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.

Отгорание нуля

Какие бывают последствия отгорания нуля?

Приходилось ли вам слышать о том, что у кого-то сгорела дорогостоящая аппаратура. Возможно, тебе лично пришлось испытать такую неприятность. Почему такое произошло? Причина оказалась в том, что на проводнике в какой-то момент, присутствовало не 220 В, а 380 В. Как такое возможно? Кого винить в произошедшем? Кто будет покрывать убытки?

Были такие случаи, когда пьяный электрик во время профилактических работ в контактных соединениях перепутал проводники, вместо проводника нуль подсоединил фазу, а между фазой и фазой напряжение составляет 380 Вольт.

Но чаще всего, 380В может поступить в наши обители с неожиданной стороны. Проблема кроется в отгорании нуля. Что это за таинственное отгорание нуля? Как оно происходит? Как защититься от нежданного “гостя”?

Для чего нужен нулевой проводник?

Отгорание нуля это лексикон электриков, на техническом языке — обрыв нуля. Проводник нуль используется в трехфазной схеме звезда. Есть еще другая схема, схема треугольник. У такой схемы присутствуют три фазных проводника: А, В, С, но отсутствует четвертый проводник, нулевой. В основном используется в промышленных целях.

В схеме звезда четыре проводника, три фазных и нулевой. Нашему населению достается именно схема звезда и другого быть быть не может. Итак, в многоквартирный дом приходят не два проводника, как некоторые могут полагать, а четырехжильный или пятижильный провод, с защитным заземлением РЕ. Но пока во внимание заземление мы намерено брать не будем, на данный момент он нас не интересует.

Мощный силовой кабель приходит в водный распределительный щит. С главного щита идет распределение по подъездам, а с подъезда по этажам, с этажей по квартирам. Трехфазная схема распределяется равномерно по этажам. Если в подъезде 36 квартир, три фазы будут распределены следующим образом: фаза А – 12 квартир, фаза В – 12 квартир, фаза С – 12 квартир. Распределено равномерно, для баланса работы трехфазной схемы.

Но вот только жители не согласовывают включение и выключение энергопотребителей, да и такого на практике быть не может. Получается так, что один стояк может оказаться сильно загруженным, а другой остается мало задействованным. Что происходит в системе? Произошел перекос в трехфазной схеме или дисбаланс. Поставщику электроэнергии никогда не добиться равенства потребления электроэнергии с подобной схемой. Понятно, почему. Люди не роботы, действовать подобно бездушным изобретениям по заданным алгоритмам не могут.

Представим себе, как кипит жизнь в многоэтажном доме. Одни что — то включают, другие выключают. В общем и целом, потребление электроэнергии, чаще всего, происходит более или менее одинаково. Но бывает хороший перекос: по стояку фазы А “густо” разбирают энергию, а по фазе С “пусто”. С этим все понятно. Давайте немного углубимся в трехфазную схему звезда.

Переменные токи каждой фазы в трех одинаковых нагрузках сдвинуты по фазе ровно на одну треть и в идеале компенсируют друг друга, поэтому нагрузка в такой схеме называется трехфазной сосредоточенной нагрузкой. В средней точке ровна нулю. При равномерной нагрузке трех фаз, например, работают станки на производстве, потребление энергии одинаково по всем фазам. Нуль остается невостребованным, нет дисбаланса. В связи с чем, сечение нулевого проводника гораздо меньше чем по фазе. Нет смысла тратить дорогой металл на то, в чем нет необходимости, там, где появляются незначительные токи. Но у нас в доме приборы работают не от трехфазной схемы, а от однофазной — это все в корне меняет.

Как отгорает нуль?

Тенденция отгорания нуля началась в эпоху 90-х годов. Эпоха экономического преобразования. На рынке появилось большое количество электротехники. Современная аппаратура: компьютеры, телевизоры, радиоприемники, DVD проигрыватели и многое другое. Характер таких устройств несколько отличается от классических бытовых потребителей. Дело в том, что такие приборы выбрасывают в сеть дополнительные импульсные токи, которые не компенсируются в средней точке. Когда включаются приборы. имеющие различные величины сопротивлений, на нулевом проводе может скопится равный или превышающий ток одной из фаз. Это те условия, которые могут создать отгорание нуля, из-за перегрузки на нулевой проводник.

Отгорание происходит в слабых местах. например, в плохо обжатом контакте. Такой перекос может из-за отгорания нуля создать катастрофические последствия: скачек напряжения до 380 Вольт. Большая часть дорогостоящей аппаратуры может сгореть. Но вот спросить будет не с кого.

Как защитить аппаратуру во время отгорания нуля?

Для защиты бытовой техники от подобных неприятностей, поможет реле контроля напряжения.

Надежная работа любых бытовых электроприборов от простой лампочки до посудомоечной машины зависит от стабильности электросети. Резкое повышение напряжения или его падение ниже допустимого предела, приводят к быстрому выходу из строя телевизоров, компьютеров, холодильников, стиральных машин и т.п. Это может привести к перегреву обмоток электродвигателей бытовых приборов и последующему выходу их из строя.

Реле напряжения отключает напряжение, если его значение выходит за допустимые пределы. Тем самым защищает все подключённые к нему устройства и приборы. То есть реле напряжения — это защита по напряжению. Для установки реле защиты и другим электромонтажным работам в Нижнем Новгороде, можно обратится за помощью к электрикам профессионалам .

Итак, подведем итог: отгорание нуля в наше время не редкость. Причины мы выяснили, следствия отгорания нуля понятны, как защитить аппаратуру узнали. Осталось приобрести надежное реле напряжения.

Советую не покупать реле напряжения Ресанта, время срабатывания 1 секунда, за такую медлительность все погорит. Приобретать прибор лучше со временем срабатывания по отсечке 0,2 секунды. Такой прибор стоит недешево, но без него ущерб может возрасти во много раз. Ставить прибор или надеяться на авось, решать вам.

Отгорание нуля. Видео.

Оцените качество статьи. Нам важно ваше мнение:

Отличная информация! Наглядно, убедительно (правда, без технических подробностей) показана опасность отгорания нуля. И. главное, указан метод решения проблемы. Молодцы! Спасибо.

Добрый день. А у меня такой вот вопрос:
У меня в квартире стоит одна розетка под телевизор на стене. Работал работал себе и в один день встал. Смотрю индикатором на одной фаза на другой ноль (вроде как и должно быть). А подключаю телевизор (зарядку от телефона, все что угодно) не работает. Начал проверять. Мультиметр показывает 220В. А при любой нагрузке все равно не работает. Дальше начал проверять и тут выяснил что при подключении хоть и малой нагрузки в розетке на обоих проводах появляется фаза (индикатор на обоих горит). Объясните пожалуйста как это может быть. Спасибо.

Соседи воруют у вас єлектричество. Вызывайте милицию.

Просто ноль отвалился на щите или в стене. Фаза на нуле появляется через нагрузку (прибор который Вы включаете в розетку)

И не только мультиметр показывает, вы еще можете вставить в эту розетку светодиодную лампочку и она будет гореть — https://youtu.be/TjA1QjwLNVs
А мультиметр то у вас не самый дешёвый раз показывает 220 при этом случае, к примеру 830-й — этот как раз в данном случае не покажет 220, и только когда, скажем так — полноценное 220V в розетке будет тогда покажет 220V.

А если ноль отвалился, как тогда мультиметр показал 220 В? Ведь он показывает напряжение между фазой и нулём (не висящем в воздухе и не отваленным)

Обрыв нулевого провода в трехфазной и однофазной сетях

Как известно, электрический ток течет по замкнутой цепи, выполняя при этом работу. Домашняя электросеть является одним из множества ответвлений глобальной сети энергоснабжения. Это означает, что для работы домашних электроприборов необходимо, чтобы было подведено минимум два проводника, по которым будет течь ток.

По рациональным причинам, описанным ниже, их называют фазным и нулевым рабочим проводом (N). В данной статье разъясняется функция рабочего нулевого проводника, и описываются проблемы, возникающие, если происходит аварийный обрыв нуля .

Практически все взрослые люди знают, что нулевой проводник сети, работающий в штатном режиме, не представляет угрозы при прикосновении, так как на нем нет опасного для здоровья напряжения. Но, это не означает, что через провод ноля не течет ток – нужно четко различать эти понятия. В идеальной цепи ток фазного и нулевого проводника идентичен.

Функция рабочего ноля

В процессе изучения электричества ученые поняли, что земля (грунт, геологические породы и вся планета целиком) является неплохим проводником электрического тока. В принципе, для энергоснабжения было бы достаточного одного провода с электрическим потенциалом, а грунт бы выполнял функцию обратного участка цепи.

Кривая зависимости удельного сопротивления грунта от влажности

Но прогресс не пошел по этому направлению из-за необходимости создания систем заземления с большой контактной площадью, и при этом имеющих нестабильные характеристики и требующие постоянного обслуживания и защиты от влияния среды и электролитических процессов.

Поэтому дешевле и надежнее было провести два проводника, чтобы создать замкнутую цепь. Было решено один из проводов электрически соединить с землей, то есть, потенциал на данном проводнике относительно грунта равняется нолю. Данное решение было принято в целях электробезопасности ради зануления корпусов электрооборудования.

Схематическое отображение заземления и зануления

В наше время, функции защиты (зануления) выполняет защитный заземляющий проводник PE, а провод ноля используется только для протекания рабочего тока цепи. Термин «фазный провод» не имел бы смысла в однофазной сети, но, поскольку синусоидальное напряжение смещено по фазе относительно аналогичного параметра у других проводников электросети, данное название принято в обиходе.

В системах электроснабжения бытовых потребителей рабочий нулевой проводник всегда имеет контакт с землей (исключение: изолированная нейтраль). В цикле статьей о заземлении подробно описаны принципы разделения совмещенного нулевого провода на рабочий и защитный ноль в различных системах. Это означает, что напряжение относительно земли на рабочем ноле в однофазных и трехфазных системах нулевое (безопасное для людей и оборудования).

Схематическое отображение энергоснабжения жилого дома по системе заземления TN-C-S

Аварийное отключение рабочего ноля

Электрики знают, что и на нуле небольшой потенциал все же есть, и он зависит от величины протекающего тока (I) и удаленности от точки заземления. Чтобы понять данный процесс, нужно вспомнить задачу из школьного курса физики о расчете напряжений (делитель U₁. U₂ ) в точке соединения двух последовательно включенных сопротивлений (R₁. R₂ ). В нашем случае это будут сопротивления кабеля фазы и подключенной нагрузки (R₁ ,) и R₂ участка нулевого провода до точки заземления .

Делитель напряжения, образующий ноль в розетке

Если сопротивление нагрузки (R₁ ) многократно превышает аналогичный параметр (R₂ ) участка рабочего ноля, то потенциал на контакте ноля в розетке будет ничтожно малым. При большой протяженности рабочего нуля до точки заземления, напряжение U₂ гипотетически рассчитываем по школьной формуле из рисунка выше. Но, если происходит обрыв нулевого провода, то при включенном в домашнюю сеть электрооборудовании на любом контакте ноля каждой розетки будет фазное напряжение U₁ .

При обрыве ноля индикатор будет показывать две фазы в розетке

Казалось бы, при современных системах заземления, исключающим зануление, пропажа нуля, не несет никакой опасности, ведь корпусы оборудования надежно заземлены, а сами электроприборы перестанут работать из-за прекращения тока. В однофазной домашней электрической сети будет именно так, если ноль оторвался сразу при вводе в дом.

Влияние обрыва ноля на потребителей

Но, если случается обрыв нуля где-то на трехфазной линии, то на оставшейся цепи, от разрыва до дома формируется напряжение подключенной нагрузкой от других фаз соседних потребителей электроэнергии. Если бы ток нагрузки всех трех фаз был идентичен, то сформировавшийся потенциал на нулевом проводнике был бы близким к нолю.

В реальности, при аварийных ситуациях нагрузка на фазах неравномерная, что означает смещение напряжения на нулевом проводнике в сторону большего фазного тока. Соответственно, разница потенциалов между образовавшимся нулем и двумя другими фазами окажется значительно большей, чем обычное напряжение сети электропитания.

Поэтому обрыв нулевого провода для бытовых электроприборов означает провал напряжения при попадании на фазу с наибольшим количеством подключенных потребителей, или превышение потенциалов выше допустимых параметров электропитания, если не повезет оказаться на двух других фазах.

Способы защиты от обрыва ноля

Для уменьшения потенциала на нулевом проводнике и соответственно, ради увеличения эффективной разницы между штатным фазным напряжением сети и нулем применяют многократное повторное заземление совмещенного ноля. Эта мера также предназначена для уменьшения негативных последствий для потребителей вследствие обрыва нулевого проводника в сети электроснабжения.

Стрелкой указано повторное заземление ноля (PEN) на опоре воздушной линии

К сожалению, во многих провинциальных регионах, особенно в сельской местности, сопротивление повторного заземления оказывается недостаточным для надежной защиты от превышения напряжения, возникающего при обрыве нулевого провода. К тому же, на воздушных линиях сети энергоснабжения, преобладающих в сельской местности, обрыв нуля происходит гораздо чаще, чем в городских подземных или скрытых (защищенных) линиях электросети.

Обычный потребитель может влиять на качество электропитания на вводе лишь при помощи юридических инструментов – жалоб, петиций, судовых исков, и т д. Но в домашней сети, сохранить приемлемый уровень качества электроэнергии можно при помощи стабилизаторов. а обезопаситься при аварийных ситуациях получиться, применив реле напряжения или обладающие дополнительными функциями дифавтоматы.

Похожие статьи

Закон Джоуля — Ленца

Токи Фуко. Вихревые токи и их применение

Источники: http://www.eti.su/articles/kabel-i-provod/kabel-i-provod_449.html, http://electric-tolk.ru/otgorany-nulus/, http://infoelectrik.ru/nemnogo-osnov-elektrotehniki/obryv-nulevogo-provoda-v-trexfaznoj-i-odnofaznoj-setyah.html