Účel nulového vodiča v trojfázových systémoch
Jedným z najdôležitejších ekonomických problémov napájania je zníženie hmotnosti vodičov elektrickej siete pre daný prenášaný výkon a určité percento strát v sieti. Dá sa to dosiahnuť nielen zvýšením napätia v sieti, ale aj kombináciou niekoľkých nezávislých sietí a v niektorých vodičoch je možné vytvárať prúdy, ktoré sa navzájom kompenzujú. To umožňuje znížiť počet vodičov alebo ich prierez.
Už v prvých rokoch rozvoja elektrotechniky, keď sa prenos energie uskutočňoval pri konštantnom napätí, sa táto myšlienka využívala v tzv. trojvodičový systém, navrhol Dolivo-Dobrovolski.
Nech existujú dva rovnaké (napäťovo a výkonovo) zdroje konštantného napätia U, z ktorých každý slúži svojim užívateľom.
Sieť pozostáva zo štyroch vodičov.Ak spojíte dva vodiče v takzvanom vyrovnávacom (neutrálnom) vodiči, potom sa v ňom sčítajú opačne smerované prúdy, takže prierez vodiča sa môže výrazne znížiť.
Trojvodičový systém
Pri symetrickom zaťažení (I1 = I2) je vyrovnávací vodič zbytočný a úspora vodičov dosahuje 50°. Pri zmene záťaže (bez vyrovnávacieho vodiča) sa medzi nimi prerozdelí napätie, čo je nežiaduce.
Vyrovnávací vodič výrazne znižuje asymetrické rozloženie napätia. Ak je možné ignorovať vnútorný odpor zdrojov a odpor vedenia, asymetria je takmer úplne eliminovaná. Podobná myšlienka je základom konštrukcie viacfázových systémov striedavého prúdu.
Polyfázový symetrický systém je súbor niekoľkých striedavých napätí rovnakej amplitúdy a frekvencie, ktoré sú symetricky mimo fázy s časom. Praktickú prevahu získal trojfázový systém (pozri — Trojfázový systém EMF).
Trojfázový (a akýkoľvek viacfázový) systém má v porovnaní s jednofázovým systémom množstvo výhod: umožňuje vám zvýšiť hmotnosť vodičov elektrickej siete, poskytuje rovnomernejšie zaťaženie motora, rotačný elektrický troj- generátor fázového napätia a nakoniec umožňuje vytvárať široké točivé magnetické pole používané v elektromotoroch.
Ak sa namiesto trojfázového systému použije jednofázový systém (s rovnakým výkonom a rovnakým napätím), potom budú potrebné iba dva drôty, ale ich prierez sa bude musieť spoliehať na trojnásobok prúdu.V porovnaní s jednofázovým systémom ušetrí trojfázový systém 30-40% hmotnosti drôtu.
Pozri aj tu: Trojfázový prúd je lepší ako jednofázový
Bez ohľadu na spínací obvod generátora (zvyčajne neznámy používateľovi), záťaž trojfázového systému môže byť tiež zapojená dvoma spôsobmi - trojuholníkom alebo hviezdou.
V prvom prípade sa napätie u každého užívateľa rovná sieťovému napätiu a pri porušení symetrie záťaže sa nemení Prúd v užívateľovi (fáze) sa líši od prúdu vo vedení.
Keď sú spotrebiče zapojené do hviezdy, prúd v každej záťaži sa rovná zodpovedajúcemu prúdu vo vedení, ale napätie na každej záťaži (fáze) je iné ako vo vedení.
Pozri tiež -Hodnoty napätia, prúdu a výkonu pre hviezdu a trojuholník
Pri zmene záťaže sa prúdy automaticky prerozdelia a ich súčet (získaný v spoločnom bode záťaží) vždy zmizne. Súčasne dochádza k zodpovedajúcemu prerozdeleniu napätí medzi nerovnomerným zaťažením.
Táto nevýhoda je eliminovaná, ak existuje neutrálny vodič (pripojený k spoločnému bodu záťaží), pretože umožňuje, aby súčet troch fázových prúdov zostal nenulový, t.j. pri nevyváženej záťaži pomáha neutrálny vodič trojfázového systému udržiavať konštantné napätie záťaže.