Нулевой провод и обгорание нуля

Чтобы понять, что такое нулевой провод можно привести аналогию: если набрать в рот воды, вставить длинную трубочку (соломинку), другой её конец погрузить в полное ведро и попеременно, то выдувать, то втягивать воду. Тогда рот будет аналогичен потенциалу с напряжением - фазе, а полное ведро - нулём, который сам по себе не активен и не опасен, но без него невозможно движение жидкости (тока) в трубке (проводе).

Как правило, 4-х проводные кабели (3 фазы и ноль) приходят на общие распределительные щитки, а оттуда расходятся парами (1 фаза и ноль) по квартирам, офисам, и др. помещениям.

При эксплуатации трехфазной электрической цепи необходимо стремиться сделать нагрузку различных фаз по возможности одинаковой, так как несоблюдение этого условия может вызвать перекос фаз и привести к аварийной ситуации.

При этом нейтральный провод в трехфазной системе переменного тока выполняет очень важную функцию. Он служит для выравнивания фазных напряжений во всех трех фазах при разных нагрузках фаз (или, как говорят электрики, - перекосе фаз).

При соединении фаз в одной точке и при условии что нагрузка на каждую фазу одинакова, то в нейтральном проводе ток будет равен нулю. Из графика напряжений видно, что если складывать напряжения, то их суммарное значение будет равняться нулю.

Однако же при несимметрично подключенной нагрузке такой идеальной картины не будет.

Рассмотрим, как можно графически изобразить напряжения в трехфазной электрической цепи.

Вершины равностороннего треугольника – это линейные провода. Центр треугольника – это нулевой провод. Соответственно из этой схемы видно, что напряжения между линейным проводом и нулевкой равно 220В, а напряжение между линейными проводами равно 380В.

Но на этой схеме изображена ситуация с равномерной нагрузкой на все фазы, поэтому картина смотрится так идеально.

Рассмотрим ситуацию с неравномерной нагрузкой. В зависимости от того, что мы подключаем к розетке зависит то, какой ток в этом приборе будет течь. Например, на чайнике написано - мощность (Power) 2,2 кВт, значит 2200 Вт (W) - Ватт, делим на напряжение (Voltage) 220 В (V) - Вольт, получаем 10 А (Ампер) - ток, который течёт при работе чайника. Чайник является большой нагрузкой по сравнению с лампочкой, так как в лампочке ток будет течь гораздо меньший, за счет того, что сопротивление лампочки гораздо больше. Так вот, в случае если нагрузка на разные фазы будет координально отличаться, то есть по проводам будет течь различный ток, то в итоге соединяясь в нейтральном проводе, они не сложатся в ноль. То есть в нейтральном проводе возникнет так называемый уравнительный ток.

На картинке видно, что уравнительный ток представляет собой сумму токов текущих в фазах. Похожий вид будет иметь и диаграмма напряжений в нейтральном проводнике. Отсюда следует, что измениться и напряжение между фазами и нулем, причем напряжение между каждой фазой и нулем будут отличаться друг от друга. Разность между образовавшимся напряжением при НЕравномерной нагрузке в нейтральном проводе и напряжением при равномерной нагрузке (то есть нулем) в нем же называют напряжением смещения (на рисунке внизу обозначено красной жирной линией).

Изменение напряжений между нулевым проводом и фазами можно схематично изобразить следующим образом:

На этой схеме видно, что линейные провода соединяются в нулевом проводе. При равномерной нагрузке напряжения между нулевым проводом и фазами обозначено белыми пунктирными линиями. При неравномерной нагрузке в нейтральном проводе уже не нулевое напряжение. Произошло так называемое смещение суммарного напряжения. И измеряя теперь напряжения между фазами и нулем (красные пунктирные линии), мы обнаружим, что оно изменилось. Чем же грозит такая ситуация? Вся проблема заключается в том, что, так как нейтральный провод делается заведомо более тонким, при возникновении большого тока в нем, существует возможность его перегорания (обрыв нуля).

При обрыве нулевого проводника некоторые электроприборы в квартирах, подключенных с разных фаз, будут включены не параллельно на напряжение 220 В, как в нормальном режиме, а последовательно, на напряжение 380 В. По закону Ома, это напряжение 380В распределится таким образом, что на приборе с большим сопротивлением (маломощные устройства – телевизоры, компьютеры, DVD-плееры) будет повышенное напряжение, а на мощных приборах с малым сопротивлением (утюг, электрочайник) – пониженное напряжение. Это значит, что чайник так и не закипит, а телевизор – сгорит.

Нормальный режим работы трехфазной сети

Ноль отгорел

Рассмотрим пример. Имеются электрочайник мощностью 1,5 кВт, внутреннее сопротивление 35 Ом и лампочка 100 Вт, сопротивление 500 Ом. Допустим, при обрыве нуля они оказались включены последовательно на напряжение 380В. Сколько же будет на каждом из них?

Условно, чайник будет с индексом 1, а лампочка – с индексом 2.

Вычисляем ток в цепи:

I=380 / (500+35) = 0,71 А;

По закону Ома U = U1 + U2 =I*R1 + I*R2;

Тогда U1=0,71*35 = 25 В; U2=0,71*500 = 355 В.

Получается, что к лампочке будет приложено напряжение 355В, чего она конечно же не переживет, а на чайнике останется всего 25В.

С опасностью повышенного напряжения для здоровья электроприборов все понятно. Но и пониженное напряжение представляет не меньшую опасность для определенных электроприборов. В группу риска входят электроприборы, содержащие в себе электродвигатели – холодильник, стиральная машина, кондиционер. При пониженном напряжении пусковые токи электродвигателей возрастают: мощность осталась той же самой, а напряжение упало – значит вырастет ток, так как Активная мощность = Ток х Напряжение х cos фи. И обмотка электродвигателя может не выдержать увеличившийся пусковой ток, и он сгорит.

Как же защитить электроприборы?

Существуют специальные устройства, которые устанавливаются в квартирном щите и контролируют величину напряжения. Называются они реле максимального и минимального напряжения. При отклонении напряжения в заданных пределах устройство сразу отключает квартиру от напряжения, что и спасет все электроприборы. В зависимости от исполнения и цены такие устройства могут просто отключать напряжение при отклонениях напряжения, и включать напряжение после срабатывания придется вручную, а могут после отключения переходить в следящий режим, и после восстановления напряжения включать его обратно самостоятельно.

Дата добавления: 2015-06-04