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

Поделитесь статьей с друзьями:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *