Назначение нулевого провода в трехфазных системах

Назначение нулевого провода в трехфазных системах

Одной из важнейших экономических проблем электроснабжения является уменьшение веса проводов электрической сети при заданной передаваемой мощности и определенном проценте потерь в сети. Оно может быть достигнуто не только повышением напряжения в сети, но также путем объединения нескольких независимых сетей, причем в части проводов можно создать токи, взаимно компенсирующие друг друга. Это дает возможность уменьшить либо число проводов, либо их сечение.

Уже в первые годы развития электротехники, когда электропередача производилась при постоянном напряжении, указанная идея была использована в так называемой трехпроводной системе, предложенной Доливо-Добровольским.

Пусть имеются два одинаковых (по напряжению и мощности) источника постоянного напряжения U , каждый из которых обслуживает своих потребителей.

Сеть состоит из четырех проводов. Если объединить два провода в так называемый уравнительный (нулевой) провод, то в нем будут суммироваться противоположно направленные токи, поэтому сечение провода можно будет значительно уменьшить.

При симметричной нагрузке ( I1=I2 ) уравнительный провод оказывается излишним, и экономия в проводах достигает 50°. При изменении нагрузок (без уравнительного провода) напряжение будет перераспределяться между ними, что нежелательно .

Уравнительный провод в значительной степени уменьшает несимметричное распределение напряжения. Если можно пренебречь внутренним сопротивлением источников и сопротивлением линии, то несимметрия устраняется практически полностью. Подобная же идея лежит в основе построения многофазных систем переменного тока.

Многофазной симметричной системой называется совокупность нескольких переменных напряжений равной амплитуды и частоты, симметрично сдвинутых по фазе со времени. Практическое распространение получила трехфазная система (смотрите – Трехфазная система ЭДС).

Трехфазная (и всякая многофазная) система по сравнению с однофазной имеет ряд преимуществ: она позволяет выиграть в весе проводов электрической сети, обеспечивает более равномерную нагрузку двигателя, вращающего электрический генератор трехфазного напряжения, и, наконец, позволяет создать вращающееся магнитное поле, широко применяющееся в электродвигателях.

Если бы вместо трехфазной системы применялась однофазная (той же мощности и того же напряжения), то потребовалось бы только два провода, но их сечение пришлось бы рассчитывать на втрое больший ток. По сравнению с однофазной системой трехфазная дает экономию в весе проводов на 30 – 40%.

Независимо от схемы включения генератора (обычно неизвестной потребителю) нагрузка трехфазной системы также может включаться двумя способами — треугольником или звездой.

В первом случае напряжение на каждом из потребителей равно линейному и не меняется при нарушении симметрии нагрузок. Ток в потребителе (фазовый) отличается от тока в линии.

При включении же потребителей звездой ток в каждой нагрузке равен соответствующему линейному току, но напряжение на каждой нагрузке (фазовое) отлично от линейного.

При изменениях нагрузок токи автоматически перераспределяются, причем сумма их (получающаяся в общей точке нагрузок) всегда обращается в нуль. Одновременно происходит соответственное перераспределение напряжений между неравными нагрузками.

Этот недостаток устраняется, если имеется нулевой провод (присоединяемый к общей точке нагрузок), так как он позволяет сумме трех фазовых токов оставаться отличной от нуля т. е. при несимметричной нагрузке нулевой провод трехфазной системы способствует поддержанию постоянства напряжения на нагрузках.

Нулевой проводник

Время на чтение:

Все знают, что электрический ток протекает по замкнутой цепи. Электросеть розетки является частью глобальной сети, поэтому для нее работают все те же законы и определения. Работа домашних приборов возможна при подведении в них нескольких проводников: фазы и нуля. Необходимо более подробно разобрать, для чего нужен нейтральный провод, как он работает и чем он опасен.

Что такое нулевой проводник

Нулевой провод, или нейтральный провод — это проводник, который предназначен для питания различных электроприборов и подключен к глухо заземленной нейтрали трансформатора. Отбросив специальные термины и говоря простыми словами, это проводник, соединенный с той частью трансформатора или генератора электроэнергии, которая заземлена.

Рабочий и защитный нулевой провода

Если брать в расчет однофазную электрическую сеть, используемую практически во всех частных домах и квартирах, то для функционирования электроприборов в обязательном порядке нужны провода фазы и нуля. Нейтральный кабель просто соединяется с заземлением и в идеале должен обладать нулевым потенциалом, а это означает полное отсутствие напряжения.

Важно! Напряжения на нуле не будет лишь в том случае, если он соединен с землей. Если связь была нарушена человеком или другими внешними факторами, то в процессе работы того ли иного прибора на него будет подаваться фазное напряжение однофазной сети (220 В).

Схемы и чертежи обозначают нулевой проводник латинский буквой «N», но в старых советских схемах и учебниках было принято подписывать его цифрой «0». Физически изоляция провода обязана быть синего цвета. Это четко отражено в п. 1.1.30 «Правил устройства электроустановок».

По ПУЭ изоляция нулевого рабочего проводника должна быть синего цвета

Принцип работы нулевого проводника

Если рассматривать новостройки и квартирные строения старого типа, то передача электроэнергии и ее принципы будут существенно отличаться. Сети новых домов разрабатываются по типу TN-S:

  • электрический ток проходит от трансформатора или генератора со вторичной обмоткой, которая соединена типом звезда, когда все провода сходятся в одной нулевой точке;
  • другие концы проводов отведены к трем клеммам, которые также подключены к нулевой точке и соединяются по контуру заземления с подстанцией;
  • провод с высоковольтной характеристикой, если он обладает нулевым сопротивлением, разделяют на рабочий N (голубого цвета) и защитный PE (желто-зеленый).
Читайте также:  Распределительный щит в частном доме

Если говорить о старых домах, то в них используется система TN-C:

  • заземленный ноль располагают в специальной распределительной коробке;
  • фазу и ноль от генератора или трансформатора прокладывают к дому по подземным или надземным высоковольтным линиям;
  • кабеля соединяют в щитке ввода, что и образует три фазы с напряжением в 220 В или 380 В;
  • от щитка проводку разводят по квартирам и подъездам;
  • конечный потребитель получает электричество от проводника;
  • нагрузка устраняется с помощью подвода нуля (N).

Система заземления TN-S

Назначение нулевого проводника

Некоторые ошибочно думают, что ноль является только заземлением. На самом деле он выполняет функцию соединения нейтралей электроприборов в трехфазной цепи.

Во время подачи разных нагрузок на все фазы происходит их смещение, а точнее смещение нейтрали. Это нарушает симметрию напряжений. Одному потребителю электричества подается слишком большая величина, а другому — слишком маленькая и недостаточная. В первом случае электроустановки могут перегружаться и сгорать, а во втором — работать некорректно, сбоить и т. д.

К сведению! Основное предназначение нулевого проводника заключается в создании цепи для тока короткого замыкания. Она имеет слишком маленькое сопротивление, а значение тока должно быть таким, чтобы быстро реагировала защита, отключающая поврежденную электронику из сети.

Как правильно подключать нулевой проводник

Для подключения PE провода к домашней розетке следует с помощью проводника создавать ответвления от основной магистрали нуля защиты через установочную коробку. Чтобы подключиться к ней, рекомендуется пользоваться специальными видами соединителей от компаний Wago, Went или Scotchlok.

Способ предполагает соединение розеток и нуля с помощью ответвлений, а фазы и нуля с помощью шлейфов. Его схема изображена на картинке ниже. Разрыв нуля и фазы на нем не изображен для удобства восприятия.

Подключение по схеме

Чем опасен нулевой проводник

Нулевой проводник, если он подключен правильно, не имеет напряжения. Опасным он становится лишь при обрыве или повреждении. Провод может повредиться в результате короткого замыкания, механических воздействиях, а также из-за срока функционирования установки. В результате этого:

  • проводник сгорает в распределительном щитке, а его напряжение увеличивается до 380 В;
  • если обрыв происходит в доме, то остается только одна фаза, которая ничего не питает;
  • приборы могут начать бить током, ломаться и перегорать.

Таким образом, что роль нулевого проводника крайне важна. От правильности его установки и монтажа зависит не только корректность работы электрической техники, но и здоровье человека.

Назначение нулевого провода

Нулевой провод в общем случае — это провод, по которому происходит возвращение остаточного тока по замкнутому контуру.

Не смотря на название, нулевой провод может обладать потенциалом в некоторые моменты времени. На схемах нулевой провод обычно обозначают буквой $N$.

Роль нулевого провода

Зачем же нужен нулевой провод в трехфазной цепи? Назначение нулевого провода в трехфазных цепях следующее: нулевой провод используется для выравнивания фазных напряжений.

Фазное напряжение — это напряжение между нулём и фазным проводом.

Если нагрузка на каждом из фазных проводов одинаковая (то есть одинаковая потребляемая мощность у каждого из потребителей фазного тока от фазных проводов 1-3) — то система будет оставаться рабочей даже в случае обрыва нулевого провода, так как в каждый момент времени разница потенциалов между нулевым и любым из фазных проводов будет одинаковой.

Роль нулевого провода при неравномерной нагрузке

Если нагрузка на каждой фазе будет разной — то необходимо обязательно подключать нулевой провод.

Готовые работы на аналогичную тему

  • Курсовая работа Назначение нулевого провода 470 руб.
  • Реферат Назначение нулевого провода 260 руб.
  • Контрольная работа Назначение нулевого провода 230 руб.

В случае его обрыва или внезапного повышения сопротивления на нём, напряжение распределится согласно потребляемым мощностям на каждую из нагрузок трёхфазной цепи и, соответственно, чем меньше потребляемая мощность — тем большее фазное напряжение получит потребитель тока.

Это неприемлемо для многих электроприборов и может вызвать их неисправность и даже пожар, именно для избегания таких неприятностей к каждой розетке подведён нулевой провод.

Роль нулевого провода при соединении звездой

Звезда — это особый способ соединения концов обмоток генератора, при котором все они соединяются в одну точку, называемую нейтралью.

При этом провода на выходе у потребителя также соединяются в аналогичную точку, а провод, соединяющий две нейтрали, называется нулевым. Провода же, соединяющие начало фазы у потребителя и генератора называются линейными.

В случае подключения трёхфазного двигателя нагрузка для всех трёх фазовых проводов будет одинаковая, соответственно, возвращение остаточного тока на генератор возможно по одному из фазовых проводов, на котором фазовое напряжение в данный момент времени равно нулю.

Задай вопрос специалистам и получи
ответ уже через 15 минут!

Если же нагрузки на стороне потребителя неодинаковые, остаточный ток после каждой нагрузки будет выходить разным и, соответственно, фазовое напряжение тоже будет разное.

Читайте также:  Пускатель и контактор в чем разница

Если говорить упрощённо, в каждый момент времени оно будет равно напряжению между проводом, который в данный момент времени не является несущим фазовый ток, и фазовым проводом — то есть оно будет разным.

Использование же нулевого провода в таком случае поможет предотвратить эти перепады и таким образом исключить возникновение неисправностей в сети.

Рисунок 1. Роль нулевого провода в трехфазной цепи при соединении звездой

На рисунке представлена схема подключения трёхфазной цепи при подключении звездой.

Ток по нейтральному проводу, соединяющему между собой две нейтрали, будет течь только при включении (или выключении) всей системы и старте работы первой из обмоток генератора.

В остальное время он будет возвращаться на генератор по фазовым проводам по очереди.

Фазовое напряжение на рисунке обозначено с помощью букв $U_A$, $U_C, U_B$, ЭДС на обмотках генератора — $E_C, E_A$ и $E_B$, а ток, текущий по фазовым проводам — буквами $I_C, I_A$ и $I_B$.

Сам генератор обозначен буквой $G$, а потребитель буквой $M$. Сопротивления у потребителя обозначены буквами $Z_A, Z_B$ и $Z_C$.

Линейные напряжения — то есть напряжения между фазами — обозначены соответственно $U_CA, U_AB, U_BC$. На рисунке стрелками показаны провода, к которым нужно подключить вольтметр для измерения линейного напряжения.

Маркировка нулевых проводов

Для того чтобы сделать нулевой провод легко отличаемым от остальных, соответственно ГОСТ для них принято использовать кабели бело-голубого или просто голубого цвета.

При совмещении нулевого провода с заземлением используются полосатые жёлто-зелёные кабели с концами проводов, обозначенными синим цветом:

Рисунок 2. Маркировка нулевого провода

Так и не нашли ответ
на свой вопрос?

Просто напиши с чем тебе
нужна помощь

Обрыв нуля в трехфазной и однофазной сети

Лампочка при обрыве нуля может гореть ярко, но недолго!

Иногда обывателям приходится слышать эти страшные слова – “Обрыв нуля”. Для простого человека понятного мало, но связано это всегда с очень неприятными последствиями – поражение электрическим током, сгоревшая техника, и даже пожар в квартире.

В этой статье я подробно рассмотрю, что такое обрыв нуля, как он происходит, какие последствия от него могут быть. И конечно, будет рассмотрена защита от обрыва нуля в трехфазной и однофазной сети.

Для тех, кто не очень понимает, чем трехфазная сеть отличается от однофазной, очень рекомендую ознакомиться с этой статьёй.

Также, при изучении этой статьи важно знать о том, как формируются системы заземления.

Где бывает обрыв нуля

Принципиально важно, что обрыв нуля может быть в трехфазной, а может быть в однофазной сетях.

Там происходят совершенно разные процессы, подробно расскажу ниже. Если коротко, что при этом происходит:

При обрыве нуля в трехфазной сети появляется перекос фаз, что может привести к тому, что напряжение в квартирной розетке возрастёт до 380 В! Для человека, если правильно выполнено заземление, такая авария не опасна. А вот для наших электроприборов – последствия могут быть очень печальными! А также и для нашего жилища, поскольку может произойти пожар.

Местом обрыва нуля может быть этажный щиток, тогда в зоне риска находятся только квартиры на одной лестничной площадке. А может – вводное распределительное устройство (РУ) многоэтажного дома. Например, такое:

Вводное распределительное устройство (РУ) в подвале многоэтажного дома – в плохом состоянии

При обрыве нуля в однофазной сети последствия не такие печальные – напряжение в розетке будет нулевым, и электроприборы просто не будут работать. Однако вся электросеть (а при неправильно выполненном заземлении, и корпуса электроприборов!) будет находиться под потенциалом 220 В!

Последствия обрыва нуля в трехфазной сети

Расскажу случаи из жизни.

  1. Электрики ремонтировали ввод в подъезд. И во время ремонта на несколько секунд был отключен рабочий ноль. Произошло очень неприятное: вернувшись домой вечером, люди обнаружили, что у них погорели телевизоры, холодильники, зарядки, и т.п. – то, что у нас постоянно включено в розетки. Хорошо, что ещё не произошел пожар.
  2. Пришёл по вызову, жалоба – плавает напряжение. Меряю напряжение (всё выключено) – почти 300 вольт. Затем при включении лампы накаливания напряжение падает до 70В… Оказалось, в этажном щитке выгорел болт, на который приходит ноль. Произошел обрыв нуля, перекос фаз, напряжения пошли вразнос. Заменил болт, восстановил контакт, напряжение нормализовалось.

Болт нуля. Ржавый, периодически не контачит. Если его менять без отключения, 100% в подъезде погорит техника!

Статья, как я менял там электрощиток – тут.

  • Меня вызывали в рекламно-издательскую фирму. По предварительным оценкам, ущерб более 100 тыс.руб., а всё из-за плохого контакта на нулевой шине:
  • Отгорание нуля от нулевой шины

    Нулевой провод отгорел от второго болта. Видно, как он отвалился под натяжением. Прежде, чем отвалиться, он ПОЧТИ переплавил изоляцию фазных проводов (вертикальные, красный и белый).

    Сервер ещё не включали, возможно, интеллектуальный ущерб будет больше…

    На месте этой трагедии я установил трехфазное реле напряжения Барьер, читайте статью по ссылке.

    Как видно, такие проблемы происходят из-за неправильных действий “электриков” либо из-за самопроизвольного обрыва (отгорания) нулевого провода в старом жилом фонде.

    В этой статье подробно расскажу, почему такое бывает и как с этим бороться.

    Формирование однофазной и трехфазной сетей и обрыв нуля

    Как известно, мощные потребители (в данном случае – многоквартирные дома) питаются от трехфазной сети, в которой есть три фазы и ноль. Про эту систему я уже писал подробно в статье про отличия трехфазного питания от однофазного, вот картинка оттуда:

    Напряжения в трёхфазной системе

    Рассмотрим этот вопрос ещё раз, только с другой стороны.

    Вот как выглядит упрощенно схема подвода питания в этажный щиток:

    Система питания, без обрыва нуля. Резисторами обозначены условно три квартиры.

    Фазные провода L1, L2, L3, на которых присутствует напряжение 220В по отношению к нейтральному проводу N, обозначены красным цветом, поскольку они представляют опасность. Заземление РЕ показано внизу, его провод соединяется в распределительном устройстве на вводе в здание с нейтралью.

    Подробнее – ещё раз призываю ознакомиться с моей статьёй про системы заземления, ссылка в начале.

    К чему приводит отгорание нуля в трехфазной сети

    Что изменится, если произойдёт обрыв нулевого провода N ДО места соединения нулевых проводов в одной точке? Будет обрыв нуля в трехфазной сети:

    Обрыв нуля в трехфазной сети

    Если смотреть по схеме, правее места обрыва напряжение теперь будет не нулевым, а “гулять” в произвольных пределах.

    Что будет, если ноль отсоединить (случайно или намеренно)? Какие напряжения будут подаваться потребителям вместо 220В? Это как повезёт.

    Картинка в другом виде, возможно, так будет легче понять:

    Перекос фаз в результате обрыва нуля.

    Потребители условно показаны в виде сопротивлений R1, R2, R3. Напряжения, указанные в предыдущем рисунке, как

    220B, обозначены как

    0…380B. Объясняю, почему.

    Итак, что будет, если ноль пропадёт (крест в нижнем правом углу)? В идеальном случае, когда электрическое сопротивление всех потребителей одинаково, ничего вообще не изменится. То есть, перекоса фаз не будет. Так происходит в случае включения трехфазных потребителей, например, электродвигателей или мощных калориферов.

    Но в реале так никогда не бывает. В одной квартире никого нет, и включен только телевизор в дежурном режиме и зарядка телефона. А соседи по площадке устроили стирку, включили сплит-систему и электрический чайник. И вот -БАХ!- отгорает ноль.

    Начинается перекос фаз. А насколько он зверский, зависит от реальной ситуации.

    У соседей, которые дома, чайник перестанет греть, стиралка и сплит потухнут, напряжение уменьшится до 50…100В. Поскольку “сопротивление” этих соседей гораздо ниже, чем тех у тех, которых нет дома. И вот, эти люди спокойно работают на работе, а в это время в пустой квартире у них дымятся телевизор и китайская зарядка. Потому, что напряжение в розетках подскочило до 300…350В.

    Это реальные факты и цифры, такое иногда бывает, состояние электрических щитков на лестничных площадках часто бывает аварийным. Даже, когда в доме проводится капитальный ремонт, щитки не трогают, поскольку менять электрику гораздо сложнее, чем покрасить дом и вставить новые окна.

    Расследовать такое возгорание надо не с вызова экстрасенсов (мало ли, полтергейст со спичками играется;) ), а с вызова электрика.

    Обрыв нуля в однофазной сети

    Тут картина будет следующей:

    Обрыв нуля в однофазной сети

    Для нагрузки, которая работает на других фазах, вообще ничего не изменится. Это всё равно, как если в своей квартире выключить вводные автоматы – соседям будет по барабану.

    Но если обрыв произошел, например, в щитке, то вся квартира, в том числе и оборванный конец нулевого провода, окажется под напряжением 220В!

    Обрыв (отгорание) бывает вот из-за таких ржавых болтов, как вверху этого фото:

    Плохой ноль. Пропадание нуля в квартире

    Повторюсь – если заземление сделано правильно, либо его вообще нет – эта авария ничем не опасна. Ну и, конечно, не нужно трогать провода, не дожидаясь электрика – все они под смертельным потенциалом!

    Хорошо, кто виноват – мы поняли. Что делать?

    Как защититься от обрыва нуля?

    Самая лучшая защита от обрыва нуля в трехфазной сети – это реле напряжения, о котором я писал на блоге не раз. Вот две мои основные статьи – Про реле напряжения Барьер и реле напряжения ЕвроАвтоматика ФиФ.

    Из-за своей основной функции это реле называют также Реле обрыва нуля.

    Другой вариант – применение стабилизатора напряжения. В нем обязательно должна быть защита от пониженного и повышенного (до 380В) входного напряжения. А при невозможности стабилизировать напряжение он должен отключать квартиру, но оставаться исправным.

    Лучший вариант для защиты от обрыва нуля и вообще при нестабильном напряжении – использовать реле напряжения, а вслед за ним – стабилизатор.

    Как вариант дополнительной защиты при обрыве нуля может помочь УЗО (или диф.автомат). Только не так всё просто, подробности – в видео:

    На сегодня всё, подключайтесь к обсуждению, задавайте вопросы в комментариях!