Порушення в нульовому проводі - ТОЕ, РЗА
Нехай фази генератора і фази навантаження з'єднані зіркою з нульовим проводом, а трифазна система напруг на обмотках генератора симетрична. Якщо опір нульового проводу дорівнює нулю, то при будь-нерівномірному навантаженні фаз все три фазних напруги на нагрузочном кінці лінії будуть однаковими і рівними фазній напрузі Uф на генераторному кінці лінії. Токи в фазах навантаження визначатимуться її імпеданс Z1. Z2. Z3.
Припустимо тепер, що в нульовому проводі сталося якесь порушення. Під терміном «порушення» будемо розуміти або поява у нульового проводу помітного опору (внаслідок, наприклад, погані контакти або великий його довжини при малому перетині), або його обрив (ZN = ∞). Подивимося, як при цьому зміниться режим на нагрузочном кінці лінії. Якщо навантаження симетрична, то ніяк, оскільки струму в нульовому проводі при цьому все одно не було б. Таким чином, становить інтерес варіант, коли ZN ≠ 0 і навантаження несиметрична.
Позначення струмів, напруг і импедансов в ланцюзі в цьому випадку показані на рис. 10, а (фазні напруги відзначені тільки для фази 1). Якщо - симетрична система напруг на фазах генератора, то напруги на фазах навантаження тепер уже будуть, взагалі кажучи, відмінні від них, так як в нульовому проводі з'явиться ток İN. а значить і деяке падіння напруги. В результаті потенціал точки n на нагрузочном кінці лінії буде відмінним від потенціалу точки N. який приймається за нуль, на величину Un. Висловимо Un через через задані фазні напруги і імпеданс ланцюга.
За першим правилом Кірхгофа,
З другого правила Кірхгофа знаходимо:
Звідси потенціал вузла n
На рис. 10, б показана векторна діаграма напруг в ланцюзі. Система векторів фазних напруг утворює симетричну зірку. Вектори лінійних напруг замикають кінці фазних, утворюючи правильний трикутник. На нагрузочном кінці лінії зірка фазних напруг повинна бути вписана в трикутник лінійних. А оскільки лінійні напруги однакові на генераторному і на нагрузочном кінцях лінії (втратами напруги в фазних проводах ми нехтуємо з метою виділення тільки ефекту порушення в нульовому проводі), то кінці векторів і попарно збігаються (рис. 10, б). А так як для несиметричного навантаження три її фазних напруги різні, то зірка їх векторів буде спотворена, тобто точка n їх загального початку буде зміщена від центру симетрії N. Величина такого зсуву і визначається вектором Un. Як видно з рис. 10, б, побудовані з точки n вектори задовольняють другому правилу Кірхгофа для кожного з трьох контурів ланцюга; наприклад, для контуру фази 1 :. Залежно від импедансов фаз навантаження і опору нульового проводу, точка n може знаходитися в будь-якому місці всередині трикутника лінійних напруг, і навіть поза ним. І тільки при ідеально провідному нульовому проводі точка n збігається з N при будь-яких ненульових імпеданс Z1. Z2. Z3.
Зауваження. З викладеного видно, що занулення корпусу приладу не еквівалентно його заземлення: хоча поблизу генераторів (на підстанціях) нульовий провід завжди заземлений, тобто , Але через кінцівки опору нульового проводу, при порушенні симетрії навантаження (а це завжди в якійсь мірі є) потенціал.
Отже, в разі порушень в нульовому проводі відбувається спотворення симетрії напруг на навантаженні: фаза навантаження з меншим опором виявляється під зниженим, а фаза з великим - під підвищеним напругою в порівнянні з номінальним фазнимU ф. Так як подібні порушення режиму для споживачів електроенергії неприпустимі, то на якість нульового проводу звертається особлива увага. Рубильники, запобіжники та інші пристрої, здатні викликати його розрив, в ньому не встановлюються. З цієї ж причини споживачі ніколи не застосовують з'єднання фаз навантаження зіркою без нейтрального проводу (рис. 8), якщо наперед відомо, що навантаження по фазах буде несиметричною. Будь-яке ж порушення або обрив фазного проводу при хорошому нульовому позначиться тільки на споживачах цієї фази, в двох інших фазах напруги практично не зміняться.