В трехпроводных сетях трехфазного тока нейтрального провода нет. Однако в ряде случаев приходится создавать искусственную нулевую точку. Она может получиться при соединении в звезду трех одинаковых сопротивлений. Ими могут быть: три активных сопротивления r, например три одинаковые лампы накаливания, либо три одинаковых конденсатора C, либо три одинаковых индуктивных сопротивления L, либо три ветви, каждая из которых содержит сопротивление r1 и индуктивность L1 (рисунок 1, а), и так далее. Рассмотрим несколько типичных случаев.
Рисунок 1. Искусственная нулевая точка в цепях измерения и защиты.
На рисунке 1, б обмотки электродвигателя Д имеют шесть выводов, поэтому при соединении в звезду легко получить нулевую точку N. Между нею и землей включено реле Р. Пока все фазы получают питание, на обмотке реле напряжение близко к нулю, так как потенциалы земли и точки N практически одинаковы. Если же нарушится цепь одной или двух фаз, то реле Р сработает и отключит контактор К.
Рассмотренная на рисунке 1, б схема непригодна для электродвигателей высокого напряжения. В таких случаях пользуются искусственной нулевой точкой, образованной во вторичных цепях измерительных трансформаторов. Так, например, на рисунке 1, в реле Р1 включено в нейтраль трех трансформаторов тока ТТ. При нарушении в цепи одной или двух фаз электродвигателя Д1 реле Р1 срабатывает и отключает выключатель В.
На рисунке 1, г изображено измерение мощности трехфазного электродвигателя Д3, соединенного в треугольник. Токовая обмотка 1 однофазного ваттметра W (показания которого надо умножить на три, так как он измеряет мощность в одной фазе) включена в фазу c. Начало обмотки напряжения 2 присоединено к той же фазе, а конец – к искусственной нулевой точке N1; она образована обмоткой 2 и двумя равными ей по величине активными сопротивлениями r.
На каком основании применены в данном случае активные сопротивления? На том основании, что обмотка измерительного механизма ваттметра (не счетчика!) имеет ничтожное индуктивное сопротивление, а последовательно с ней включено весьма значительное активное сопротивление. У счетчика же добавочного сопротивления нет. Обмотка счетчика, имеющая большую индуктивность, включается на полное напряжение сети. Значит, нельзя при включении счетчика пользоваться активными сопротивлениями для образования нулевой точки по причинам, которые рассмотрены в статье "Схема соединения "Звезда" при объяснении рисунков 12 и 13.
До сих пор рассматривались искусственные нулевые точки для включения реле и ваттметров, то есть нагрузок порядка нескольких вольт-ампер. Следующий пример относится к искусственной нулевой точке для сетей, потребители которых имеют суммарную мощность, исчисляемую десятками киловатт. Речь идет о повышении пропускной способности сетей, питающих жилые дома. Дело сводится к следующему. В некоторых старых городах потребители питались от сетевых трансформаторов со вторичными обмотками, соединенными в треугольник при напряжении 125 В (рисунок 2, а). В связи с возросшими нагрузками потребовалось, не меняя кабельной сети, не меняя номинального напряжения электроприемников и счетчиков, перейти на четырехпроводную систему (рисунок 2, б) примерно 220 / 127 В. При этом ток в линейных проводах уменьшается в √3 раз, а пропускная способность кабеля от сетевого трансформатора до ввода в дом возрастает в 3 раза.
Рисунок 2. Искусственная нулевая точка в сетях освещения. Нейтрайлер.
Вторичную обмотку сетевого трансформатора 1 (рис. 2, в) пересоединяют с треугольника в звезду или заменяют трансформатор. Нейтраль трансформатора глухо заземляют. На каждом вводе в дом вблизи вводного ящика устанавливают нейтрайлер 4. Вдоль существующей трехпроводной магистрали 3 прокладывают четвертый нейтральный провод 5 и присоединяют его к нейтральной точке N нейтрайлера. Последняя заземляется путем присоединения к оболочке и броне кабеля 2 *. Однофазных потребителей 6 переключают так, чтобы один вывод был присоединен к фазному проводу 3, а другой – к нейтральному проводу 5. Нагрузка между фазами распределяется равномерно.
Нейтрайлер
Нейтрайлер (рисунок 2, в) представляет собой аппарат сравнительно небольших размеров (примерно 700 × 400 × 200 мм), в котором на трехстержневом магнитопроводе расположена обмотка, соединенная в зигзаг (смотрите статью "Схема соединения "Зигзаг"). Через нейтрайлер проходит ток небаланса, вызванный неравномерностью нагрузки фаз. Этот ток в обмотках нейтрайлера делится на три равные части и противоположно направлен в секциях каждого стержня. Поэтому для тока небаланса нейтрайлер представляет ничтожное сопротивление.
Кроме того, благодаря соединению обмоток в зигзаг ток небаланса распределяется между всеми фазами. Иными словами, на участке от сетевого трансформатора 1 до места присоединения нейтрайлера 4 нагрузка между фазами выравнивается: ток в наиболее нагруженной фазе уменьшается, а в менее нагруженных – возрастает.
* Заземлять нейтральную точку нейтрайлера нужно для предотвращения опасного для ламп повышения напряжения в магистрали, питающей дом, при перегорании предохранителя (на рис. 2, в предохранители не показаны) или обрыве в цепи нейтрайлера.
Источник: Каминский Е. А., "Звезда, треугольник, зигзаг" – 4-е издание, переработанное – Москва: Энергия, 1977 – 104с.