каковы причины и последствия отгорания нулевого провода в 3-фазной системе электроснабжения.

Каковы способы защиты от этого?

Причины как везде две: голова и руки.
1 - Превышение допустимой нагрузки.
2 - Некачественный монтаж.(сюда же включаем старение контактов и сети в целом).
Чаще , это всё действует в комплексе.

Защита в глобальном смысле - модернизация сети. В частном порядке - применение автоматов защиты от перенапряжения.
 
При трёхфазном питании при отгорании нуля напряжение питания между однофазными потребителями на разных фазах распределится обратнопропорционально включенной нагрузке, т.е. на меньше нагруженной фазе - большее напряжение, вплоть до 380В.
 
Здесь, наверное, легче объяснить на пальцах. Набросал план военных действий, где в левой части отображена местная подстанция (ТП), а в правой - площадка с тремя квартирами. Ради простоты опущены промежуточные пункты - распредщиты, вставки...

Чтобы понять суть процесса, происходящего при отгорании нуля, надо смотреть дальше пределов своей квартиры, вплоть до питающего нас трансформатора.
(https://im0-tub-ru.yandex.net/i?id=4474500dfd1846eb7cb4c372e15592f6-sr&n=13&exp=1)

Как известно, напряжение между нулём и фазой называется "фазным" и равно 220 В. Напряжение между двумя фазами - "линейным" и равно 380 В. Если в квартире Иванова (Ra) сам хозяин, будучи в подпитии, гоняясь с топором за женой, нечаянно перерубит нулевой провод в электропроводке квартиры, то ничего страшного с электроприборами не произойдёт. Действительно, цепь прервётся.

---

Другое дело, когда из-за коррозии, слабого контакта отваливается общий нуль на площадке.

(https://fs00.infourok.ru/images/doc/180/205931/hello_html_df906a1.png)

В квартире Петрова (Za) бабушка доваривает щи на электроплите в 2 кВт, в квартире Сидорова (Zb) сам Сидоров читает спортивное обозрение под 60-ваттной лампочкой. В момент Х напряжение изменит свою величину и пойдёт по цепи, через электроприборы соседей. Петрова вряд ли что почувствует, поскольку уже заканчивает готовку ужина и плита инертна, а вот Сидоров прищурится над газетой. В момент снижения мощности электроплиты во второй квартире третья получает сумму двух обмоток трансформатора подстанции - линейное напряжение, лампочка взрывается и Сидоров пугается за зрение.

Приборы квартиры Иванова включаются последовательно с соседскими приборами, получая сумму фаз. Кто силён в теории, скажите, какой максимум напряжения может быть, да впрочем, как и в розетках соседей при условии что все жители находятся на месте и играются со светом.
 
Так вплоть до 380 и будет. Тогда когда в одной кв. что то включили, а в двух других все выключили.
Есть такое явление - когда ярко засветились лампочки, люди стремятся побыстрее выключить лампочки. Кто раньше всех успеет это сделать, тот рискует потерять и кое что из домашней техники.

Больше всех потеряют те, у кого техника находится в дежурном режиме: видики, телеки..., т.е. минимальное потребление энергии. А вообще, потерять могут все, кроме тех, у кого включены мощные обогреватели.

источник - здесь (https://orensbyt.ru/?s=обрыв+нуля)

Основные причины отгорания PEN-проводника в 3-ф системе TN-C (TN-C-S) с 1-ф потребителями - неизбежная неравномерная загрузка фаз, т.е. высокая вероятность перекоса фаз.
И как следствие устранения этого - увеличение токов (перетоков) в нулевом проводе и появление потенциала на нем.
При ненадежном контакте в местах соединений - в результате искрения наблюдается активная электрохимическая коррозия и разрушение контактного соединения.

Аналогичную опасность представляет обрыв PEN-проводника ВЛ (воздушной линии). По причине частых аварий и отказов в таких сетях, вероятность обрыва PEN-проводника очень велика.

Именно из-за таких опасных последствий в 3-ф системе TN-C ПУЭ запрещает применять автоматические выключатели и коммутационные аппараты только для отключения нулевого провода без одновременного отключения всех фазных проводников.

Защита от отгорания или обрыва нуля

Итак, обрыв и отгорание нейтрального проводника является очень опасным и довольно частым происшествием. Есть ли необходимость в защите электросети от этого негативного явления? Конечно же, есть! Защита от отгорания «нуля» в трехфазной сети позволит вам сохранить свою дорогостоящую бытовую технику в рабочем состоянии.

Защита от обрыва «нуля» в однофазной сети обеспечит вашу личную безопасность. Все эти виды обеспечения безопасности человека и бытовых электроприборов от последствий, возникающих при обрыве нейтрального проводника, выполняются с использованием специального оборудования и приемов электромонтажа, которые мы рассмотрим ниже.

Реле максимального и минимального напряжения.
Это основное устройство, которое следует использовать для защиты электросетей от отгорания или обрыва нулевого проводника. Применяется на всех типах недвижности. Промышленность изготавливает модели реле напряжения как для однофазных, так и трехфазных сетей. Принцип действия устройства заключается в разрыве цени электроснабжения при отклонении величины напряжения в сети сверх установленных значений.

Устройство защитного отключения (УЗО).
Такой модуль, имеющий сокращенное название УЗО, способен создать эффективную защиту для человека от удара электрическим током при обрыве нейтрального проводника в однофазных линиях. УЗО мгновенно обесточит сеть при попадании фазы на нулевой провод в том случае, если заземление бытовых приборов выполнено с нарушением ПУЭ (правил устройства электроустановок).

Дифференциальный автомат с расширенными функциями.
Дифавтомат — это защитное модульное устройство, позволяющее одновременно отключать фазу и нейтральный провод при возникновении любых аварийных ситуаций. Этот модуль совмещает в своей конструкции автоматический выключатель при КЗ (коротком замыкании) в нагрузке и защитное устройство (УЗО). При отгорании «нуля» в магистральных сетях с тремя фазами и обрыве нулевого провода в однофазных линиях он способен защитить электрические приборы и другую технику от выхода из строя, а человека от удара электротоком.

Многократное повторное заземление.
Этот технологический прием способен защитить бытовые приборы и человека от последствий обрыва и отгорания «нуля», но он сложен в исполнении, решает ограниченный спектр задач и применяют его в основном специалисты энергоснабжающих организаций на магистральных линиях электропередач.

источник - здесь (https://orensbyt.ru/prochee/obryv-nulya-v-trehfaznoj-i-odnofaznoj-seti.html)

PS - подробнее об отличии УЗО, дифвыключателя и дифавтомата - см. здесь (http://forum.electro51.ru/index.php/topic,1505.0.html)

В трехфазных электросетях, широко распространенных в России, чаще всего нагрузка подключается «звездой», то есть с применением нулевого провода. В такой цепи напряжение между фазой и «нулем» составляет около 220В, а между фазами — около 380В.

Плохой контакт, или ошибка электрика, могут привести к опасной ситуации, которую называют «обрыв нулевого провода». Надо понимать, что собственно обрыв провода не вызывает поломки нагрузки, но вызывает изменение напряжения в сети. Так, если на щитке, входящем в дом, пропал контакт на нулевом проводе, и подключена равномерная нагрузка (например, трехфазный двигатель) то все будет нормально работать. Но на практике, нагрузки на фазах отличаются по номиналу. И чем больше это отличие, тем больше перекос фаз.

Дело в том, что номинал нулевого провода в доме (подъезде, цеху, или другом участке сети) сместится от фактического нуля в сторону наибольшей нагрузки (наименьшего сопротивления). Если на фазе А лампочка 40Вт, на фазе В компьютер 200 Вт, а к фазе С подключается обогреватель 3000 Вт, то напряжение в локальной сети на фазе С приблизится к нулю, на фазе А будет почти 380 В, а на фазе В — поменьше, например, 350 В. Понятно, что и для лампочки, и для компьютера это приведет к поломке. Пониженное напряжение на фазе также может привести к плачевным последствиям для подключенной нагрузки. Трехфазная нагрузка (например, электродвигатель насоса) подключенная к сети с таким перекосом, также будет повреждена.

Если обрыв нулевого провода произошел на более раннем участке сети, например, в щитовой большого цеха или поселка, то номинал подключенных нагрузок будет отличаться не так сильно, и потенциал на «нуле» будет «плавать» до тех пор, пока не приведет к поломкам и аварийному отключению сети. Кроме выхода из строя подключенных приборов, есть еще опасные моменты. Повышенное напряжение может привести к пожару! Не пытайтесь проверять сеть подключением другой нагрузки. Работайте с электрооборудованием, соблюдая правила безопасности. Помните, что на нулевом проводе может быть опасное для жизни напряжение до 220 В!

Если вы живете в квартире и пользуетесь подключением к однофазной сети, то не следует считать, что обрыв нулевого провода вас не коснется. Ваша однофазная сеть — это всего лишь участок одной из фаз большой трехфазной сети. Например, в подъезд входит три фазы, а на этаже они распределяются по квартирам. Таким образом, при обрыве нулевого провода, в некоторых квартирах будет заниженное напряжение, а в других — завышенное, что приведет, как минимум, к массовым поломкам электроприборов.

источник - здесь (https://www.elec.ru/publications/peredacha-raspredelenie-i-nakoplenie-elektroenergi/4901/)

Казалось бы, установка двух однополюсных выключателей (по нулю и фазе) лишь повысят надежность защищенности электросети в целом. По принципу – защиты много не бывает, однако это далеко не так. Предположим, возникла аварийная ситуация и один из выключателей (ведь кто-то обязательно сработает первым) ее отработает. Для второго выключателя состояние сети меняется, и он остается включенным.

На практике срабатывают автоматические выключатели в течение определенного промежутка времени и для каждого экземпляра он разный. И хотя отличие это может исчисляться долями миллисекунд, где гарантия, что вводный автоматический выключатель, установленный в цепи защитных проводников (нуля) не сработает первым? Гарантии никакой, поэтому в случае разрыва нуля, фазное напряжение через подключенные нагрузки оказывается на каждом из нулевых проводников, ведущих к нагрузке. Для трехфазных нагрузок, когда на каждой из фаз «висят» разные потребители, обрыв нуля грозит перекосом фаз и как следствие выходом электроприборов из строя.

Таким образом вместо защиты ситуация оказывается более угрожающей – это главная причина того, что однополюсный вводный выключатель не может устанавливаться на нулевом проводе.

источник - здесь (https://cenerg.ru/stati/pochemy-zaprechena-ustanovka-avtomata-dlya-nulya/)

В жилье россиян используются различные схемы защитного заземления. Современная и наиболее безопасная TN-S имеет раздельные защитные (PE) и нейтральные (N) проводники, приходящие с подстанции. Устаревшая, но, к сожалению широко используемая в домах старой постройки TN-C с объединенным нулевым и защитным проводником PEN более опасна. Компромиссным вариантом считается TN-C-S, позволяющая разделить PEN проводник на шины N и PE до вводного выключателя.

Правила Устройства Электроустановок запрещают устанавливать коммутационные аппараты на совмещенный PEN проводник. В этой системе устанавливают однополюсные автоматы по фазе (для трехфазной сети трехполюсные), ввод нулевых проводов коммутации не допускает. Правда, на практике допускается монтаж двухполюсных входных автоматов, при условии разделения PEN до его установки.

В системах с раздельными защитным и нулевым рабочим проводниками (TN-S и TN-C-S) ПУЭ допускает коммутацию рабочего нуля, правда проводиться это должно единым выключателем. В однофазных сетях должен ставиться двухполюсный автомат, при вводе трехфазного напряжения – четырехполюсный соответственно. Коммутация защитного PE проводника недопустима.

источник - здесь (https://cenerg.ru/stati/pochemy-zaprechena-ustanovka-avtomata-dlya-nulya/)