I_А ⁼ I_АВ- I_СА; I_В=I_ВС — Iав; Iс = Iса — Iвс

Этим уравнениям удовлетворяют векторные диаг­раммы, представленные на рис. 6.16. При симметричной нагрузке

I_А =I_В = Iс = I_Л; I_АВ =I_ВС= I_СА= I_Ф.

Из треугольника фазных и линейных токов (рис. 6.17) находим

I_л = 2I_ф cos 30° = 2I_ф = √3 I_Ф.

Таким образом, при соединении треугольником

U_Л=U_Ф; I_Л=√3I_Ф