Pojem „nulové vyhorenie“ sa objavil v elektrotechnickom slovníku v dôsledku častého vyhorenia takzvaného „nulového vodiča“, ktorý v priemyselných trojfázových sieťach striedavý prúd sa používa ako pracovný vodič a preteká ním prúd.
V prípade bytového jednofázového obvodu je „neutrálny vodič“ vodič, ktorý má nulový potenciál vzhľadom na zem. Druhý vodič sa v tomto prípade nazýva "fáza"; má vyšší potenciál vo vzťahu k zemi, rovných 220 voltov a nie sú problémy s nulovým vyhorením.

Nulové vyhorenie je možné len v trojfázové siete striedavý prúd a to len vtedy, keď dôjde k nerovnováhe zaťaženia v každej z fáz napájacej siete. Samotný koncept „neutrálneho vodiča“ je použiteľný iba pre schému zapojenia trojfázových zdrojov prúdu a záťaže podľa schémy „hviezda“, preto má zmysel analyzovať iba túto schému. Je tiež dobre známe, že striedavé prúdy v každom z fázových vedení (v prípade rovnakých záťaží) sú fázovo posunuté o jednu tretinu periódy, v dôsledku čoho je vektorový súčet spätných prúdov v neutrále ( nula) vodič je nulový.

Vzhľadom k tomu, cez neutrálny vodič v tomto prípade elektriny netečie, je prakticky možné sa bez neho zaobísť. Malé prúdy sa objavujú v neutrálnom vodiči iba vtedy, keď sa záťaže v rôznych fázach začínajú líšiť a prestávajú sa navzájom kompenzovať. Preto má väčšina trojfázových štvorvodičových vodičov nulové jadro polovičného prierezu, keďže nemá zmysel míňať dosť drahú meď na vodič, cez ktorý aj tak netečie prúd. Problémy v troch fázach elektrickej siete sa začnú objavovať, keď sú zariadenia s rôznymi hodnotami odporu zapnuté ako jednofázové záťaže.

Akékoľvek pokusy o získanie jednofázových záťaží rovnomerne rozložených v tomto prípade nedávajú pozitívny výsledok. Je to spôsobené tým, že spotrebiteľ pripája svoje domáce elektrické spotrebiče úplne náhodným spôsobom, čím neustále mení zaťaženie každej jednotlivej fázy. V tomto prípade prúd pretekajúci nulovým vodičom spravidla neprekračuje kritickú hodnotu a vedenie určené pre určité prúdy im odolá bez zvláštnych následkov.

Ale začal sa črtať úplne iný obraz posledné roky, kedy široké využitie prijaté spínané zdroje, ktoré sú dnes inštalované takmer vo všetkých moderných domácich spotrebičoch (počítače, televízory, DVD prehrávače atď.).

Záťažové prúdy v obvodoch nových zdrojov prúdia len po určitú dobu a charakter ich spotreby sa výrazne líši od režimu spotreby bežných zariadení. V dôsledku toho v trojfázový obvod vznikajú ďalšie prúdy a pri zohľadnení nekonzistentnosti záťaží môže cez neutrálny vodič začať pretekať prúd rovný alebo dokonca väčší ako maximálny fázový prúd. To všetko prispieva k vzniku podmienok, za ktorých môže dôjsť k „nulovému vyhoreniu“, ktoré je nebezpečné pre elektrickú sieť.

Je to spôsobené tým, že všetky vodiče (vrátane nuly) pracujúce ako súčasť trojfázových drôtových vedení majú rovnaký prierez, vybraný z výpočtu maximálneho prúdu tečúceho v záťaži. Za obzvlášť nepriaznivých podmienok (opísaných vyššie) začína prúdiť cez nulový vodič prúd, ktorý výrazne prekračuje prípustné hodnoty. V tomto prípade sa pravdepodobnosť jeho vyhorenia dramaticky zvyšuje.

S takouto situáciou, ktorá spôsobuje výraznú „fázovú nerovnováhu“ a zvyšuje pravdepodobnosť „nulového vyhorenia“, je potrebné počítať pri príprave podrobného návrhu vašej domácej elektrickej siete.

Strana 1

Prúd nulového vodiča, ktorý sa rovná geometrickému súčtu prúdov troch fáz, s rovnomerným zaťažením sa rovná nule. Preto v neutrálny vodič Prúd nebude tiecť a nie je to potrebné. Takže napríklad trojfázové striedavé motory sú pripojené k sieti hviezdou bez neutrálneho vodiča.

Pretože prúd neutrálneho vodiča sa rovná súčtu lineárnych prúdov, potom pri rovnakom zaťažení fáz bude súčet prúdov priamych a reverzných systémov rovný nule a iba prúdy nulových systémov bude v neutrálnom vodiči.

Variant testu je určiť prúd neutrálneho vodiča v obvode s plnou hviezdou. Teoreticky pri symetrickom trojfázovom zaťažení by mal byť prúd v neutrálnom vodiči nulový. V praxi v dôsledku asymetrie primárnych prúdov, asymetrie sekundárneho zaťaženia a neidentity charakteristík CT sa prúd v neutrálnom vodiči zvyčajne nerovná nule.

Ako je možné vidieť z vektorového diagramu, v režime otvorenej fázy môže byť ID prúdu neutrálneho vodiča dosť veľké. Toto je potrebné vziať do úvahy v prevádzkových podmienkach, pretože uzemnenie nulového bodu zvyčajne nie je navrhnuté pre nepretržitý tok vysokých prúdov.

Ak pre káble s medenými vodičmi s prierezom 35 mi alebo viac je prúd nulového vodiča väčší ako 50 % fázového prúdu, potom je prierez ohybného medený drôt(prepojky) sa urobí o krok viac.

K problému 5-1.

Prerušenie nulového vodiča neovplyvňuje činnosť obvodu, pretože prúd nulového vodiča je nulový.

Fázový prúd sa privádza do jedného z primárnych vinutí s počtom závitov w a prúd neutrálneho vodiča sa privádza do druhého s počtom závitov / s w i. Prítomnosť sekundy primárne vinutie s počtom závitov 11 / s w i je potrebné kompenzovať prúdy s nulovou sekvenciou.

V symetrických trojfázových systémoch je prúd neutrálneho vodiča nulový. V praxi, s neideálnou symetriou, prúd nulového vodiča, hoci sa líši od nuly, zostáva výrazne menší ako fázové prúdy. Preto možnosť voľby menšieho prierezu nulového vodiča v porovnaní s prierezom fázových vodičov vedie k efektívnejšiemu využitiu vodivých materiálov v trojfázových systémoch.

V schéme diferenciálna ochrana(obr. 13.10, c) používa sa jeden prúdový transformátor TAZ s nulovou sekvenciou. Prúd v relé KA je úmerný rozdielu medzi magnetickým tokom vytvoreným prúdmi fázových vodičov a tokom vytvoreným prúdom neutrálneho vodiča. S vonkajším skraty k zemi, tento rozdiel je blízko nule a prúd v relé je nedostatočný na spustenie ochrany. V prípade zemného spojenia v ochrannom pásme sa magnetické toky sčítajú, prúd v relé prekročí vypínací prúd a ochrana vypne generátor.

V obvode diferenciálnej ochrany znázornenom na obr. 12.2, c sa používa jeden prúdový transformátor TAZ s nulovou sekvenciou. Prúd v relé KA je úmerný rozdielu medzi magnetickým tokom vytvoreným prúdmi fázových vodičov a tokom vytvoreným prúdom neutrálneho vodiča. Pri externých skratoch k zemi je tento rozdiel blízky nule a prúd v relé je nedostatočný na spustenie ochrany. V prípade zemného spojenia v ochrannom pásme sa magnetické toky sčítajú, prúd v relé prekročí odberový prúd a ochrana vypne generátor.

Nech sú fázy generátora a fázy záťaže spojené hviezdou s neutrálnym vodičom a trojfázový systém napätie na vinutí generátora je symetrické. Ak je odpor nulového vodiča nulový, potom pri akomkoľvek nerovnomernom zaťažení fáz všetky tri fázové napätia na záťažovom konci vedenia bude rovnaký a rovný fázovému napätiuU f na konci vedenia generátora. Prúdy vo fázach zaťaženia budú určené jeho impedanciamiZ 1 , Z 2 , Z 3 .

Predpokladajme teraz, že v neutrálnom vodiči došlo k nejakému porušeniu. Pod pojmom "porušenie" rozumieme buď objavenie sa viditeľného odporu na neutrálnom vodiči (kvôli napr. zlé kontakty alebo jeho veľká dĺžka s malým prierezom), alebo jeho zlom (Z N=∞). Pozrime sa, ako sa tým zmení režim na konci zaťaženia linky. Ak je zaťaženie symetrické, potom v žiadnom prípade, pretože v neutrálnom vodiči by stále nebol žiadny prúd. Zaujímavá je teda možnosť kedy

Označenia prúdov, napätí a impedancií v obvode sú v tomto prípade znázornené na obr. 10, a (fázové napätia sú označené len pre fázu 1). Ak- symetrický systém napätí na fázach generátora, potom sa napätia vo fázach záťaže budú teraz vo všeobecnosti líšiť od nich, pretože v neutrálnom vodiči sa objaví prúd İ N, a teda určitý pokles napätia. V dôsledku toho potenciál bodunna záťažovom konci vedenia sa bude líšiť od bodového potenciáluN, ktorá sa berie ako nula, o hodnotu U n . U n vyjadrujeme prostredníctvom daných fázových napätía impedancie obvodov.

Podľa prvého Kirchhoffovho pravidla,

Z druhého Kirchhoffovho pravidla nájdeme:

(2)

V dôsledku toho

Preto potenciál uzlan

(3)

Na obr. 10, b je znázornený vektorový diagram napätí v obvode. Systém vektorov fázového napätia tvorí symetrickú hviezdu. vektory sieťové napätia zatvorte konce fázy a vytvorte pravidelný trojuholník. Na konci zaťaženia vedenia musí byť hviezda fázových napätí vpísaná do lineárneho trojuholníka. A keďže sieťové napätia sú rovnaké na generátore a na koncoch záťaže vedenia (straty napätia v fázové vodiče zanedbávame, aby sme zdôraznili iba účinok porušenia v neutrálnom vodiči), potom konce vektorov a zhodujú sa v pároch (obr. 10, b). A keďže pre asymetrickú záťaž sú jej tri fázové napätia odlišné, hviezda ich vektorov bude skreslená, t.j. bodkanich spoločný pôvod bude posunutý zo stredu symetrieN. Hodnota takéhoto posunu je určená vektorom U n . Ako je možné vidieť na obr. 10, b, postavené z bodunvektory spĺňajú druhé Kirchhoffovo pravidlo pre každý z troch obrysov obvodu; napríklad pre obvod fázy 1:. V závislosti od impedancií zaťažovacích fáz a odporu neutrálneho vodiča bodnmôžu byť umiestnené kdekoľvek v trojuholníku sieťového napätia a dokonca aj mimo neho. A to len s dokonale vodivým neutrálnym vodičom, bodkoun sa zhoduje s Npre akúkoľvek nenulovú impedanciuZ 1 , Z 2 , Z 3 .

Komentujte.Z vyššie uvedeného je zrejmé, že uzemnenie krytu zariadenia nie je ekvivalentné jeho uzemneniu: hoci v blízkosti generátorov (v rozvodniach) je neutrálny vodič vždy uzemnený, t.j. , ale vzhľadom na konečnosť odporu nulového vodiča, ak sa naruší symetria záťaže (a tá je tam do určitej miery vždy), potenciál .

Takže v prípade porušenia neutrálneho vodiča je symetria napätí na záťaži skreslená: fáza záťaže s menším odporom je pod zníženou a fáza s vysokým odporom je pod zvýšeným napätím v porovnaní s nominálnou fázou. U f . Keďže takéto porušenia režimu pre spotrebiteľov elektriny sú neprijateľné, osobitná pozornosť sa venuje kvalite neutrálneho vodiča. Nie sú v ňom nainštalované ističe, poistky a iné zariadenia, ktoré môžu spôsobiť jeho prasknutie. Z rovnakého dôvodu spotrebitelia nikdy nepoužívajú pripojenia fázy s hviezdicovým zaťažením bez neutrálny vodič(obr. 8), ak je známe, že fázové zaťaženie bude nevyvážené. Akékoľvek porušenie alebo prerušenie fázový vodič s dobrou nulou ovplyvní iba spotrebiteľov tejto fázy, v ďalších dvoch fázach sa napätie prakticky nezmení.