Nulový vodič v třífázových systémech: účel, připojení a ochrana

Nulový vodič je vodič, který se připojuje ke společnému bodu třífázových zátěží a slouží k udržení symetrie a rovnováhy napětí v systému. Nulový vodič také plní následující funkce:

• Chrání před přepětím a zkraty, protože poskytuje cestu pro únik proudu.
• Uzemnění a zabránění úrazu elektrickým proudem při připojování krytů elektrických zařízení k zemi.
• Dopad na provoz elektrického zařízení, protože umožňuje připojit jednofázové spotřebiče k třífázové síti.

Nulový vodič má řadu vlastností, jako je průřez, barva, označení a způsob připojení, které jsou upraveny pravidly a předpisy pro použití elektrické energie.

Jedním z nejdůležitějších ekonomických problémů napájení je snížení hmotnosti vodičů elektrické sítě pro daný přenášený výkon a určité procento ztrát v síti. Lze toho dosáhnout nejen zvýšením napětí v síti, ale i kombinací více nezávislých sítí a v některých vodičích lze vytvořit proudy, které se vzájemně kompenzují. To umožňuje snížit buď počet vodičů, nebo jejich průřez.

Již v prvních letech rozvoje elektrotechniky, kdy se přenos výkonu prováděl při konstantním napětí, byla tato myšlenka využita v tzv. třívodičovém systému navrženém Dolivo-Dobrovolským.

Nechť existují dva stejné (napětí a výkon) zdroje konstantního napětí U, z nichž každý slouží svým vlastním spotřebitelům.

Síť se skládá ze čtyř vodičů. Pokud spojíte dva vodiče do tzv. vyrovnávacího (nulového) vodiče, pak se v něm sečtou opačně směrované proudy, takže se může výrazně zmenšit průřez vodiče.

Při symetrické zátěži (I1=I2) se vyrovnávací vodič ukazuje jako nadbytečný a úspora vodičů dosahuje 50°. Při změně zátěže (bez vyrovnávacího vodiče) dojde k přerozdělení napětí mezi nimi, což je nežádoucí.

Vyrovnávací vodič výrazně snižuje nesymetrické rozložení napětí. Pokud lze zanedbat vnitřní odpor zdrojů a odpor vedení, pak je asymetrie téměř zcela eliminována. Podobná myšlenka je základem konstrukce vícefázových systémů střídavého proudu.

Vícefázový symetrický systém je soubor několika střídavých napětí stejné amplitudy a frekvence, symetricky posunutých ve fázi s časem. Třífázový systém získal praktické rozdělení (viz – Třífázový EMF systém).

Třífázový (a jakýkoli vícefázový) systém má řadu výhod ve srovnání s jednofázovým systémem: umožňuje ušetřit na hmotnosti vodičů elektrické sítě, poskytuje rovnoměrnější zatížení motoru otáčejícího se třífázové napětí elektrický generátor, a konečně umožňuje vytvořit rotující magnetické pole, které je široce používáno v elektromotorech .

Pokud by se místo třífázové soustavy použila soustava jednofázová (stejného výkonu a stejného napětí), pak by byly potřeba pouze dva vodiče, ale jejich průřez by se musel počítat na trojnásobek proudu. V porovnání s jednofázovým systémem ušetří třífázový systém 30 – 40 % hmotnosti vodičů.

Bez ohledu na spínací obvod generátoru (spotřebitel obvykle neznámý) lze zátěž třífázového systému zapnout také dvěma způsoby – trojúhelníkem nebo hvězdou.

V prvním případě je napětí na každém ze spotřebitelů rovno lineární a nemění se, když je narušena symetrie zátěží. Proud ve spotřebiči (fázi) se liší od proudu ve vedení.

Když jsou spotřebiče zapnuty jako hvězda, proud v každé zátěži se rovná odpovídajícímu lineárnímu proudu, ale napětí na každé zátěži (fázi) se liší od lineárního.

Při změně zátěže se proudy automaticky přerozdělí a jejich součet (výsledný ve společném bodě zátěže) se vždy změní na nulu. Současně dochází k odpovídajícímu přerozdělení napětí mezi nestejným zatížením.

Tato nevýhoda je odstraněna, pokud je k dispozici nulový vodič (připojený ke společnému bodu zátěží), protože umožňuje, aby součet tří fázových proudů zůstal odlišný od nuly, tj. při asymetrické zátěži je nulový vodič 3. -fázový systém pomáhá udržovat konstantní napětí napříč zátěží.

Nulový vodič v třífázových systémech je tedy důležitý pro zajištění spolehlivého a bezpečného provozu elektrického zařízení, ale také vyžaduje použití dalších opatření k jeho ochraně.

Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře

Zjednodušte si výpočty elektrických obvodů, parametrů zařízení a dalších elektrotechnických úkolů s touto praktickou aplikací: Online kalkulačka elektrotechniky

Rozvíjejte své profesní dovednosti:

Vyberte si vhodný formát a témata!