Što je simetrično i asimetrično opterećenje?

U normalno funkcionirajućoj trofaznoj mreži linearni naponi (naponi između svakog para faznih vodiča) su jednaki po veličini, a fazni se razlikuju za 120 stupnjeva. U skladu s tim, fazni naponi (naponi između svakog faznog vodiča i neutralnog vodiča) jednaki su po veličini i imaju slične fazne razlike.

Kao što slijedi iz gore navedenog, fazni kutovi između tih napona jednaki su jedni drugima. To se zove "Simetrični trofazni naponski sustav".

Ako spojite simetrično opterećenje na takvu mrežu, odnosno trofazno opterećenje pri kojem su struje svake faze jednake veličine i faze, tada će takvo opterećenje stvoriti simetrični sustav struja (s istim faznim kutom između njih). To je moguće pod uvjetom da u sve tri faze opterećenja postoje identični reaktivni i aktivni otpori, odnosno Za = Zb = Zc.

Stoga se ispostavlja da su fazne struje jednake po jačini i u faznom kutu između njih u tim uvjetima. Primjeri simetričnih opterećenja: trofazni indukcijski motor, tri identične žarulje sa žarnom niti - svaka u svojoj fazi, simetrično opterećen trofazni transformator, itd.

Razmotrite vektorski dijagram struja simetričnog trofaznog opterećenja. Ovdje je lako vidjeti da geometrijski zbroj vektora trofaznih struja nestaje. To znači da će sa simetričnim opterećenjem struja neutralnog vodiča biti jednaka nuli, pa ga praktički nema potrebe koristiti.

Ako spojite asimetrično opterećenje na ovu trofaznu mrežu simetričnim naponskim sustavom, to jest opterećenjem kod kojeg su složeni otpori opterećenja u svakoj fazi različiti (Za ≠ Zb ≠ Zc), tada će opterećenje stvoriti sustav struja koji će se razlikovati u veličini i u smjeru (u usporedbi s trenutnim dijagramom karakterističnim za simetrično opterećenje). Vrijednosti ovih faznih struja mogu se naći prema Ohmovom zakonu.

I tada se geometrijski zbroj struja neće pretvoriti u nulu, što znači da će se u neutralnom vodiču odvijati izmjenična struja, pa je u ovom slučaju potreban neutralni vodič. Primjeri asimetričnih opterećenja: žarulje sa žarnom niti različitih kapaciteta u tri faze, asimetrično opterećeni trofazni transformator, opterećenja s različitim faktorima snage u tri faze itd.

Neutralna žica će u ovom slučaju osigurati očuvanje simetrije faznog napona unatoč činjenici da je opterećenje asimetrično. Zato četverožična mreža omogućava uključivanje jednofaznih potrošača različitih kapaciteta i prirodu impedance u različitim fazama. Krug svake opterećene faze bit će pod faznim naponom generatora, neovisno o razlici opterećenja između faza.

Ovdje je vektorski dijagram asimetričnog opterećenja. Na dijagramu je lako vidjeti da, zbog prisutnosti neutralne žice, struja u njoj predstavlja geometrijski zbroj strujnih vektora svake faze, dok fazni naponi ne bi imali iskrivljenja, što bi se sigurno pojavilo da nije postojala neutralna žica s asimetričnim opterećenjem.

Ako se iz nekog razloga neutralna žica slomi tijekom opskrbe neuravnoteženim opterećenjem, tada će doći do oštrog izobličenja napona i struje trofazne mreže, što može dovesti do nesreće.

Izobličenje će se dogoditi u ovom slučaju, jer tri kruga opterećenja koje napaja trofazni izvor zajedno s unutarnjim otporom izvora tvore tri kruga različite impedancije, čiji će pad napona biti različit, a naponski sustav trofazne mreže će prestati biti simetričan.Više o ovome pogledajte ovdje:Uzroci i posljedice probijanja nulte žice u mreži