В каком случае ток в нулевом проводе равен нулю?

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.

Как течет ток в однофазной сети?

Любая однофазная электрическая цепь состоит из двух проводов. По одному проводу ток поступает к потребителю, а по другому возвращается обратно. Если разомкнуть такую цепь, то ток идти не будет.

Интересные материалы:

Кто владелец Эльдорадо Украина? Кто владелец кофе лайк? Кто владелец Мега Белая дача? Кто воспитывает Алису дочь Тимати? Кто воспитывал Льва Толстого? Кто возглавила новгородцев в борьбе с московским князем? Кто возглавляет Министерство образования? Кто возглавляет театр нации? Кто впервые четко выделил три самостоятельных центра власти законодательную исполнительную и судебную? Кто впервые употребил понятие экономика и когда?

Ошибки при анализе нулевого потенциала PEN проводника

Поражение электрическим током возникает при соприкосновении с электрической цепью, в которой присутствуют источники напряжения и/или источники тока, способные вызвать протекание тока по попавшей под напряжение части тела. Обычно чувствительным для человека является пропускание тока силой более 1 мА.

Многие утверждают, что нейтральный проводник при нормальном режиме работы не бьет током. А в качестве объяснения используют следующие доводы:

Например, ток течет по пути наименьшего сопротивления.
Или якобы нейтраль соединена с землей с нулевым потенциалом и мы стоим на земле. Но все это поверхностно и неверно.

На поверхности земли электрический потенциал равен 0 вольт. Но нужно понимать, что данный нулевой потенциал — это условность, своего рода точка отсчета, о которую спотыкаются многие электрики, пытаясь объяснить процессы протекания электрического тока. Учитывая, что в сеть почти всегда включена нагрузка, а распределить ее по фазам равномерно нереально, между нулевым (PEN) проводником и землей всегда есть разность потенциалов, создаваемая сопротивлением проводника и переходных контактов. Соответственно дотронувшись до нулевого проводника и стоя на земле, вы замкнете цепь, и через вас пройдет ток.

Нулевой провод бьется током и горит индикатор

Такая ситуация возникает при различных неисправностях электропроводки или подходящих линий. При этом на нулевой провод (или тот, который электромонтёр считает таковым) попадает фазное напряжение.

Самыми распространёнными причиной того, почему на нулевом проводе появляется напряжение, являются:

неправильное подключение электропроводки во вводном щитке (перепутаны фаза и ноль);
обрыв нейтрали;
нарушение изоляции.

Увидеть наличие напряжения на нейтральной клемме без индикатора или тестера невозможно, поэтому проверять, ударит ли током, если взяться за ноль голыми руками может быть опасным для жизни.

Ноль бьётся током? Заземление в многоэтажном доме: важные детали!

Ноль или нулевой провод служит для «канализации» электроэнергии, прошедшей через прибор. Так же, как и канализация, ноль уходит в землю, то есть заземлён в подвале здания и должен иметь напряжение равное нулю .

Но бывает, что ноль всё-таки бьётся током , особенно в старых домах . Чем это опасно и как устранить — давайте разберёмся !

Шина в подвале и электрики из ЖЭКа: корень проблемы

Электричество в многоэтажном доме подаётся через толстый кабель — от подстанции, которая обычно стоит неподалёку. В подвале этот кабель входит в ВРУ — высокий электрический шкаф с двумя секциями шин , рубильниками и мощными защитными автоматами.

Шины в ВРУ делятся на два типа : нулевую и заземляющую . В этом шкафу они соединены между собой, а также с заземлением здания. Хороший контакт на этой шине — залог того, что на нуле не будет напряжения, а заземление, если оно в доме есть, работает как надо.

А теперь небольшая тонкость , о которой знают только профи. Провода к медной шине притягиваются с помощью болтов и гаек . Для того, чтобы устранить ослабление гайки, между ней и шиной ставится разрезная пружинная шайба . Эта шайба давит на гайку, не давая ей раскручиваться при нагреве шины (утром и вечером — при наибольшей нагрузке) и её остывании (в середине дня и ночью).

Если вдруг в стояке произойдёт короткое замыкание и вырубится мощный автомат в ВРУ, шина на долю секунды нагреется гораздо сильнее нормы. По регламенту, после каждого такого случая электрики должны протянуть все гайки на шинах. Как думаете, они это делают ? Вопрос риторический.

Месяц за месяцем, год за годом — гайки на шинах ВРУ ослабляются всё сильнее , начинают ржаветь и окисляться а ноль, естественно, становится всё более опасным для прикосновения. Рано или поздно, нулевой провод отгорает , напряжение в стояке подскакивает до 380 Вольт и куча дорогой техники у владельцев квартир приходит в негодность .

Щиток ремонтируют, особо грамотным пострадавшим выплачивают компенсацию и всё начинается с начала.

Что делать? Два ключевых совета

Владельцам квартир можно посоветовать следующее .

защитить себя от удара током — поставить на все розетки УЗО с током 30 мА ;
защитить приборы от отгорания нуля и перенапряжения с помощью «узээмки» — реле защиты от перенапряжения;
«доставать» вашу управляющую компанию, чтобы электрика дома (ВРУ и стояки) была приведена в нормальное состояние — а если не поможет, обращаться в инстанции выше, например жилинспекцию , либо с помощью онлайн-сервисов, типа Добродела .

Надеюсь, эта статья была полезна , если да — ставьте лайк и делитесь статьёй в своих соцсетях — ваши друзья скажут за это спасибо !

Трехфазные цепи являются разновидностью цепей синусоидального тока, и, следовательно, все рассмотренные ранее методы расчета и анализа в символической форме в полной мере распространяются на них. Анализ трехфазных систем удобно осуществлять с использованием векторных диаграмм, позволяющих достаточно просто определять фазовые сдвиги между переменными. Однако определенная специфика многофазных цепей вносит характерные особенности в их расчет, что, в первую очередь, касается анализа их работы в симметричных режимах.

Расчет симметричных режимов работы трехфазных систем

Многофазный приемник и вообще многофазная цепь называются симметричными,

если в них комплексные сопротивления соответствующих фаз одинаковы, т.е. если . В противном случае они являются
несимметричными.
Равенство модулей указанных сопротивлений не является достаточным условием симметрии цепи. Так, например трехфазный приемник на рис. 1,а является симметричным, а на рис. 1,б – нет даже при условии: .

Если к симметричной трехфазной цепи приложена симметричная трехфазная система напряжений генератора, то в ней будет иметь место симметричная система токов. Такой режим работы трехфазной цепи называется симметричным.

В этом режиме токи и напряжения соответствующих фаз равны по модулю и сдвинуты по фазе друг по отношению к другу на угол . Вследствие указанного расчет таких цепей проводится для одной –
базовой
– фазы, в качестве которой обычно принимают фазу А. При этом соответствующие величины в других фазах получают формальным добавлением к аргументу переменной фазы А фазового сдвига при сохранении неизменным ее модуля.

Так для симметричного режима работы цепи на рис. 2,а при известных линейном напряжении и сопротивлениях фаз можно записать

где определяется характером нагрузки .

Тогда на основании вышесказанного

;

Комплексы линейных токов можно найти с использованием векторной диаграммы на рис. 2,б, из которой вытекает:

При анализе сложных схем, работающих в симметричном режиме, расчет осуществляется с помощью двух основных приемов:

Все треугольники заменяются эквивалентными звездами. Поскольку треугольники симметричны, то в соответствии с формулами преобразования «треугольник-звезда» .

Так как все исходные и вновь полученные звезды нагрузки симметричны, то потенциалы их нейтральных точек одинаковы. Следовательно, без изменения режима работы цепи их можно (мысленно) соединить нейтральным проводом. После этого из схемы выделяется базовая фаза (обычно фаза А), для которой и осуществляется расчет, по результатам которого определяются соответствующие величины в других фазах.

Пусть, например, при заданном фазном напряжении необходимо определить линейные токи и в схеме на рис. 3, все сопротивления в которой известны.

В соответствии с указанной методикой выделим расчетную фазу А, которая представлена на рис. 4. Здесь , .

Тогда для тока можно записать

и соответственно .

Расчет несимметричных режимов работы трехфазных систем

Если хотя бы одно из условий симметрии не выполняется, в трехфазной цепи имеет место несимметричный режим работы. Такие режимы при наличии в цепи только статической нагрузки и пренебрежении падением напряжения в генераторе рассчитываются для всей цепи в целом любым из рассмотренных ранее методов расчета. При этом фазные напряжения генератора заменяются соответствующими источниками ЭДС. Можно отметить, что, поскольку в многофазных цепях, помимо токов, обычно представляют интерес также потенциалы узлов, чаще других для расчета сложных схем применяется метод узловых потенциалов. Для анализа несимметричных режимов работы трехфазных цепей с электрическими машинами в основном применяется метод симметричных составляющих, который будет рассмотрен далее.

При заданных линейных напряжениях наиболее просто рассчитываются трехфазные цепи при соединении в треугольник. Пусть в схеме на рис. 2,а . Тогда при известных комплексах линейных напряжений в соответствии с законом Ома

; ; .

По найденным фазным токам приемника на основании первого закона Кирхгофа определяются линейные токи:

Обычно на практике известны не комплексы линейных напряжений, а их модули. В этом случае необходимо предварительное определение начальных фаз этих напряжений, что можно осуществить, например, графически. Для этого, приняв , по заданным модулям напряжений, строим треугольник (см. рис.5), из которого (путем замера) определяем значения углов a и b.

Тогда

Искомые углы a и b могут быть также найдены аналитически на основании теоремы косинусов:

При соединении фаз генератора и нагрузки в звезду и наличии нейтрального провода с нулевым сопротивлением фазные напряжения нагрузки равны соответствующим напряжениям на фазах источника. В этом случае фазные токи легко определяются по закону Ома, т.е. путем деления известных напряжений на фазах потребителя на соответствующие сопротивления. Однако, если сопротивление нейтрального провода велико или он отсутствует, требуется более сложный расчет.

Рассмотрим трехфазную цепь на рис. 6,а. При симметричном питании и несимметричной нагрузке ей в общем случае будет соответствовать векторная диаграмма напряжений (см. рис. 6,б), на которой нейтральные точки источника и приемника занимают разные положения, т.е. .

Разность потенциалов нейтральных точек генератора и нагрузки называется напряжением смещения нейтральной точки

(обычно принимается, что ) или просто
напряжением смещения нейтрали.
Чем оно больше, тем сильнее несимметрия фазных напряжений на нагрузке, что наглядно иллюстрирует векторная диаграмма на рис. 6,б.

Для расчета токов в цепи на рис. 6,а необходимо знать напряжение смещения нейтрали. Если оно известно, то напряжения на фазах нагрузки равны:

Тогда для искомых токов можно записать:

Соотношение для напряжения смещения нейтрали, записанное на основании метода узловых потенциалов, имеет вид

(1)

При наличии нейтрального провода с нулевым сопротивлением , и из (1) . В случае отсутствия нейтрального провода . При симметричной нагрузке с учетом того, что , из (1) вытекает .

В качестве примера анализа несимметричного режима работы цепи с использованием соотношения (1) определим, какая из ламп в схеме на рис. 7 с прямым чередованием фаз источника будет гореть ярче, если .

Запишем выражения комплексных сопротивлений фаз нагрузки:

Тогда для напряжения смещения нейтрали будем иметь

Напряжения на фазах нагрузки (здесь и далее индекс N у фазных напряжений источника опускается)

Таким образом, наиболее ярко будет гореть лампочка в фазе С.

В заключение отметим, что если при соединении в звезду задаются линейные напряжения (что обычно имеет место на практике), то с учетом того, что сумма последних равна нулю, их можно однозначно задать с помощью двух источников ЭДС, например, и . Тогда, поскольку при этом , соотношение (1) трансформируется в формулу

(2)

Литература

Основы
теории цепей: Учеб. для вузов /Г.В.Зевеке, П.А.Ионкин, А.В.Нетушил, С.В.Страхов. –5-е изд., перераб. –М.: Энергоатомиздат, 1989. -528с.
Бессонов Л.А.
Теоретические основы электротехники: Электрические цепи. Учеб. для студентов электротехнических, энергетических и приборостроительных специальностей вузов. –7-е изд., перераб. и доп. –М.: Высш. шк., 1978. –528с.

Контрольные вопросы и задачи

Какой многофазный приемник является симметричным?
Какой режим работы трехфазной цепи называется симметричным?
В чем заключается специфика расчета симметричных режимов работы трехфазных цепей?
С помощью каких приемов трехфазная симметричная схема сводится к расчетной однофазной?
Что такое напряжение смещения нейтрали, как оно определяется?
Как можно определить комплексы линейных напряжений, если заданы их модули?
Что обеспечивает нейтральный провод с нулевым сопротивлением?
В цепи на рис. 6,а ; ; ; . Линейное напряжение равно 380 В.

Определить ток в нейтральном проводе.

Ответ: .

В схеме предыдущей задачи ; . Остальные параметры те же.

Определить ток в нейтральном проводе.

Ответ: .

В задаче 8 нейтральный провод оборван.

Определить фазные напряжения на нагрузке.

Ответ: ; ; .

В задаче 9 нейтральный провод оборван.

Определить фазные напряжения на нагрузке.

Ответ: ; ; .

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.

Замыкание фазы на нуль

Часто происходит и так, что вследствие повреждения проводки и изоляции, фаза замыкается с нулём. Конечно же, в таком случае должен сработать автоматический выключатель.

Однако при чрезмерной длине проводов и неправильно подобранном номинале автомата такое часто не происходит, что ведёт к возникновению других, не менее опасных проблем. Поэтому чаще всего это все-таки повреждение фазного провода в стене, через который ток уходит на ноль и тот начинает бить током.

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.

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.

Замыкание фазы на нуль

При повреждениях изоляции питающего кабеля возможно замыкание между собой нулевого и фазного проводников.

Это режим короткого замыкания и при этом должен отключиться автоматический выключатель, однако при большой длине проводов и, соответственно, высоком сопротивлении токопроводящих жил, сила не превышает величину уставки магнитного расцепителя автомата, особенно, если он был выбран неправильно.

В этом случае провода будут сильно нагреваться, электросчётчик начнёт учитывать электроэнергию, потраченную в замкнувших проводах, а в нулевом проводе появится фазное напряжение.

Почему греется нулевой провод и опасно ли это

Чаще всего ноль греется в щите на вводе в дом или другом распределительном щите. Это может быть нагрев в клеммнике на вводном автомате. Также это явление наблюдается, если у вас установлены автоматические пробки или пробки с плавкими предохранителями, но в этом случае есть больше мест, которые могут греться. Здесь могут нагреваться винтовые клеммы для подсоединения провода и резьба (цоколь) пробки, а также другие соединения.

Простыми словами есть три фактора, почему нагревается нулевой провод или клемма:

Слишком высокая нагрузка.
Плохой контакт из-за слабой затяжки проводов.
Плохой контакт из-за окислов или нагара.

Если клеммы покрыты нагаром, то происходит лавинообразный процесс усугубления ситуации. Например, нагар появился из-за плохой обжимки или кратковременных перегрузок проводки, в результате возросло переходное сопротивление контакта. Любое сопротивление греется, когда через него протекает ток, а из-за этого нагрева нагара становится еще больше. Рассмотрим каждую из причин на примере ситуаций и их решений.

Важно! Перед выполнением всех работ в электропроводке нужно обесточить электросеть. Если нет возможности это сделать, то с помощью индикаторной отвертки убедитесь, что это ноль, а не фаза. Также, если вы отключите нулевой провод, а фазу не отключите, и при этом хоть один из выключателей освещения или электроприборов будет включен в сеть, то у вас появится «две фазы», то есть на нулевом проводнике появится потенциал фазы опасный для жизни.

Выявление плохого контакта в автомате

Для подключения проводов к автоматическому выключателю в большинстве моделей используются винтовые зажимы. На фото ниже вы видите последствия плохого соединения в автомате:

Для устранения нужно просто извлечь провод и зачистить его от окислов и нагара, после чего вычистить клеммник любым способом:

Удобнее всего использовать маленький надфиль, он отлично влезет в клеммник.
Если нет надфиля – можно соскрести нагар жалом шлицевой отвертки подходящего размера или шилом.

После этого нужно хорошо затянуть винт и зажать провод, проверить, чтобы он не болтался. Если ноль на автомате долго грелся, то и его контакты могли повредиться. Если после чистки контактов нагрев не пропадет, то замените автомат полностью. В дифавтомате причины нагрева нуля и его устранения аналогичны.

Нагрев нулевой пробки

Обычно на ноль устанавливают предохранительную пробку, но часто можно встретить и автоматическую пробку, в принципе это функциональный аналог автомата. На картинке ниже вы видите пробку и её патрон (держатель), в который она вкручивается. В этом случае есть два возможных места нагрева – резьба держателя пробки и клеммники, к которым подключаются токопроводящие жилы.

Обратите внимание на поверхность держателя: если она мутная и окисленная – это может быть причиной того что он греется, от этого может выбивать пробки, тогда нужно её зачистить надфилем или наждачкой. Их нужно просто очистить, как и винтовые клеммы.

В розетке ноль нагревается по тем же причинам плохого контакта.

Другие причины нагрева

Провода и контакты, как уже было сказано, могут греться из-за возросшей нагрузки. Здесь есть три варианта проблемы:

В счетчике ноль греется крайне редко, он там используется только для измерений.

Чем опасен нагрев нуля

Если ноль нагревается – он может отгореть. В однофазной сети это практически не опасно, в худшем случае просто произойдет обрыв нуля и в розетке появится две фазы, как это было описано выше, соответственно ваша проводка функционировать не будет. Если в трёхфазной сети отгорит нулевой провод, например на подъездном электрощите, то произойдет перекос фаз. В результате напряжения в каждой из фаз могу значительно превышать номинальные 220 вольт, из-за чего ваша бытовая техника и другие электроприборы могут выйти из строя.

Также нагрев возникает на скрутке, особенно если алюминий скручен с медью напрямую, в таком случае нужно использовать клеммники или болтовое соединение. При этом прямой контакт меди и алюминия исключается прокладкой шайбы между ними.

Теперь вы знаете, почему греется ноль в электропроводке и как устранить это столь опасное явление. Если вы обнаружили чрезмерный нагрев, сразу же приступайте к поиску причины, которая вызвала аварийную ситуацию, либо вызывайте электрика, т.к. дальнейшее развитие событий может быть плачевным!