Zatížení nulového vodiče

Způsoby zatížení nulového vodiče:




Přidání třetí harmonické v nulovém vodiči
Fyzikální zákony vyžadují, aby součet všech proudů – přicházejících a odcházejících v daném místě byl v každém okamžiku rovný nule. Zatímco u proudů základní harmonické, pokud jsou ve všech fázích stejné, dochází v místě spotřeby k jejich vyrovnání (a nulovým vodičem pak neprotéká zpět ke zdroji žádný proud), proudy třetí harmonické jednotlivých fází se sčítají. To je znázorněno na níže uvedeném obrázku:

Protože proudy třetí harmonické složky přitékající všemi třemi fázovými vodiči do místa spotřeby mají podobný průběh, tzn., že se v místě spotřeby sčítají, musí tento jejich součet být z místa spotřeby odveden. K tomu slouží nulový vodič. V něm se třetí harmonické všech tří fází sčítají.

Ukázka, jak se odvozují a jaký vliv mají proudy třetí harmonické:
Takže nyní k tomu, proč je tzv. třetí harmonická (rozumí se třetí harmonická proudu) tak nepříjemná.
Ideální průběh proudů a napětí v třífázové soustavě probíhá po sinusovce a vypadá takto:


Proud nebo napětí první fáze:

 
Proud nebo napětí druhé fáze:

 
Proud nebo napětí třetí fáze:

 
Proudy všech tří fází:
 

Výše uvedené ideální proudy (sinusového průběhu) jednotlivých fází se sčítají v nulovém vodiči. Jejich součet (jak se můžeme přesvědčit výpočtem nebo i na výše uvedeném obrázku) je v každém okamžiku rovný nule. V nulovém vodiči v takovém případě protéká nulový proud (jinými slovy – nulovým vodičem neprotéká žádný proud).

Třetí harmonická proudu a nulový vodič
Ne vždy, jak bylo ukázáno výše, je však průběh proudů ideálně sinusový. Některá elektronická zařízení odebírají proudy takřka obdélníkového průběhu:

 
Tento průběh lze přibližně upravit takto:

 
A to je již průběh složený z průběhu dvou střídavých proudů, jak je znázorněno níže:

 
Modře je znázorněna základní harmonická složka proudu sinusového průběhu, červeně je znázorněna třetí harmonická složka proudu rovněž sinusového průběhu, ovšem o trojnásobném kmitočtu oproti proudu základní harmonické.

Při souměrném zatížení takovými proudy vypadá průběh složený z průběhu dvou střídavých proudů ve druhé fázi takto:

 
a ve třetí fázi takto:

 
Na rozdíl od proudů základní harmonické, jejichž součet v nulovém vodiči se rovná nule, je součet proudů třetí harmonické v nulovém vodiči roven trojnásobku proudu třetí harmonické, jenž protéká každým jednotlivým fázovým vodičem. Na následujícím obrázku je znázorněno, jak se k proudu třetí harmonické první fáze připočítá proud třetí harmonické druhé fáze a k němu třetí harmonické třetí fáze:

 
Výsledný proud protékající nulovým vodičem bude tedy vypadat takto:
 

Podílejí se na něm proudy třetích harmonických všech tří fází:

 
Takový je tedy výsledek jednoduchého příkladu. V tomto kontextu je tedy třeba brát požadavky norem – zejména kapitoly 52 souboru ČSN 33 2000, tj. ČSN 33 2000-5-52 ed. 2, která v článku 523.6 uvádí:

V obvodu je třeba uvažovat počet těch vodičů, které vedou zatěžovací proud. Pokud je možno ve vícefázových obvodech předpokládat, že vodiče vedou vyvážené proudy, nemusí se nulový vodič příslušející k danému obvodu uvažovat. Za těchto podmínek se proudové zatížení čtyřžilového kabelu ve třífázovém obvodě bere stejně jako třížilového kabelu s fázovými žilami stejného průřezu.

Jestliže nulový vodič vede proud, který není odpovídajícím způsobem snížen oproti proudu fázových vodičů, musí se proud tohoto vodiče brát v úvahu při určování hodnot obvodu. Příčinou vzniku takových proudů mohou být značné proudy – násobky třetí harmonické proudu – třífázových obvodů. Jestliže je obsah harmonických větší než 15 % základního proudu vedení (proudu základní harmonické), nesmí být průřez nulového vodiče nižší než průřez fázových vodičů. Další – podrobnější požadavky jsou uvedeny v příloze E této normy.