Обрыв нуля в трехфазной сети

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.

Отгорание нуля, что происходит и как защититься?

Привет, друзья. Сталкивались когда-нибудь с явлением «отгорание нуля »? Если нет, то вы счастливый человек. Но знать об этом, особенно электрикам, будет полезно. Поговорим о том, почему этот таинственный ноль имеет тенденцию отгорать, что происходит при этом и какая бывает защита от отгорания нуля. Для того чтобы понять это, немного вспомним физику.

Нашел в интернете хорошее видео по теме, коротко и ясно, если не любите читать, смотрите ниже. Итак, начнем.

Ноль. для однофазной цепи, это название проводника, который не находиться под высоким потенциалом относительно земли. Фаза. это второй проводник. она имеет высокий потенциал переменного напряжения относительно земли. В России, чаще всего, это 220-230 Вольт. Ноль при этом не проявляет тенденции к отгоранию.

Основная загвоздка — все линии электропередачи, являются трехфазными. Рассмотрим традиционную схему « звезда »:

Здесь и появляется понятие « нулевой проводник ».

В трех одинаковых нагрузках, переменный ток каждой фазы сдвинут по фазе на 1/3. В идеале, эти токи компенсируют друг друга. При такой нагрузке, в средней точке, векторная сумма токов равна нулю.

Получается, что через нулевой провод, подключенный к средней точке, ток не течет (он практически не нужен).

Незначительный ток на нулевом проводнике все же возникает. Это происходит, когда нагрузки на фазах не полностью компенсируют друг друга, тоесть разные. Прямое доказательство этому можно увидеть на практике, посмотрите на четырехжильные кабели для трехфазных цепей, нулевая жила вдвое меньшего сечения. чем фазные. Зачем тратить дефицитную медь, если тока в жиле практически нет? Имеется смысл…

При сосредоточенной нагрузке, в трехфазной цепи, ноль тоже не расположен к отгоранию.

Интересное начинается тогда, когда к трехфазной цепи начинают подключать однофазные нагрузки (многоквартирных домах, например). Каждая нагрузка представляет случайно выбранное устройство.

При использовании одной фазы из трехфазной цепи, их стараются распределить по мощности так, чтобы на каждую приходилась примерно одинаковая нагрузка.

Все понимают, что полного равенства при этом не достигнуть. Жители дома будут случайным образом включать, выключать электроприборы, поэтому нагрузка будет постоянно меняться. Полной компенсации токов в средней точке происходить не будет, но ток нулевого проводника обычно не достигает максимального значения, большего току в одной из фаз. Ситуация предсказуемая, отгорание нуля при этом бывает крайне редко.

Бытовые методы проверки наличия заземления

Если понятно зачем нужно заземление в розетке, то остается вопрос как узнать работает ли оно – ведь на практике ноль в сети всегда заземлен и по сути подключение идет по одному и тому же проводу. Здесь надо понимать, что в ряде случаев заземление это дополнительный ноль, но по возможности с меньшим сопротивлением провода. Также надо учитывать, что в квартире проводка может быть сделана правильно, но если на подъездном щитке нет отдельных клемм для заземления, то провод могут оставить неподключенным до того времени, как в доме будет смонтирована отдельная шина заземления.

Для простейшей проверки нужен индикатор напряжения или тестер, лампочка-контролька и отвертка.

Визуальный осмотр

Первым делом надо посмотреть на конструкцию розеток в доме – в них может быть только два отверстия под штепсель или с дополнительными контактами.

В первом случае ясно, что конструкция самих розеток не предусматривает наличие заземления. Во втором, что подключение защиты к ним возможно в принципе, но есть ли она на самом деле, надо проверять дополнительно.

Дальше разбирается сама розетка – здесь надо смотреть, какое количество проводов выходит из стены и какого они цвета. По стандартам фаза подключается проводом коричневого (черного, серого, белого) цвета, ноль синего, а заземление двухцветным желто-зеленым. В старых домах это может быть просто двух или трехжильный одноцветный провод. Если использовано только два провода то это однозначно говорит про отсутствие заземления. Если выходит три жилы, значит будет требоваться дополнительная проверка.

Дополнительно надо осмотреть щиток возле электросчетчика – если в квартиру заходит только два провода это также говорит о том, что заземление отсутствует изначально.

Зануление при отсутствии заземления

Есть вероятность обнаружить только два входящих в квартиру провода, но при этом при осмотре розеток видно, что контакты для заземления и нулевой провод закорочены между собой перемычкой. Этот вариант подключения называется занулением, но использовать его запрещено правилами ПУЭ, так как при коротком замыкании напряжение сразу же оказывается на корпусах приборов и возникают высокая вероятность поражения человека электрическим током.

Даже без короткого замыкания такое подключение опасно при достаточно распространённой поломке – отгорании нулевого провода на вводном автомате. В этом случае фаза через контакты приборов оказывается на нулевом проводе, который после перегорания не подключен к заземлению. Индикатор напряжения будет показывать фазу во всех контактах розеток.

О том что такое зануление и чем оно опасно смотрите в этом видео:

Как определить наличие заземления

Если на розетку выведены три провода и все они к ней подключены, что проверить работоспособность заземления можно тестером или обычной лампочкой.

Для этого необходимо определить на каком проводе сидит фаза, что делается индикатором напряжения. При этом, если фаза обнаруживается на двух проводах, значит сеть неисправна.

Когда фаза найдена, к ней касаются одним проводом лампочки, а вторым поочередно дотрагиваются до нуля и заземления. При прикосновении к нулевому проводу лампочка должна засветиться, а вот есть ли заземление, надо смотреть по ее поведению – возможны следующие варианты:

• Лампочка не светится. Это значит что заземление отсутствует – скорее всего, в распределительном щитке провод никуда не подключен.
• Лампочка светится точно так же как и при подключении к нулевому проводу. Значит заземление есть и в случае короткого замыкания току будет куда уйти, но отсутствует защита, срабатывающая на ток утечки.
• Лампочка начинает светиться (в некоторых случаях не успевает загореться), но тут же во всей квартире выключается электричество. Значит заземление подключено и работает правильно – на вводном щитке квартиры стоит автомат УЗО, отсекающий напряжение при возникновении тока утечки, который уходит на провод заземления.

При проверке надо обращать внимание на яркость свечения лампочки или на то, какие значения показывает вольтметр. Если по сравнению с подсоединением к нулевому проводу лампочка светится тусклее (или напряжение меньше) значит сопротивление заземляющего провода выше и эффективность его низкая

Проверка одного длинного провода

А если нужно проверить только одну жилу? Это можно сделать так. Например есть 2-х проводный кабель, и интересует, оборвана ли только одна линия, и если да, то какая.

В основном вы должны делать то же, что и в предыдущем этапе, только с использованием дополнительного провода с любым поперечным сечением.

Берем дополнительный шнур и с одной стороны прикручиваем его к проводу, который хотим исследовать. Ведем его ко второму месту, где расположен второй конец провода.

Касаемся щупами и измеряем. Если всё хорошо, будет результат измерения близко к 0 Ом, если что-то пойдет не так, измерение будет несколько kΩ, MΩ или даже на дисплее будет просто 0L — обрыв.

Откуда в розетке 380в при обрыве нуля — наглядно, доступно, без формул.

Наверняка у каждого из вас, хотя бы раз в жизни сгорали бытовые приборы от перенапряжения. При этом многие слышали, что подобное не редко случается из-за обрыва ноля.

Давайте наглядно без формул, векторных диаграмм, смещений нулевых точек и т.п., с точки зрения обывателя попытаемся разобраться, каким же образом напряжение 380в, вместо привычных 220в, может оказаться в ваших розетках.

Ведь действительно возникает логичный вопрос, как это так, оборвался или отгорел один из проводов, а напряжение ни то что не пропадает, а становится даже больше.

Понимание этого процесса будет полезно каждому потребителю, дабы потом не возникало вопросов, зачем электрики пытаются «всунуть» в электрощиток, непонятные реле, стоимостью несколько тысяч рублей.

Чтобы доступно разобраться в сути этого явления, давайте вспомним разницу между последовательной и параллельной схемой подключения электроприемников.

При параллельном подключении, фазный и нулевой проводники одновременно приходят ко всем потребителям в цепи. Нарисуем такую схемку, где этими потребителями будут обыкновенные лампочки накаливания.

На входе напряжение составляет 220в. При таком подключении, на каждой лампочке напряжение будет одинаковым, и при достаточном сечении проводников и малой нагрузке, не будет сильно отличаться от вводного.

При этом отключение или включение каждой лампочки по очередности, не сильно скажется на его значениях. Именно по такой схеме и подключены все розетки в ваших квартирах.

Однако если напряжение будет одинаковым, ток в цепи будет разным. Общее его значение складывается из суммы токов проходящих через лампочку №1 и №2.

Вы можете включать и более мощные приборы (лампы 200Вт, чайник), и все будет прекрасно работать.

Схема последовательного подключения несет в себе уже существенные изменения. Здесь питающий проводник (это может быть фаза или ноль), сначала приходит на первую лампочку, а далее от нее уходит на следующую.

Только после этого он возвращается на вводной автомат или в общую сеть.

Не важно количество токоприемников, их может быть 2,3,4 и более. Главное, чтобы они были строго подключены один после другого. Что же изменится, если вы включите последовательно две лампы по 100Вт? А случится то, что напряжение на них упадет примерно в два раза

Что же изменится, если вы включите последовательно две лампы по 100Вт? А случится то, что напряжение на них упадет примерно в два раза.

При этом общее вводное напряжение будет складываться из суммы падений напряжений на лампе №1 и лампе №2. То есть, 110в на одной и 110в на другой. Кстати, такой казалось бы недостаток, можно очень хитро использовать несколькими способами.

Напомню, что в параллельной схеме, U везде было одинаковым, не важно в какой точке. Здесь же одинаковым будет ток, при том в любой части электрической цепи I=I1=I2. Однако такая ситуация с равномерным падением напряжения, будет наблюдаться только в том случае, если все эл.приемники будут одинаковой мощности

Стоит вместо одной 100Вт лампы вкрутить 200 ваттную, и вы сразу же увидите разницу

Однако такая ситуация с равномерным падением напряжения, будет наблюдаться только в том случае, если все эл.приемники будут одинаковой мощности. Стоит вместо одной 100Вт лампы вкрутить 200 ваттную, и вы сразу же увидите разницу.

На лампочке 100Вт будет напряжение 146В и она будет гореть довольно ярко. В то же время более мощная 200 ваттная будет еле светиться.

Связано это с тем, что падение напряжения напрямую зависит от сопротивления потребителя. На более мощных приборах сопротивление маленькое.

Вот примерные данные по стандартным лампочкам, предназначенным для работы в сети 220В:

{SOURCE}

Последствия при обрыве «нуля»

Последствия при обрыве нейтрального проводника могут быть совершенно разные. Все зависит от того в какой сети произошло аварийное отключение нуля: трехфазной или однофазной. Рассмотрим оба случая отдельно друг от друга.

1. Трехфазная сеть. Отгорание или обрыв нейтрального проводника в трехфазной сети может привести к полному перекосу питающих фаз в результате которого на одной линии электропроводки, питающей бытовую технику и осветительные приборы может возникнуть повышенное напряжение в 380 В, а на другой понизиться вплоть до нулевой величины. Перенапряжение, а также снижение напряжения электрической сети, является опасным для любых электроприборов и электронных устройств. Предельные величины напряжения в электропроводке могут вызвать возгорание как самих проводов, так и электроприборов, что приведет к пожару в помещение.

2. Однофазная сеть. Совершенно другая картина возникает при обрыве «нуля» в однофазной сети, которая заводится в квартиры и дома от распределительного щита. Каждая линия питания группы осветительных приборов и бытовой техники состоит из двух проводников: «нуля» и фазы. К тому же в большинстве современных многоэтажных домах кабель электропроводки имеет третью жилу для подключения к электроприборам защитного заземления, чего нет в старых постройках. При обрыве «нуля» в однофазной сети на нулевом проводе появляется опасное для человека напряжение в 220 В.

Как мы видим, при обрыве нейтрального провода в любой сети как трехфазной, так и однофазной, может возникнуть ряд негативных и опасных последствий. Что делать, чтобы исключить такое развитие событий? Конечно, выход есть! Необходима защита от отгорания «нуля» или его обрыва! Ниже мы рассмотрим все виды защиты от обрыва или отгорания «нуля» в трехфазных и однофазных сетях.

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.

Принцип включения и виды повреждений нуля

Многоквартирные дома и частный сектор в совокупной привязке подсоединены к трехфазной сети от подстанции. Все фазы питания от 380V источника, при распределении подсоединяют по схеме «звезда» — на выходе 3 однофазные линии с напряжением 220V. Итоговый провод в жилых помещениях представлен 2 контактами – фазой и нулем.

В зависимости от места обрыва можно выделить такие виды нарушений электросети:

1. Обрыв провода на источнике питания 380В – приводит к отключению электричества по всем линиям.
2. Повреждение контакта перед распределением по «звезде» или на ней – смещение напряжения в линиях (пример – 154/285/224).
3. Отсутствие нулевого контакта после распределения системы по принципу «звезда» – отключение всех источников в помещении или отдельной части системы.

Внимание!

Перекос напряжения на потребителях, выделенных по принципу «звезда», может происходить также при коротком замыкании одного из контактов или перенапряжении отдельной линии.

Возможные последствия отключения массы

При отключении нулевой линии у потребителя могут просто не работать электрические приборы – нет контакта, нет тока. При перекосе напряжения в идеальной сети, без использования защитного оборудования или его несрабатывания, возможно повреждение устройств, включенных в сеть, или их нестабильная работа. В зависимости от изменения параметров напряжения и тока в розетке приборы бытового применения могут реагировать по-разному.

Распространенные причины обрывов:

1. Отгорание нулевого контакта при внезапном скачке нагрузки в электросети или коротком замыкании (козе).
2. Ослабление контакта в месте соединения проводов – скрутки, клеммы, розетки, другое.
3. Окислы в месте соединения проводников из разного материала в старой электропроводке.
4. Механические повреждения – хищение кабеля, обрыв при ремонте или ветре.

Самые распространенные и дорогие потребители электротока оборудованы встроенной защитой (предохранителем). Такие части принципиального устройства прибора способны отсоединить от электропитания при слабости нагрузки или пресечь прохождение тока большой мощности. Если такого дополнения нет, то есть риск полного «сгорания» приборов. Но, при подключении, перед счетчиком устанавливают автоматические защитные реле или предохранители.

Когда обрыв контактного проводника массы происходит в однофазной сети – в пределах квартиры, то электрический ток не может нанести серьезного вреда. При перегорании  нуля происходит простое отключение подсоединенного прибора – лампочки, компьютера или холодильника. Для возобновления работоспособности бытовой техники и других электроприборов требуется восстановить поврежденный контакт или переподсоединить к рабочему источнику с нулем.

Внимание!

При выполнении ремонтных работ в электрической сети обязательно отключать источник, в другом случае есть риски пострадать от электричества. В квартире или доме это автоматы на счетчике.

Опасность для человека и признаки повреждения

Если в сети происходит смещение напряжения, а в приборах, подключенных к сети, нет заземления – существует опасность поражения электротоком от корпуса. Но, определить риски можно только по косвенным признакам обрыва контактной линии массы. Самые явные можно заметить на глаз – мерцание освещения в доме или искрение розеток при включении штепселей.

Также на аварийные изменения напряжения могут указывать:

• шум от счетчика;
• беспричинное срабатывание реле;
• автоматическое отключение приборов с защитой;
• нагрев выключателей и розеток.

Если обрыв произошел внутри помещения или на входе автоматов электрического счетчика, обнаружить повреждение возможно, используя электромагнитный тестер или визуально. При повреждении контактов вне помещения – подъезд или ранее по линии, надо обязательно обращаться в службу ЖКХ или в РЭС. Электрики, которые будут направлены по вызову, сами определят место повреждения и восстановят контакт.

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.

Всем известно, что ток в электрической сети течет по замкнутому контуру, питая при этом разнообразную бытовую технику и промышленное оборудование. Сеть подачи электроэнергии в частные дома, квартиры и дачи является одним из направлений распределения электричества в глобальной системе энергоснабжения разнообразных объектов. Все это говорит о том, что для питания бытовых электроприборов необходимы как минимум два электрических проводника, которые создадут замкнутую цепь электропитания домашней техники.

Эти проводники называются фазным (L) и рабочим нулевым (N). «Ноль» не опасен для человека при прикосновении к нему, так как на нем отсутствует напряжение сети. Но это не значит, что через него не протекает электрический ток. В идеальном случае, в однофазной сети, величина тока, проходящего через фазный проводник полностью совпадает со значением этого параметра, протекающего через нейтральный провод. В этой статье мы рассмотрим вопрос, причины обрывы или обгорания нулевого проводника, что происходит в случае такой аварийной ситуации, последствия этой аварии и какая защита от обрыва «нуля» способна исключить такое негативное явление.