Отдельные фазы трехфазной системы принято обозначать латинскими буквами А, В и С. Этими же буквами обозначают начала обмоток генератора. Концы обмоток обозначают буквами X, Y и Z.
Условимся, что положительно направленный ток выходит из обмотки генератора через ее начало и входит в нее через ее конец (рис. 4.6). Если все концы обмоток генератора соединить в одной точке О, а к их началам присоединить провода, идущие к приемникам электрической энергии (у которых концы также соединены в общей точке СГ), то мы получим соединение звездой (рис. 5.6).
Рис. 5. 6
Мы видим, что контуры, по которым замыкаются фазные токи, при таком соединении не изменятся. Следовательно, по общему обратному проводу будет протекать ток, равный сумме токов трех фаз:
. 5. 5
Если все три фазы имеют одинаковые нагрузки, то фазные токи будут равны по модулю, отличаясь друг от друга по фазе на 120°:
I A = I m sin ω t; I B = I m sin (ω t – 120o); I C = I m sin (ω t – 240o). 5. 6
Рис. 5. 7
Точка соединения концов обмоток генератора или концов нагрузок называется нулевой. Провода, соединяющие начала обмоток генератора с приемниками электроэнергии, называются линейными. Система трехфазного тока с нулевым проводом называется четырехпроводной. В цепях трехфазного тока вне зависимости от способа соединения различают два типа напряжений – линейные и фазные – и два типа токов – линейные и фазные. Напряжение между двумя линейными проводами называется линейным, а между линейным и нулевым проводом – фазным, для обозначения линейных напряжений будем пользоваться двойными индексами, а фазных – одинарными (см. рис. 5.7). Токи, протекающие в линейных проводах, называются линейными, а в нагрузках фаз – фазными.
|
|
На первый взгляд, может показаться, что поскольку в нулевом проводе ток равен нулю, то этот провод можно совсем убрать, оставив только три линейных провода. Однако это, не всегда возможно. В случае несимметричной нагрузки отсутствие нулевого провода приведет к перераспределению фазных напряжений, в результате чего некоторые из них станут выше номинального (что недопустимо), а некоторые – ниже. Если при несимметричной нагрузке включить нулевой провод, то по нему будет протекать некоторый ток, а все фазные напряжения будут равны номинальному. Наличие нулевого провода обеспечивает равенство фазных напряжений при несимметричной нагрузке.
При соединении звездой линейный ток совпадает с фазным, т.е. I L = I Ф.
По первому закону Кирхгофа для нейтральной точки n(N) имеем в комплексной форме
İ N = İ A + İ B + İ C. 5. 7
Рис. 5. 8
В соответствии с выбранными условными положительными направлениями фазных и линейных напряжений можно записать уравнения по второму закону Кирхгофа.
Ú AB = Ú A – Ú B; Ú BC = Ú B – Ú C; Ú CA = Ú C – Ú A. 5. 8
Согласно этим выражениям на рис. 5.8, а построена векторная диаграмма, из которой видно, что при симметричной системе фазных напряжений система линейных напряжений тоже симметрична: UAB, UBC, UCA равны по величине и сдвинуты по фазе относительно друг друга на 120° (общее обозначение UЛ), и опережают, соответственно, векторы фазных напряжений UA, UB, UC, (UФ) на угол 30°.
Действующие значения линейных напряжений можно определить графически по векторной диаграмме или по формуле, которая следует из треугольника, образованного векторами двух фазных и одного линейного напряжений:
|
|
UЛ = 2 UФ cos 30°,
или
UЛ = 
UФ. 5. 9
Предусмотренные ГОСТом линейные и фазные напряжения для цепей низкого напряжения связаны между собой соотношениями:
UЛ = 660 В; UФ = 380 В; UЛ = 380 В; UФ = 220 В; UЛ = 220 В; UФ = 127 В.
Наличие двух напряжений (линейного и фазного) является достоинством четырехпроводной линии.
Можно считать, что между нулевой точкой генератора и нулевой точкой приемника разность потенциалов отсутствует.
Соединение звездой без нулевого провода применяют при подключении обмоток трехфазных двигателей, а соединение с нулевым проводом при электрификации жилых домов. При электроснабжении жилых домов в них вводят четырехпроводной кабель. В квартиры же подается один нулевой провод и один линейный. При этом линейные провода чередуются от квартиры к квартире для того, чтобы наиболее равномерно загрузить сеть по фазам.
Рис. 5. 9. Схема электроснабжения жилого дома
Установка предохранителей в нулевом проводе на распределительных щитах категорически запрещена, так как при его перегорании фазные напряжения могут стать неравными, а это приводит к превышению номинального напряжения в некоторых фазах и выходу из строя осветительных и бытовых приборов.