Określ przyczynę nadmiernego wzrostu napięcia na zaciskach odbiornika Z1 przy założeniu, że impedancje Z1, Z2 i Z3 znacznie się różnią.
A. Przerwa na zaciskach odbiornika Z2 lub Z3.
B. Zwarcie pomiędzy dwoma przewodami fazowymi.
C. Zwarcie na zaciskach odbiornika Z2 lub Z3.
D. Uszkodzenie przewodu neutralnego.
Pytanie z egzaminu CKE, czerwiec 2020 (arkusz EE.05-SG-20.06).
Uszkodzenie przewodu neutralnego jest tutaj właściwą przyczyną, bo układ wygląda jak trójfazowe zasilanie odbiorników jednofazowych połączonych w gwiazdę, z punktem wspólnym podłączonym do przewodu N. Gdy przewód neutralny jest sprawny, każdy odbiornik Z1, Z2 i Z3 ma w przybliżeniu swoje napięcie fazowe, typowo 230 V. Jeżeli jednak neutralny się przerwie, punkt gwiazdowy odbiorników zaczyna „pływać”. Przy mocno różnych impedancjach napięcia nie rozkładają się równo, tylko zależą od wartości Z1, Z2 i Z3 oraz ich charakteru. W praktyce jeden odbiornik może dostać dużo za wysokie napięcie, nawet zbliżające się do napięcia międzyfazowego 400 V, a inny za niskie. To klasyczny objaw przerwy w N w sieci trójfazowej z niesymetrycznym obciążeniem. Moim zdaniem to jedna z bardziej zdradliwych awarii, bo nie zawsze od razu wygląda jak zwarcie, a potrafi uszkodzić elektronikę, zasilacze, oświetlenie LED czy sprzęt AGD. Dobra praktyka, zgodna z podejściem norm PN-HD 60364, to traktować ciągłość przewodu neutralnego bardzo poważnie: solidne zaciski, kontrola dokręcenia połączeń, brak przypadkowego rozłączania N oraz pomiary i oględziny rozdzielnic. W instalacjach należy też pilnować równomiernego obciążenia faz, chociaż sama symetria obciążenia nie zwalnia z obowiązku pewnego połączenia przewodu neutralnego.
W tym zagadnieniu łatwo pomylić skutki zwarcia ze skutkami przerwy w przewodzie neutralnym, ale mechanizm jest zupełnie inny. Zwarcie pomiędzy dwoma przewodami fazowymi oznacza bardzo małą impedancję między fazami i gwałtowny wzrost prądu zwarciowego. W poprawnie wykonanej instalacji powinny wtedy zadziałać zabezpieczenia nadprądowe, na przykład wyłącznik instalacyjny albo bezpiecznik topikowy. Taka awaria nie powoduje typowo selektywnego wzrostu napięcia tylko na zaciskach jednego odbiornika Z1, lecz stan zwarciowy i szybkie wyłączenie obwodu. Zwarcie na zaciskach Z2 lub Z3 również nie tłumaczy nadmiernego napięcia na Z1 w opisanym sensie. Zwarcie odbiornika powoduje spadek napięcia na tym elemencie prawie do zera i duży prąd w danej gałęzi, a nie „podniesienie” napięcia na innym odbiorniku przez przesunięcie punktu neutralnego. Oczywiście w realnej instalacji mogą wystąpić zjawiska przejściowe, ale w zadaniu chodzi o typowy stan ustalony układu niesymetrycznego. Przerwa na zaciskach Z2 lub Z3 też bywa myląca, bo skoro znika jedna gałąź, to ktoś może uznać, że napięcia muszą się dziwnie rozłożyć. Jeśli przewód neutralny jest nadal pewnie połączony, Z1 dalej ma odniesienie do N i powinien mieć normalne napięcie fazowe. Dopiero utrata neutralnego punktu odniesienia powoduje przesunięcie punktu gwiazdowego odbiorników. Typowy błąd myślowy polega na tym, że patrzy się tylko na pojedynczy odbiornik, a nie na cały układ trójfazowy z niesymetrycznymi impedancjami. W praktyce elektryk powinien wtedy sprawdzić ciągłość N, zaciski w rozdzielnicy, listwy neutralne, połączenia PEN/N oraz ślady grzania. To jest też ważne ze względów bezpieczeństwa i eksploatacji, bo luźny neutralny potrafi narobić szkód bez spektakularnego huku, a urządzenia po prostu zaczynają padać jedno po drugim.