Нулевой провод в трехфазной сети

Содержание

Нулевой провод в трехфазной сети

Сечение — нулевой провод

Для питания электроприемников предприятий химических волокон в большинстве случаев применяются трехфазные сети напряжением 380 / 220 в с нулевым проводом и глухим заземлением нейтрали. Сечение нулевого провода в электрических сетях, питающих производственные помещения, начиная от трансформаторной подстанции и во всех внутренних сетях должно быть равно сечению фазных проводов независимо от материала. Выбор сечения проводов и кабелей по нагреву производится по таблицам длительно допускаемых токовых нагрузок. [31]

Шинопроводы обычно выполняют трех — или четырехпроводными с нулевым проводом. Сечение нулевого провода может быть равно 25; 50 и 100 % сечения фазного провода. Нулевые провода сечением 25 и 50 % фазного провода характерны для магистральных шинопроводов. [33]

Отсюда следует, что в сетях с симметричной нагрузкой с газоразрядными источниками света ( в отличие от симметричной нагрузки с лампами накаливания) выбор сечения нулевого провода обусловливается главным образом токами высших гармоник. Поэтому сечение нулевого провода выбирается равным сечению фазных проводов. [34]

Практически ток в нулевом проводе бывает значительно меньше токов в фазных проводах. Поэтому в трехфазных сетях сечение нулевого провода выбирают в два — три раза меньшим, чем сечение фазного провода. [36]

В двухфазных и трехфазных линиях с неравномерной нагрузкой фаз сечение нулевого провода рассчитывается. В том случае, если сечение нулевого провода будет больше сечения фазного провода, допускается при защищенных кабелях и специальных проводах использовать по возможности в качестве нулевого провода одну из фазных жил, а в качестве наименее загруженной фазы — нулевую жилу. [37]

Возможности снижения тока / 0 ограничиваются пределами возможностей выравнивания нагрузок фаз. Сопротивление нулевой последовательности Z0 зависит от сечения нулевого провода. его длины и включаемых в нейтраль аппаратов. Но определяющее значение на величину Z0 оказывает сопротивление нулевой последовательности трансформаторов, питающих сеть напряжением 380 — 660 В, которое зависит от группы соединения их обмоток. [38]

В однофазных и двухфазных линиях сечение нулевого или заземляющего провода должно быть равно фазному. В трехфазных линиях с пофазным отключением сечение нулевого провода принимается равным сечению наибольшего фазного. При этом в кабельных линиях допускается при обосновании расчетом использование в качестве нулевого провода одной из фазных жил, а в качестве фазного с минимальной нагрузкой — нулевой жилы. [39]

При наличии повторного заземления ток однофазного замыкания будет больше, чем без него, так как при повторном заземлении в цепи замыкания образуется параллельная ветвь в цепи тока через человека. В однофазных ответвлениях от магистралей ( фаза — нуль) сечение нулевого провода должно быть равно сечению фазных проводов. На нулевом защитном проводе не должно быть выключателей и плавких предохранителей. [40]

Несимметрию нагрузок в промышленных сетях напряжением 380 В стремятся ограничивать путем возможно более равномерного распределения однофазных нагрузок по фазам. Благодаря этому уменьшается ток / 0 и может быть снижено до 50 % сечение нулевого провода по сравнению с проводами фаз. [42]

При расчете потерь напряжения в сетях НН, как правило, не следует пренебрегать реактивной нагрузкой и реактивным сопротивлением линий. Допускается в расчетах использование средних реактивных сопротивлений сети НН: кабеля — 0 06 Ом / км, воздушной линии 0 3 Ом / км. Сечение нулевого провода в четырехпроводной сети трехфазного тока принимают равным половине сечения фазного провода, в одно — и двухфазных ответвлениях — сечению фазного провода. [44]

Отгорание нуля. Однофазные потребители в трехфазной сети.

Фразу об «отгорании нуля » слышал, наверное, каждый из нас. Почему же таинственный ноль имеет тенденцию всё время отгорать? Для того чтобы внести некоторую ясность в этот вопрос, необходимо вспомнить кое-что из курса физики средней школы.

Для однофазной цепи «ноль» — это просто название для проводника, не находящегося под высоким потенциалом относительно земли. Второй проводник в однофазной цепи называется «фазой» и имеет относительно земли высокий потенциал переменного напряжения (в нашей стране чаше всего 220 В). Никакой тенденции к отгоранию однофазный ноль не проявляет.

Беда в том, что все электрические коммуникации (т. е. линии электропередачи) являются трёхфазными. Рассмотрим схему «звезда», в которой появляется понятие «нулевой провод».

Переменные токи каждой фазы в трёх одинаковых нагрузках сдвинуты по фазе ровно на одну треть и в идеале компенсируют друг друга, поэтому нагрузка в такой схеме обычно называется трёхфазной сосредоточенной нагрузкой. При такой нагрузке векторная сумма токов в средней точке равна нулю. Нулевой провод. подключённый к средней точке, практически не нужен, т. к. ток через него не течёт. Незначительный ток появляется только тогда, когда нагрузки на каждой фазе не полностью одинаковые и не полностью компенсируют друг друга. И действительно, на практике многие виды трёхфазных четырёхжильных кабелей имеют нулевую жилу вдвое меньшего сечения. Нет смысла тратить дефицитную медь на проводник, по которому ток практически не течёт. Никакой тенденции к отгоранию трёхфазный ноль при трёхфазной сосредоточенной нагрузке тоже не проявляет.

Чудеса начинаются тогда, когда к трёхфазным цепям подключаются однофазные нагрузки. На первый взгляд это тот же самый случай, но есть одно маленькое отличие. Каждая однофазная нагрузка представляет собой совершенно случайно выбранное устройство, т. е. однофазные нагрузки не одинаковые. Глупо думать, что различные однофазные потребители всегда будут потреблять одинаковый ток. Однофазные нагрузки в трёхфазных цепях всегда стараются максимально приблизить к трёхфазным нагрузкам. Это означает, что при подключении однофазных потребителей в трёхфазную сеть их стараются так распределить по мощности по разным фазам, чтобы на каждую фазу приходилась примерно одинаковая нагрузка. Но полного равенства никогда не достигается и понятно почему. Потребители случайным образом включают и выключают своё электрооборудование, тем самым постоянно меняя нагрузку на свою фазу.

В результате полной компенсации фазных токов в средней точке практически никогда не происходит, но ток в нулевом проводе обычно не достигает своего максимального значения равного самому большому току по одной из фаз. То есть ситуация неприятная, но предсказуемая. Вся проводка рассчитана на неё, и отгорания нуля обычно не происходит, а если и происходит, то крайне редко.

Такая ситуация сложилась к 90-м годам XX века. Что же изменилось к этому времени? В обиход широко вошли импульсные источники питания. Такой источник питания практически у всей современной бытовой аппаратуры (телевизоров, компьютеров, радиоприёмников и т. п.). Весь ток такого источника протекает в течение только одной трети полупериода, т. е. характер потребления тока очень сильно отличается от характера потребления тока классическими нагрузками. В результате в трёхфазной сети возникают дополнительные импульсные токи, не компенсирующиеся в средней точке. Не забудьте прибавить к этому некомпенсированные токи, вызванные наличием однофазных нагрузок в трёхфазной сети. В такой ситуации по нулевому проводу часто течёт ток, близкий или превышающий самый большой ток одной из фаз. Это и есть условия, благоприятные для «отгорания нуля».
Проводники в трёхфазных кабелях имеют одинаковое сечение, рассчитываемое согласно максимальной мощности нагрузки, следовательно, нулевой проводник имеет такое же сечение, как и любой из фазных проводников, а ток через него сегодня может течь больший, чем через любой фазный проводник. Получается, что нулевой проводник работает в условиях перегрузки, и вероятность его отгорания возрастает.

Так в 90-х годах прошлого века мы незаметно для самих себя вступили в эпоху «отгорания нуля». С каждым днём ситуация всё ухудшается. Высокую вероятность «отгорания нуля» необходимо учитывать и при построении домашней электропроводки.

ГЛАВНАЯ » МАТЕРИАЛЫ » Что такое фаза и ноль в электричестве – просто о сложном

Что такое фаза и ноль в электричестве – просто о сложном

Передача электрического тока осуществляется по трехфазным сетям, при этом большинство домов имеет однофазные сети. Расщепление трехфазной цепи осуществляется с помощью вводно-распределительных устройств (ВРУ). Простым языком этот процесс можно описать следующим образом. К электрощитку дома подводится трехфазная цепь, состоящая из трех фазных, одного нулевого и одного заземляющего проводов. Посредством ВРУ цепь расщепляется – к каждому фазному проводу добавляется один нулевой и один заземляющий, получается однофазная сеть, к которой и подключаются отдельные потребители.

Что такое фаза и ноль

Попробуем разобраться, что такое ноль в электричестве и чем он отличается от фазы и земли. Фазные проводники используются для подачи электроэнергии. В трехфазной сети три токоподающих провода и один нулевой (нейтральный). Передаваемый ток сдвигается по фазе на 120 градусов, поэтому в цепи достаточно одного нуля. Фазовый проводник имеет напряжение 220 В, пара «фаза-фаза» – 380 В. Ноль не имеет напряжения.

Фазы генератора и фазы нагрузки соединяются между собой линейными проводниками. Нулевые точки генератора и нагрузки соединяются между собой рабочим нулем. По линейным проводам ток движется от генератора к нагрузке, по нулевым – в обратном направлении. Фазные и линейные напряжения равны независимо от способа подключения. Земля (заземляющий провод) также как и ноль не имеет напряжения. Он выполняет защитную функцию.

Зачем нужно зануление

Человечество активно использует электричество, фаза и ноль – важнейшие понятия, которые нужно знать и различать. Как мы уже выяснили, по фазе электричество подается к потребителю, ноль отводит ток в обратном направлении. Следует различать нулевой рабочий (N) и нулевой защитный (PE) проводники. Первый необходим для выравнивания фазового напряжения, второй используется для защитного зануления.

В зависимости от типа линии электропередач может использоваться изолированный, глухозаземленный и эффективно-заземленный ноль. Большинство ЛЭП, питающих жилой сектор, имеет глухозаземленную нейтраль. При симметричной нагрузке на фазных проводниках рабочий ноль не имеет напряжения. Если нагрузка неравномерна, ток небаланса протекает по нулю, и схема электропитания получает возможность саморегулирования фаз.

Электросети с изолированной нейтралью не имеют нулевого рабочего проводника. В них используется нулевой заземляющий провод. В электросистемах TN рабочий и защитный нулевой проводники объединены на всем протяжении цепи и имеют маркировку PEN. Объединение рабочего и защитного нуля возможны только до распределительного устройства. От него к конечному потребителю пускается уже два нуля – PE и N. Объединение нулевых проводников запрещается по технике безопасности, так как в случае короткого замыкания фаза замкнется на нейтраль, и все электроприборы окажутся под фазным напряжением.

Читайте также:  Способы соединения проводов между собой

Как различить фазу, ноль, землю

Проще всего определить назначение проводников по цветовой маркировке. В соответствие с нормами, фазный проводник может иметь любой цвет, нейтраль – голубую маркировку, земля – желто-зеленого цвета. К сожалению, при монтаже электрики цветовая маркировка соблюдается далеко не всегда. Нельзя забывать и вероятности того, что недобросовестный или неопытный электрик легко может перепутать фазу и ноль или подключить две фазы. По этим причинам всегда лучше воспользоваться более точными способами, чем цветовая маркировка.

Определить фазный и нулевой проводники можно с помощью индикаторной отвертки. При соприкосновении отвертки с фазой загорится индикатор, так как по проводнику проходит электроток. Ноль не имеет напряжения, поэтому индикатор загореться не может.

Отличить ноль от земли можно с помощью прозвонки. Сначала определяется и маркируется фаза, затем щупом прозвонки нужно прикоснуться к одному и проводников и клемме заземления в электрощитке. Ноль звониться не будет. При прикосновении к земле раздастся характерный звуковой сигнал.

Роль и назначение нулевого провода

Если кто-либо сталкивался с электричеством, то непременно слышал о таких понятиях, как фазный и нулевой провод. Их основной отличительной чертой является назначение. Провод, соединяющий нулевую точку фаз генератора, трансформатора с нулевой точкой нагрузки, называют нулевым или нейтральным. Его называют так потому, что в некоторых случаях ток в нем равен нулю, и нейтральным исходя из того, что он одинаково принадлежит любой из фаз.

Различия фазного и нулевого провода

Фазный провод (фаза) предназначен для подачи электричества к потребителю.

Назначение нулевого провода (нейтрального или нуля) состоит в выравнивании асимметрии напряжений при разном значении нагрузки в фазах.

Он присоединён к нулевым точкам источника и потребителя при их соединении в «звезду».

Присоединение нейтрального провода (трехфазная четырехпроводная сеть) является возможным только в том случае, когда источник и нагрузка соединены в «звезду».

При соединении в «треугольник» необходимость в нём отпадает, так как линейное и фазное напряжения в фазах одинаковы.

Чтобы понять разницу между линейным и фазным напряжением, необходимо понимать, что в трехфазной трехпроводной цепи линейное (напряжение между двумя фазными проводами) в основном составляет 380 В, а фазное — напряжение между фазой и нулем — в √3 раз меньше приблизительно 220 В.

Нейтральный провод заслужил свое название тем, что при работе устройств ток в нём, при одинаковой нагрузке трёх фаз, равен нулю. Сопротивление его невелико. Поэтому при перегрузке одной или нескольких фаз, ток в нем быстро возрастет. В схеме освещения его наличие является обязательным условием. В ином случае не гарантируется равномерность освещения.

В зависимости от роли, нулевой провод может быть рабочим, защитным, совмещенным.

Рабочий обозначается латинской буквой N и выполняется голубым цветом в европейских странах. В некоторых других странах цвет может быть серым либо белым.

Защитный обозначается РЕ. Он предназначен для безопасности в случае попадания потенциала на корпус электроприбора. В нормальном режиме он обесточен, а при поломке является проводником, который отведет от электроприбора опасный потенциал в землю. Цвет этой жилы желто-зеленый.

В некоторых системах нулевой провод совмещен с защитным. В таком случае маркировка будет обозначена как PEN и окраска этой жилы будет синей с полосками на концах желто-зеленого цвета.

Особенности нейтрального провода

Нулевой провод предотвращает нежелательные ситуации при аварийных режимах работы. Без его наличия в случае фазного короткого замыкания двух фаз напряжение в третьей фазе мгновенно возрастет в √3 раз. Это губительно скажется на оборудовании, которое питает этот источник. В случае наличия нуля в такой ситуации, напряжение не изменится.

При обрыве одной из фаз в трехфазной трехпроводной системе (без нуля), напряжение на двух оставшихся фазах уменьшится. Они окажутся соединенными последовательно, а при этом виде соединения напряжение распределяется между потребителями в зависимости от их сопротивления.

При обрыве одной из фаз в трехфазной четырёхпроводной системе, напряжение в двух оставшихся фазах своего значения не изменит.

Предохранители в нулевой провод не устанавливают из-за его большой значимости, потому как его обрыв является нежелательным

Так как большую часть времени работы электроустановок ток в этом проводе либо равен нулю, либо незначителен, нет смысла изготавливать его такого же сечения, как и сечение фазных. Чаще всего, из соображений экономии, он имеет меньшее сечение жилы, нежели сечение жил фаз в одной электроустановке. Если защитный провод не совмещен с нулевым, его сечение выполняют вдвое меньше, нежели, у фазного провода.

Классификация нейтралей линий электропередач

Назначение линий электропередач весьма разнообразно. А также разнообразна аппаратура для их защиты от утечек и коротких замыканий. В связи с этим нейтрали классифицируются на три вида:

  • глухозаземленная;
  • изолированная;
  • эффективно заземлённая.

Если линия электропередач напряжением от 0,38 кВ до 35 кВ имеет небольшую длину, а количество подключенных потребителей велико, то применяется глухозаземленная нейтраль. Потребители трехфазной нагрузки получают питание, благодаря трем фазам и нулю, а однофазной — одной из фаз и нулю.

При средней протяженности линий электропередач напряжением от 2 кВ до 35 кВ и небольшим количеством потребителей, подключенных к данной линии, находят применение изолированные нейтрали. Они широко используются для подключений трансформаторных подстанций в населённых пунктах, а также мощного электрооборудования в промышленности.

В сетях, с напряжением 110 кВ и выше, с большой протяженностью линий электропередач, применяется эффективно заземлённая нейтраль.

Реакция электроприборов на обрыв нуля

Если общий нейтральный провод в многоэтажном доме оборвется, то потребители ощутят это в результате скачка напряжения в их электроприборах.

Основные факторы, которые могут привести к обесточиванию общего нуля:

  • аварийная ситуация на подстанции;
  • устаревшая проводка;
  • монтаж проводки выполнялся не совсем качественно.

Та фаза, к которой подключено большее количество потребителей многоквартирного дома, будет перегружена. Напряжение в ней уменьшится. В той фазе, к которой потребителей подключено меньше всего, напряжение резко возрастет.

Это негативно скажется на приборах — снижение напряжения вызовет их неэффективную работу, а рост напряжения может повлечь за собой выход из строя тех, которые были подключены в данный момент. Чтобы обезопасить себя от такой ситуации, необходимо установить в щиток, питающий отдельную квартиру, индивидуальный ограничитель перенапряжения. Как только напряжение начнет превышать допустимые значения, ограничитель быстро отключит питание.

Если произойдет обрыв нуля непосредственно в квартире, то электричество пропадет полностью, но вместе с тем фаза не отключится. Опасность заключается в том, что она может перейти как раз на провод нулевой. И если какой-либо электроприбор был предварительно заземлён на него, корпус этого электроприбора будет под напряжением, а проще говоря, начнет «биться током».

Главными факторами, которые способствуют обрыву нуля непосредственно в квартире можно назвать:

  • ненадежность присоединения контактов;
  • неправильно выбранное сечение проводника;
  • устаревшая проводка.

Эти факторы приводят к чрезмерному нагреванию проводника. Из-за повышенной температуры окисляется место присоединения контактов, перегреваются жилы проводов. А это, в свою очередь, может привести к пожару.

Чем опасен обрыв нулевого провода в электрической сети?

Даже те, кто не имеет электротехнического образования, наверняка слышали о такой аварийной ситуации, как перекос фаз. В некоторых предыдущих публикациях мы уже упоминали, чем грозит обрыв нуля, и кратко упоминали о способах защиты от несимметрии фазных напряжений. Сегодня мы более подробно рассмотрим данную тему.

Что такое обрыв нуля?

Для полноценного ответа на этот вопрос необходимо привести примеры штатной работы трехфазной схемы ввода электроснабжения. В качестве примера приведем упрощенный вариант с вводом для этажного распределительного щита.

Схема 1. Штатная работа системы

Как видно из рисунка, каждая из квартир на этаже запитана от отдельной фазы (L1 – L3) и общего нуля. Что формирует в бытовой сети каждой квартиры фазное напряжение 220 вольт (L1N=L2N=L3=220 В.). В данном случае используется схема питания TN-C-S, где задействована шина заземления PE, соединяемая в РУ здания с нулем. Приведенная система сбалансированная, поскольку ток нагрузки в фазных проводах суммируется через нулевую линию, что снижает вероятность перекоса фазных напряжений.

Заметим, что полностью исключить данное явление довольно сложно, поскольку сопротивление нагрузок на каждой фазе может различаться. К примеру, в квартире_1 включен кондиционер и стиральная машина, в квартире_2 хозяин запустил бойлер и электропечку, а в квартире_3 жильцы отсутствуют и все бытовые приборы отключены от сети. По итогу, в трехфазной системе питания возникнет несимметрия напряжений.

Теперь рассмотрим работу сети в нештатном режиме, когда происходит отгорание нуля.

Что происходит в электросети при обрыве нуля?

Рассмотрим отдельно, изменение режима работы трехфазной сети при обрыве магистрального нуля и как поведет себя однофазная электрическая проводка, если отгорание нулевого проводника произойдет на вводе.

Отгорание нуля в трехфазной сети

Внесем изменения в рисунок 1, вызванные аварией, а именно отключением нуля .

Оборвался нулевой магистральный проводник

В данном случае обрыв общего нулевого провода приведет к тому, что движение электрического тока по нему прекратиться. В результате все квартиры R1-R3 будут запитаны по типу подключения «звезда без нулевой магистрали». Другими словами, при обрыве нуля на каждую квартиру будет поступать не фазное, а линейное напряжение.

Контур из квартир 1 и 2

Для примера предлагаем рассмотреть, как сложится ситуация в квартирах 1 и 2. Нагрузка электрических приборов суммируется в данном контуре при прохождении через него тока I12. Соответственно, уровень напряжения для квартир установится в зависимости от нагрузки подключенных к сети приборов. То есть: U1 = I12*R1, а U2 = I12* R2. Из этого следует, что суммарная величина силы тока составит I12 = U12 / (R1+R2) :

Обратим внимание, что суммарное напряжение контура будет равно линейному в данной электросети, то есть U12 = 380 вольт. Но при этом показатели U1 и U2 могут варьироваться в диапазоне 0-380 вольт и, естественно, существенно отличаться друг от друга. На данные значения может влиять как нагрузка подключенных приборов в каждой из квартир, так и ее активная и пассивная составляющая.

В результате если произойдут проблемы с нейтралью трансформатора (нулем источника), велика вероятность выхода из строя подключенных к сети приборов. Причина – повышение уровня напряжения в сети.

Обрыв нуля в однофазной сети

В данной ситуации последствия будут не такими печальными, как в описанном выше случае, но, тем не менее, если отгорает вводный ноль в системе TN-C, это может представлять серьезную опасность для жизни человека.

Отгорание нуля в схеме однофазного потребителя

Для однофазных нагрузок обрыв нуля будет аналогичен отключению напряжения, за исключением того фактора, что на фазном проводе останется потенциал, представляющий опасность для жизни. Причем, он также проявится там, где был ранее защитный ноль в контактах розеток. Если корпуса электроприборов заземлялись рабочим нулем, то весьма велика вероятность негативных последствий. В системах TN-C-S фактор риска существенно сокращается, за счет использования PEN проводника.

Как защититься?

Узнав об опасности, представляемой потерей нуля, предлагаем рассмотреть варианты защиты от данного явления:

  • Начать необходимо с грамотного монтажа электропроводки. Если для питания объекта планируется задействовать трехфазную схему электроснабжения, то ее расчет должен быть произведен таким образом, чтобы минимизировать вероятность перекоса фаз. То есть, необходимо планомерно распределить нагрузку на каждую линию.
  • Следует задействовать в управлении сетью приборы, выравнивающие нагрузку на каждую из фаз. Причем, в идеале, эта работа должна осуществляться без привлечения операторов, то есть, выполняться автоматически при обрыве нуля.
  • Должна иметься возможность оперативного изменения схемы подключения потребителей. Это позволяет внести корректировки, если на этапе проектирования не была должным образом учтена нагрузка на каждый участок или увеличилась мощность потребления в связи с вводом новых объектов. То есть, при возникновении критической ситуации должна иметься возможность изменения мощности. В качестве примера можно привести вариант, когда многоквартирный дом переводится на линию с большей нагрузкой для «разбавления» перекоса фаз, возникающего при обрыве нуля.
Читайте также:  Защита провода, подключаемого к садовому светильнику

В приведенных выше вариантах мы рассматривали защиту от перекосов в глобальных масштабах, конечный потребитель может обеспечить должный уровень защиты значительно проще. Для этого достаточно установить реле контроля напряжения, в котором указать допустимый минимальный и максимальный уровень. Как правило, это ±10% от нормы.

Подведем итоги

Безусловно, что вероятности аварий носят случайный характер, максимум, что можно сделать в таких ситуациях, — принять необходимые меры для обеспечения защиты. Но помимо этого не будет лишним вовремя определить аварийную ситуацию по характерным признакам. В первую очередь отгорание нулевого магистрального провода приводит к перенапряжению сети. Обнаружив первые признаки этого явления, следует отключить все электроприборы.

Сделать это оперативно и самостоятельно практически нереально. Временной промежуток для этого слишком коротким, поэтому следует установить на электрическом щитке специальные приборы, реагирующие на обрыв нуля. Как только напряжение выйдет за установленные пределы, реле контроля напряжения произведет защитное отключение.

Полностью доверять системе защиты не стоит. Может случиться так, что при наличии характерных признаков перепадов напряжения, отключение питания не произойдет. Поэтому имеет смысл перечислить наиболее вероятные проявления для данного явления:

  • Мерцание ламп накаливания. Они наиболее чувствительны к перепаду уровня напряжения, возникающего при обрыве нуля. Энергосберегающие осветительные приборы и светодиодные лампы не настолько реагируют на изменения.
  • Электронные приборы, имеющие встроенную защиту, как правило, отключаются от сети питания. Или не запускаются. Такие действия предусмотрены реакцией защиты импульсных БП на броски напряжения. Характерно, что такая реакция может сработать раньше, чем реле напряжения. Но это, во многом зависит от производителя и схемы реализации защиты электросетей, а также надежности электрического соединения.
  • Еще один характерный признак – повышение температуры выключателя. Даже если Вы не обратили внимания на мерцание ламп, то данное проявление должно вызвать опасения.
  • Искрение, при попытке подключения электроприбора, может говорить об обрыве нуля на вводе однофазного потребителя. Даже, если оно вызвано другим фактором, а не обрывом нуля, это очень нехороший признак.
  • Самопроизвольные срабатывания вводных автоматов, также могут указывать на перенапряжение. Такая реакция на обрыв нуля характерна при включении электронагревательных приборов, например электропечи, бойлера, чайника и т.д.
  • Характерные звуки во вводном электрическом щите также могут указывать на перепады напряжения. В такой ситуации рекомендуется отключить ввод питания и дождаться приезда аварийной бригады. Велика вероятность, что авария обрыва нуля имела место в электросети поставщика.
  • Обязательно установите на вводе электрической сети реле напряжения. В идеале желательно продублировать данную систему стабилизатором напряжения для дома или квартиры. Такое устройство, работая в паре с реле, позволит поддерживать заданный уровень напряжения, не отключая питание.

Собственно, только многоуровневая защита может обеспечить максимальную безопасность.

Виды и режимы работы нулевого провода — что это такое

Для выравнивания напряжения по фазам электроустановок применяется нулевой провод. Он необходим для предотвращения воспламенений приборов и пожаров. Кабель является частью нейтрали – общей точки генераторной или трансформаторной обмотки, соединенной, как звезда. Существует два типа проводника – рабочий N и защитный PE.

Что такое нулевой провод

При работе с электричеством важно понять, что такое рабочий и защитный нулевой провод. В первом случае он выравнивает напряжение по фазе, во втором – защищает зануление. Пользователи ошибочно считают, что нейтральный проводник является исключительно заземлением. Его главная функция – соединение нейтралей установок в трехфазной цепи.

При подаче различной нагрузки на каждую из фаз происходит смещение нейтрали – симметрия напряжений нарушается. Одним потребителям подается повышенное напряжение, другие получают пониженное. При низком напряжении электроприборы функционируют со сбоями, при высоком – подвергаются перегрузке и загораются. Задача нуля – уравнять повышенные и пониженные показатели, обеспечив баланс электросети.

В ПУЭ установлена расцветка нулевого провода – голубая, которая соответствует европейским стандартам.

Принцип работы

В новостройках и домах старой застройки схема передачи энергии принципиально отличаются. Электросеть новостроек сконструирована по принципу TN-S:

  • электричество поступает от трансформаторов со вторичной обмоткой, соединенной по типу «звезда» (провода, сходящиеся в нулевой точке);
  • вторая часть концов кабелей отводится к клеммам А, В, С, также соединенных в нулевой точке, и подключается по заземляющему контуру к подстанции;
  • высоковольтный провод с нулевым сопротивлением разделяется на защитный РЕ (желто-зеленый) и рабочий N (голубой).

В общем распредщитке новостройки подводятся 3 фазы, защитный проводник и нейтральный провод.

Дома старой застройки не имеют защитной проводки. Там реализована устаревшая четырехпроводная система TN-C:

  • нулевой заземленный проводник находится в распределительной коробке;
  • фаза и ноль от трансформатора подкинута к зданию через подземные или надземные высоковольтные кабели;
  • провода соединяются в щитке ввода, образуя трехфазную систему с рабочим напряжением 220 или 380 В;
  • от щитка выполняется разводка проводки на квартиры и подъезды;
  • потребители получают электроэнергию от проводов одной из фаз через сеть с напряжением 220 В;
  • разница в нагрузке устраняется за счет подвода нулевого N-провода.

Схемы подключения старых домов к электросети являются устаревшими и небезопасными.

Режимы работы

Существуют следующие режимы нейтрали электрических сетей:

  • глухозаземленный (сети на 380 вольт– 110 киловольт) – потенциалы нейтрали и земли одинаковы;
  • изолированный (сети на 6, 10 и 35 киловольт) – между нейтралью и землей наблюдаются незначительные утечки тока;
  • часть электросети с небольшим импедансом сопротивления и сопротивлением земли.

Применяют нейтральный провод для предупреждения аварийных скачков напряжений по фазе, с целью релейной защиты от замыканий фазы на землю, а также для обеспечения надежности работы электроприборов.

Чем опасно повреждение нулевого провода

Ноль повреждается при механических воздействиях, коротких замыканиях, некачественном подключении или в результате старости проводки. Обрыв нейтрали:

  • PEN-проводник в кабеле питания – остается один заземляющий контур, который визуально не заметно;
  • сгорание проводника в распредщитке – фазные проводники перекашиваются, показатель напряжения увеличивается до 380 В;
  • обрыв в щитке квартиры – в розетках остается вторая фаза, бытовая техника от них не запитывается.

Повреждение нейтрали исключает равность потенциалов сетей с различной нагрузкой, в результате чего может сгореть бытовая техника. Изоляция в таких случаях пробивается. В старом жилом фонде со схемой подключения TN-C (нуль – защитный проводник) при поломках существуют риски поражения током. В новостройках повреждения нуля приводит к тому, что при касании к технике чувствуются легкие разряды тока.

Разряды тока от прикосновений к корпусу оборудования также свидетельствуют о его неисправности.

Реакция электроприборов на обрыв нуля

При обрыве нуля на фазу с большим количеством потребителей увеличивается нагрузка. Напряжение при этом снижается. На фазе с меньшим числом потребителей наблюдается резкое повышение напряжения. Электроприборы могут:

  • работать со сбоями;
  • ломаться или сгорать при подключении к сети;
  • биться током, если не выполнялось заземление.

Задачи и назначение нулевого провода

Монтажная роль жильного нейтрального провода – соединение зануленных элементов электрических установок с нейтралью глухого заземления. Фактически он уравнивает разницу потенциалов фаз, отводит токи от участков с замыканием проводки, предотвращает травматизм и равномерно распределяет нагрузку по всем квартирам.

Система подводки по типу «звезды» имеет векторные показатели, идентичные подстанции трансформатора. Соединение является надежным, но только при условии качества проводов и соблюдения правил их соединения.

Повторное заземление

Повторным заземлением нулевого проводника является защита, установленная на определенных правилами ПУЭ промежутках на всей протяженности нейтрали. В задачи повторного заземления включается снижение силы напряжения в нулевом проводе и электроприборах, которые были занулены относительно грунта. Это свойство целесообразно в качестве защиты от обрыва нулевого провода и при пробое электрического напряжения на корпус электрических приборов.

Чтобы сделать повторное подключение, необходимо провести непрерывную нейтраль от щитка до нулевых проводников. В условиях многоэтажек для повторного заземления применяют различные системы.

Трансформаторная нейтраль в электрике заземляется, а доступная часть присоединяются к ней через нулевые защитные проводники. В нормальном режиме электроприемник под напряжением не находится. Система TN бывает:

  • TN-S – защитный и нулевой проводник разделяются по протяженности всей магистрали;
  • TN-C-S – функции проводов РЕ и N совмещаются в одном части проводника, выведенного от трансформатора.

Если коммуникации подключаются в частном доме, используются естественные заземлители – металлические штыри в грунте. Нормативные документы не рекомендуют применять естественные проводники, поскольку невозможно рассчитать сопротивление, которое дает почва при растекании тока.

Заземление в домах, построенных до середины 90-х, для которой использовался четырехпроводной способ – 3 фазы и 1 нуль. Защитную и рабочую функции нейтрали выполняет общий проводник на протяжении всей магистрали. Запитка потребителей происходит от PEN-кабеля. Он же задействуется для заземления.

Применяется для подачи электроэнергии в загородных и сельских условиях. Ток поступает по линиям электропередач на опорах. Установки разрешены в случаях, когда TN сделать невозможно или очень дорого. При подаче повышенного тока на приборы цепь питания выключается полностью через УЗО.

Сеть с изолированной нейтралью трансформатора. Отводится от грунта или заземляется через приемник с большим сопротивлением. Линия земли проводится по отдельной шине, а на ней уже подключаются контакты розеток. Организация системы целесообразная для образовательных, медицинских учреждений.

Что такое заземление и нейтральный провод

Функция нейтрального проводника N – баланс потенциалов нескольких фаз и обеспечение потребителей током. Нулевой провод соединяется с глухозаземленной нейтралью трансформатора. В частных домах используется однофазный тип подключения с помощью нулевого и фазного кабеля. Для соединения нуля и земли используется заземляющий контур. Сама нейтраль маркируется изоляцией голубого цвета.

Проводник заземления обеспечивает безопасность электролинии при поломке. Его нормальный режим работы – проводной, при критических сбоях потенциал тока отводится в почву. Кабель РЕ маркируется при помощи сине-желтого цвета.

Нейтраль и защита в одном проводе обозначаются PEN, маркируются голубым цветом с желтыми и зелеными полосками на концах.

Схема подключения нейтрального провода и заземления

В МЭК-364, ГОСТе 30331.1-95 приводятся схемы подключения сети, нагрузка которой равняется 380 Вольт. По этой причине в квартире рекомендуется применять одну из систем.

Отдельная линия заземления TN-CS. Нейтральный щитки и защитные проводники домашнего коммутатора соединяются друг с другом. При наличии двух проводов PEN-кабель в определенной точке разделяется на нейтраль и защиту. Провода PE подкидываются к проводникам N. Защита схемы зависит от точки обрыва:

  • До места разделения. Фазный проводник и устройство зашиты отводят напряжение в нейтраль, а от нее – на провод защиты.
  • После места разделения. Опасное электричество не передается на корпус бытовой техники, а сразу передается на провод защиты.

В многоэтажках не всегда получается сделать подобную заземляющую линию.

Правила подключения нейтрали

Глава 1.7 ПУЭ подробно рассматривает электрическую безопасность при заземлении. В «Библии электрика» сказано:

  • для электрических установок напряжением более 1 кВ требуется глухозаземленная нейтраль, отводящая большие токи замыкания в грунт;
  • для оборудования до 1 В можно использовать изолированную или глухую нейтраль;
  • глухозаземленную нейтраль обязательно зануляют и присоединяют к линии заземления через трансформатор;
  • заземление и нейтраль выполняются при помощи медных (сечение 4 мм2), алюминиевых (сечение 6 мм2), изолированных (1,5 мм2 и 2,5 мм2) кабелей;
  • соединенные в одной скрутке кабели из меди должные иметь сечение 1 мм2, из алюминия – 2,5 мм2;
  • если от щитка квартиры или этажа протягивается 3 провода, используется защитная нейтраль;
  • если групповую сеть выполняют при помощи двух кабелей, нейтраль защиты протягивается от ближнего щита;
  • к нулю присоединяются все домашние приборы – чайник, кондиционер, компьютер, стиралка, кипятильник, холодильник.

При условии правильной схемы подключения защитный нулевой провод сможет предотвратить разрушение электросети и травмы в случаях короткого замыкания. Нейтраль равномерно распределяет нагрузку по всем линиям, этажам и квартирам многоэтажки. При ее первичном и повторном подключении стоит руководствоваться ПУЭ.

Обрыв нуля в трехфазной сети — причины и последствия

1. Введение

Обрыв нуля — это аварийный режим работы трехфазной электросети при котором, в результате обрыва (отгорания) нулевого рабочего провода, в случае несимметричной нагрузки, на подключенных к данной сети однофазных электроприемниках возникает напряжение значительно ниже либо наоборот значительно превышающее номинальное напряжение однофазной сети.

Читайте также:  Как размотать кабель с барабана?

Последствия обрыва нуля — это вышедшее из строя электрооборудование и в первую очередь это дорогостоящие электронные приборы, такие как компьютеры, телевизоры, современные стиральные машины и т.д., которые являются наиболее чувствительными к перепадам напряжения сети, и в особенности к его повышению.

Совершенно не важно проживаете вы в частном доме или в квартире, трехфазная у вас сеть или однофазная при обрыве нуля питающей сети и при отсутствии должной защиты вы рискуете стать жертвой подобной аварии.

В данной статье мы разберемся с тем, что происходит при обрыве нуля, откуда в однофазной розетке может появиться 380 Вольт, а так же по каким причинам может произойти обрыв нуля и как от этого защититься.

2. Почему при обрыве нуля повышается напряжение?

Что бы ответить на этот вопрос разберемся с тем как устроена наша электросеть и как в нее подключаются электроприборы.

Есть два основных способа подключения электроприемников — параллельный и последовательный:

На картинке выше представлено параллельное подключение двух лампочек, при таком подключении напряжение на обоих лампочках будет одинаково и равно напряжению сети, вне зависимости от количества лампочек и их мощности, в то время как ток сети (I1) будет равен сумме токов I2 — который проходит через первую лампочку и I3 который проходит через вторую лампочку.

Именно по такой схеме подключается все электрооборудование в квартирах и частных домах.

Рассчитать общий ток при параллельном подключении можно по формуле:

I=U/R

где: U — напряжение сети, Вольт; R — сопротивление сети, Ом.

Из этой формулы видно, что ток в сети обратно пропорционален сопротивлению, т.е. чем выше сопротивление тем ниже ток и наоборот.

Каждый электрический прибор будь то простая лампочка или микроволновая печь имеет свое электрическое сопротивление, причем чем мощнее прибор тем меньше его сопротивление.

Общее сопротивление сети при параллельном подключении определяется по формуле:

  • При подключении двух резисторов:
  • При подключении трех и более резисторов:

где: R1,R2,Rn — сопротивления отдельно взятых электрических приборов включенных в сеть.

Представим, что мы параллельно включили в сеть 2 лампочки: одна лампочка мощностью 75 Ватт сопротивление которой R1= 600 Ом, а вторая — 150 Ватт с сопротивлением R2= 300 Ом, тогда общее сопротивление сети будет равно:

Rсети=(600*300)/(600+300)=200 Ом

А теперь добавим в нашу сеть третью лампочку мощностью 75 Ватт с сопротивлением R3= 600 Ом, тогда:

1/Rсети=1/600+1/300+1/600 ➜ 1/Rсети=0,0017+0,0033+0,0017,

отсюда находим общее сопротивление сети:

Rсети=1/(0,0017+0,0033+0,0017)=149 Ом

Как видно из данного расчета при подключении третьей лампочки общее сопротивление сети уменьшилось.

ВЫВОД №1: Чем больше в сеть параллельно подключено электроприемников тем ниже будет ее общее сопротивление.

При последовательном подключении ток протекающий в цепи имеет одинаковую величину на всем ее протяжении (т.е. через обе лампочки протекает одинаковый ток вне зависимости от их мощности)который рассчитывается по той же формуле, что и при параллельном подключении:

Однако общее сопротивление сети при последовательном подключении определяется как сумма сопротивлений всех подключенных электроприемников:

где: R1*R2*Rn — сопротивления отдельно взятых электрических приборов включенных в сеть.

Напряжение сети при последовательном подключении в нее электроприборов разделяется между этими электроприборами пропорционально их сопротивлению. Рассчитать напряжение на каждом приборе можно по следующей формуле:

Uэлектроприемника = Iсети*Rэлектроприемника

Как видно из этой формулы, напряжение на электроприемнике прямо пропорционально его сопротивлению.

Для наглядности произведем расчет напряжения на двух подключенных последовательно в сеть 220 Вольт лампочках мощностью 75 Ватт (сопротивление одной лампочки R=600 Ом) (рис. 1)

В этом случае общее сопротивление сети будет равно:

Rсети= Rлампочки №1 + Rлампочки №2=600+600=1200 Ом

Ток сети будет равен:

Тогда напряжение на лампочке будет равно:

Uлампочки = Iсети*Rлампочки=0,183*600=110 Вольт

Так как сопротивление (мощность) обоих лампочек одинаково напряжение сети разделится между ними поровну.

Таким образом выполняется подключение лампочек в гирляндах, например, если взять десятивольтовые лампочки одинаковой мощности то подключив 22 таких лампочки последовательно в сеть 220 Вольт на каждой лампочке будет как раз 10 Вольт (220Вольт/22лампочки=10Вольт на каждую лампочку), однако если перегорит одна лампочка цепь разорвется и вся гирлянда погаснет.

Теперь представим, что мы заменили одну из лампочек на лампочку мощностью 150 Ватт, сопротивление которой соответственно будет Rлампочки №2 =300 Ом (рис. 2)

Тогда общее сопротивление сети будет равно:

Rсети= Rлампочки №1 + Rлампочки №2=600+300=900 Ом

Ток сети будет равен:

Тогда напряжение на лампочке №1 (75 Ватт) будет равно:

Uлампочки №1 = Iсети*Rлампочки №1=0,2444*600=147 Вольт

А напряжение на лампочке №2 (150 Ватт) составит:

Uлампочки №2 = Iсети*Rлампочки №2=0,2444*300=73 Вольта

То есть менее мощная лампочка будет получать большее напряжение и соответственно ярче гореть.

ВЫВОД №2: При последовательном подключении в сеть электроприборов на менее мощные электроприборы «выделяется» большее напряжение чем на приборы большей мощности.

Ну и наконец разберемся почему при обрыве нуля в вашей розетке может появиться 380 Вольт, для этого представим обычную схему подключения квартир в многоквартирном жилом доме (аналогичным образом подключаются так же и частные жилые дома к линиям электропередач):

На схеме представлено подключение трех квартир, т.к. нагрузка по фазам должна разделяться равномерно все квартиры подключены на разные фазы, при этом во всех трех квартирах общий ноль.

В трехфазной сети напряжение между фазами составляет 380 Вольт, а напряжение между фазой и нулем — 220 Вольт, соответственно при данной схеме в каждой из квартир напряжение сети составляет 220 Вольт и в эту сеть параллельно подключаются электроприборы, ток при этом протекает от фазы к нулю.

Теперь посмотрим что происходит в электросети при обрыве нуля (для большей наглядности и упрощения расчетов представим, что жильцы квартиры №3 уехали в отпуск предусмотрительно отключив все электроприборы в квартире):

На приведенной выше схеме видно, что при обрыве нуля первая и вторая квартиры оказались подключены последовательно в сеть 380 Вольт, ток в этом случае протекает уже не от фазы к нулю, а от фазы к фазе.

Как уже было сказано выше, при последовательном подключении в сеть электроприборов, на менее мощные электроприборы выделяется большее напряжение (вывод №2). Если бы общая мощность включенных в сеть электроприборов в квартире №1 была равна мощности включенных в сеть приборов в квартире №2, то напряжение между квартирами поделилось бы поровну, т.е. по 190 Вольт на квартиру, однако на практике такого как правило не бывает.

В нашем случае у жильцов в квартире №1 в сеть включены только компьютер, телевизор и одна лампочка общей мощностью 475 Ватт в то время как в квартире №2 в сеть включены: стиральная машина, электропечь, и 2 лампочки общей мощностью 3950 Ватт следовательно, т.к. общая мощность квартиры №1 значительно ниже, напряжение в электросети квартиры №1 будет намного выше.

Произведя расчет можно определить, что напряжение в электросети квартиры №2 составит 40 Вольт, при таком напряжении электроприборы в квартире №2 перестанут работать, нити накала в лампочках будут едва раскалены, в то же время напряжение сети в квартире №1 составит 340 Вольт, при таком высоком напряжении электроприборы в квартире №1 начнут выходить из строя, в первую очередь выйдут из строя наиболее чувствительные к перепадам напряжения сети электронные приборы, т.е. телевизор и компьютер, причем после их поломки общая мощность квартиры №1 уменьшится, а напряжение сети при этом соответственно будет увеличиваться пока все включенное в сеть электрооборудование в квартире №1 не»сгорит»:

После выхода из строя последнего электроприбора в квартире №1 электрическая цепь будет разорвана (ток перестанет протекать), при этом напряжение в электросети квартиры №2 станет равным нулю, а замерив напряжение в розетке квартиры №1 мы увидим 380Вольт.

Причины обрыва нуля.

Можно выделить несколько причин обрыва нуля:

1) Некачественное и не своевременное техническое обслуживание электрощитков (либо его полное отсутствие). Данная проблема особенно остро стоит в многоквартирных жилых домах.

Периодическое техническое обслуживание — залог безаварийной работы электрооборудования. К сожалению эксплуатирующие организации (ЖКХ) зачастую пренебрегают этим важным принципом и их электрики заглядывают в этажные электрощитки только после того как случается очередная авария.

Пример отгорания нуля от нулевой шинки в результате плохо зажатого контактного соединения:

2) Несимметричное распределение нагрузки.

Как уже было написано выше, нагрузка по фазам должна распределяться как можно более равномерно (симметрично).

Как видно из приведенных выше схем, при симметричной нагрузке (когда подключенная мощность на всех трех фазах одинакова) токи взаимоуравновешиваются, в результате ток в нулевом проводе отсутствует, однако при несимметричной нагрузке на фазах в нулевом проводнике протекает так называемый ток уравнивания компенсирующий неравномерность нагрузки, причем чем выше данная несимметрия, тем больше величина тока уравнивания и следовательно выше риск отгорания нуля.

3) Старая электропроводка. Если вам не посчастливилось жить в новостройке, то вполне возможно, что ваш дом проектировался лет 30-40 назад, когда нагрузка среднестатистической квартиры представляла собой пару лампочек и одно радио, в наше время в каждой квартире есть множество энергоемкого оборудования такого как СВЧ печи, электрочайники, электрические печи и т.д., но на такие нагрузки старая электропроводка конечно же не рассчитывалась.

Защита от обрыва нуля

Есть два основных способа защиты от обрыва нуля: повторное заземление нулевого проводника и установка реле напряжения:

1) Повторное заземление нуля — такой способ защиты подходит для частных жилых домов заземление которых выполняется по системе TN-C-S, при этом во вводном электрощитке дома к нулевому проводнику подключается контур заземления:

Как видно на схеме, при обрыве (отгорании) нуля, ток уравнивания продолжает протекать к контуру заземления, благодаря чему фазное напряжение сохраняется на уровне 220 Вольт. Подробнее о том как выполнить повторное заземление читайте статью: Заземление в частном доме.

2) Установка реле напряжения — данный способ применяется для защиты от обрыва нуля электросети квартир в многоквартирных жилых домах, а так же для защиты электросети частных жилых домов с заземлением выполненным по системе TT, либо вовсе не имеющих контура заземления.

Реле напряжения — это прибор контролирующий уровень напряжения электросети, в случае повышения или снижения его до недопустимого уровня реле напряжения отключает электросеть до того момента, как напряжение сети не вернется в норму.

Подробнее читайте статью реле напряжения.

Была ли Вам полезна данная статья? Или может быть у Вас остались вопросы? Пишите в комментариях!

Не нашли на сайте статьи на интересующую Вас тему касающуюся электрики? Напишите нам здесь. Мы обязательно Вам ответим.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Загрузка ...
Adblock
detector