Фаза и ноль. Работа и измерения. Особенности
У хозяев дома появляется вопрос: что же такое фаза и ноль? Раньше они не вникали в то, как устроена электропроводка. А теперь понадобилось отремонтировать розетку, заменить лампочку, и хочется все это сделать самому.
В первую очередь домашнему умельцу нужно соблюдать электробезопасность , а потом уже думать об устранении неисправности. Некоторые пренебрежительно относятся к опасности попасть под действие тока.
Принцип действия
Сеть электрического переменного тока разделена на фазу и ноль (рабочую и пустую). Нулевая фаза предназначена для образования постоянной электросети при включении устройств, а также для создания заземления. На фазе находится рабочее напряжение.
Обрыв нуля в трехфазной и однофазной сети
Электрический ток заходит от подстанции с трансформатором, преобразующим высокое напряжение до 380 вольт. Низкая сторона трансформатора соединена в звезду. Три вывода соединены в нулевой точке, а оставшиеся выводятся на клеммы фаз.
Узел в нулевой точке подключается к заземляющему контуру подстанции. Ноль расщепляется на рабочий и защитный. Новые строящиеся дома оснащаются проводкой по такой схеме. На входе дома в щите располагается три фазы и два провода расщепленного ноля.
В старых зданиях остается схема проводки старого типа без расщепленного ноля, там вместо пяти проводов идут 4 жилы. Электрический ток от трансформатора проходит по воздуху или под землей к входному щиту, образует систему из трех фаз (питающая сеть 380) на 220. Производится разводка по щитам подъездов. В квартиру поступает кабель с 1-й фазой на 220 В и защитный провод.
В такой цепи нагрузки распределены равномерно, так как на этажах сделана разводка и выведены щиты к линиям на 220В в распредщите подъезда. Напряжение, подходящее к дому, выполнено звездой. При выключенных в квартире всех устройств и отсутствии нагрузки в розетках, в линии питания тока не будет.
Это является простой рабочей схемой электроснабжения, которая использовалась много лет. Но в любой сети могут возникнуть неисправности, которые связаны с плохими контактами соединений, либо обрывом проводов.
Обрыв провода
Путь прохода тока через ноль к заземлению исчезает. Ток начинает идти по наружным контурам, имеющим напряжение в 380 В. В результате получается что на нагрузках вместо 220В будет 380В. На одном щите окажется небольшое напряжение, а на втором около 380 В. Высокое значение напряжения повредит изоляцию, нарушит работу устройств, приведет к поломкам и выходу из строя приборов.
Чтобы таких ситуаций не было, применяют защитные устройства для блокировки от повышенного напряжения. Они устанавливаются в щиток квартиры, либо внутри дорогостоящих приборов.
Способы определения где фаза и ноль
Разберемся, как можно в домашних условиях без специальных инструментов для измерения и электронных приборов своими силами узнать наличие на проводах где фаза и ноль, заземление.
Во время поломок в сети тока часто домашние умельцы применяют недорогую индикаторную отвертку для проверки наличия напряжения китайского изготовления.
Она действует по закону емкостного тока, проходящего по телу человека. Такая отвертка состоит из следующих деталей:
- Наконечник металлический, заточенный под отвертку, присоединяется к фазе.
- Резистор для ограничения тока, который уменьшает амплитуду тока до небольшой величины.
- Лампочка неоновая, начинает светиться при прохождении тока, показывает наличие фазы на проводнике.
- Площадка для касания пальцем человека, чтобы создавалась цепь тока по телу через землю.
Что происходит в электросети при обрыве нуля?
Рассмотрим отдельно, изменение режима работы трехфазной сети при обрыве магистрального нуля и как поведет себя однофазная электрическая проводка, если отгорание нулевого проводника произойдет на вводе.
Отгорание нуля в трехфазной сети
Внесем изменения в рисунок 1, вызванные аварией, а именно отключением нуля .
В данном случае обрыв общего нулевого провода приведет к тому, что движение электрического тока по нему прекратиться. В результате все квартиры R1-R3 будут запитаны по типу подключения «звезда без нулевой магистрали». Другими словами, при обрыве нуля на каждую квартиру будет поступать не фазное, а линейное напряжение.
Контур из квартир 1 и 2
Обратим внимание, что суммарное напряжение контура будет равно линейному в данной электросети, то есть U12 = 380 вольт. Но при этом показатели U1 и U2 могут варьироваться в диапазоне 0-380 вольт и, естественно, существенно отличаться друг от друга. На данные значения может влиять как нагрузка подключенных приборов в каждой из квартир, так и ее активная и пассивная составляющая.
В результате если произойдут проблемы с нейтралью трансформатора (нулем источника), велика вероятность выхода из строя подключенных к сети приборов. Причина – повышение уровня напряжения в сети.
Обрыв нуля в однофазной сети
В данной ситуации последствия будут не такими печальными, как в описанном выше случае, но, тем не менее, если отгорает вводный ноль в системе TN-C, это может представлять серьезную опасность для жизни человека.
Расчет тока в нулевом проводе при неравномерной нагрузке | Проектирование электроснабжения
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.
Пример расчёта мощностных показателей
Наиболее простым примером может считаться расчет потребления энергии симметричной нагрузкой. Сколько будет потреблять электроэнергии трехфазный асинхронный двигатель, подключенный в сеть с линейным напряжением 380 В, и потребляющий ток 10 А по каждой фазе? Коэффициент мощности cosϕ=0.76. Тогда потребляемая мощность равна:
- Фазное напряжение – 220 В;
- Потребление по линиям – 10 А, 5 А, 2 А;
- Первые две фазы подключены к активной нагрузке (электроплита, чайник);
- Третья нагружена на люминесцентные светильники с cosϕ=0,5.
Pобщ=Uа∙Iа∙cosϕа+ Ub∙Ib∙cosϕb+ Uc∙Ic∙cosϕc=220∙10+220∙5+220∙2∙0,5=3520 ВА.
Используя онлайн калькулятор расчетов, можно избавиться от большинства ошибок и сократить время вычислений. Требуется лишь правильно ввести данные по текущим параметрам
Показания на тестере:
- Соединение «звезда» с нулевым проводником и симметричная нагрузка – измерительный прибор подключается к одной из линий, считанные показания умножаются на три.
- Несимметричное потребление тока в соединении «звезда» – три ваттметра в цепи каждой фазы. Показания ваттметров суммируются;
- Любая нагрузка и соединение «треугольник» – два ваттметра, подключенных в цепь любых двух нагрузок. Показания ваттметров также суммируются.
