Симетричне навантаження. Для усунення недоліків трипровідної трифазної системи при з'єднанні “зіркою” М.О. Доливо - Добровольський ще в 1891 р. запропонував застосовувати чотирипровідну трифазну електричну схему, тобто систему трифазного струму з нульовим проводом.
Якщо нульовий провід з боку генератора заземлений, то така система називається "системою трифазного струму з заземленою нейтраллю". Чотирипровідна схема дозволяє з'єднувати обмотки генератора і споживача тільки "зіркою". Чотирипровідне трифазне коло зображене на рисунку 3.50.
Наявність нульового проводу, що з'єднує нульові точки обмотки генератора і навантаження, призводить до того, що фазні напруги на навантаженні стабілізуються, тобто вони не змінюються з появою нерівномірності в навантаженнях фаз. Незалежно від рівномірності або нерівномірності навантаження, маємо такі співвідношення: 
. Співвідношення 
в такій системі виконується будь-коли.
Рисунок 3.50 - Схема чотирипровідного трифазного кола при з'єднанні джерела ЕРС і приймача електричного струму "зіркою".
Лінійні струми при з'єднанні "зіркою" завжди дорівнюють фазним струмам:
IЛ =IФ . (3.68)
Якщо навантаження рівномірне, тобто
,
то 
.
Якщо ж навантаження нерівномірне, тобто 
,
то струми 
.
Їх величини визначаються за законом Ома:
; 
Величина струму в нульовому проводі визначається наступним способом. Припустимо, що навантаження чисто активне (cosj=1). Струм у нульовому проводі, відповідно до 1-го закону Кірхгофа, дорівнює геометричній сумі фазних струмів, що сходяться в нульовій точці навантаження:
N=a + b + c . (3.69)
Коли навантаження рівномірне, тобто геометрична сума фазних струмів дає замкнутий векторний трикутник і рівнодіючий вектор, тобто вектор струму у нульовому проводі, дорівнює нулю. Отже, при рівномірному навантаженні нульовий провід не потрібний. Векторна діаграма струмів і напруг для рівномірного навантаження зображена на рисунку 3.51.
Рисунок 3.51 - Векторна діаграма струмів і напруг (топографічна діаграма) при з'єднанні джерела ЕРС і приймача "зіркою" (рівномірне навантаження фаз).
Несиметричне навантаження. Якщо навантаження фаз нерівномірне і геометрична сума фазних струмів не дає замкнутого векторного багатокутника, то рівнодіючий вектор, що замикає багатокутник струмів, є струмом у нульовому проводі (див. топографічну діаграму на рисунку 3.52).
Величина струму в нульовому проводі 
залежить від ступеня нерівномірності навантаження. Найбільший струм у нульовому проводі буде тоді, коли в одній з фаз навантаження відсутнє, а інші фази навантажені, тобто коли: 
, 
.
Тоді 
(див. топографічну діаграму на рисунку 3.53).
|
|
Рисунок 3.52 - Векторна діаграма струмів і напруг (топографічна діаграма) при з'єднанні джерела ЕРС і приймача "зіркою" з нульовим проводом (нерівномірне навантаження фаз).
Рисунок 3.53 - Векторна діаграма струмів і напруг при з'єднанні джерела ЕРС і приймача "зіркою" із нульовим проводом (відсутнє навантаження фази С).
Роль нейтрального проводу з точки зору пожежної безпеки. Струм у нульовому проводі, в залежності від ступеня нерівномірності навантаження фаз, може мати величину від нуля до ¥. На практиці при освітлювальному навантаженні рідко буває повна рівномірність, тому площа поперечного перерізу нульового проводу вибирається рівною 0,5÷0,7 від перерізу фазного проводу, переріз якого, у свою чергу, визначається за найбільшим лінійним струмом.
У випадку обриву нульового (нейтрального) проводу при нерівномірному навантаженні фаз у колі навантаження з'являється асиметрія, тобто напруги на фазах споживача будуть неоднакові, і нульова точка споживача відносно землі одержить деякий потенціал. З метою запобігання цьому явищу, в нульовому проводі не встановлюють запобіжників і вимикачів. Це забороняється правилами улаштування електроустановок (ПУЕ).
| « 3.10 З’єднання споживачів трифазного струму | 3.12 З’єднання джерела ЕРС і приймача » |