Что такое фаза и нуль в электричестве
В каждом современном доме есть электричество, благодаря которому работают розетки, лампочки и многие другие виды электрооборудования. Включая свет в комнате, пылесос в розетку или заряжая смартфон, мало кто задумывается, как же этот свет и зарядка в гаджете появляются. Что становится причиной работы лампочки и гула пылесоса? Вопросов, если подумать, много, но ответ один — электроэнергия
Фаза и нуль в электрике
Электроэнергия появляется в результате упорядоченного движения заряженных частиц в проводах — электронов. Рождаются эти электроны в огромных электростанциях — таких как, например, Волгоградская ГРЭС (гидроэлектростанция), Нововоронежская АЭС (атомная электростанция) и многих других в нашей стране. Далее по очень толстым проводам эта энергия передается на промежуточные подстанции (как правило, такие стоят по периферии городов), а от них — до местных КТП (комплектная трансформаторная подстанция), которые есть почти в каждом дворе.
Уровни напряжения в таких сетях варьируются от 750000 вольт до 380 вольт в конечной КТП. И именно последние делают так, что в розетке обычного дома появляется 220В. Казалось бы, все просто, но! В розетке находятся два провода. И из уроков физики каждый знает, что в электрике есть «фаза» и «нуль». Эти два слова дают нам свет, тепло, воду, газ и многое другое, чем мы пользуемся каждый день. Теперь по-порядку.
Фаза и нуль: понятия и отличие
Существует такое понятие, как напряжение. Это слово означает степень напряженности электрического поля в данной точке или цепи. Иначе его называют потенциалом. Если очень простыми словами, то это некий поршень, что дает толчок для электронов, чтобы они прошли по проводам и зажгли лампочку в люстре.
В общей цепи (фаза ноль), той, что приходит на люстру или розетку, есть два провода. Один из них и есть фаза. Именно этот провод находится под напряжением. Фаза в электротехнике сравнима с плюсом в автомобиле — это основное питание для сети.
Нуль — это провод, который не находится под напряжением (это именно то, чем отличается ноль от фазы). Он не перегружен в процессе отбора мощности, но, тем не менее, по нему так же течет электрический ток, только в направлении, обратном фазному. В отсутствии напряжения он является безопасным в плане поражения человека электротоком.
Зачем нужен ноль в электричестве
Нуль замыкает электрическую цепь. Без этого провода в цепи не может быть электрического тока, который и дает мощность для питания бытовых приборов. По сути, нулевой провод — это земля.
Откуда берется ноль в электросети
Начало свое нуль берет от комплектной трансформаторной подстанции 6(10)/0,4 кВ, где трансформатор своей нулевой шиной соединен с контуром заземления. Изначально именно земля является проводником с нулевым потенциалом, и именно поэтому многие путают нуль с землей. ВЛ (воздушная линия электропередачи), выходя из КТП, имеет 4 провода — 3 фазы и нуль, который в начале линии соединен с нулем трансформатора. На протяжении воздушной линии через одну опору производится повторное заземление, которое дополнительно связывает нуль линии с землей, что дает более полноценную связь цепи «фаза — нуль» для того, чтобы у конечного потребителя в розетке было не менее 220В.
Зачем нужен нуль
Основное назначение нулевого провода — замыкание цепи для создания электрического тока для работы любого электроприбора. Ведь для того, чтобы ток появился, необходима разность потенциалов между двумя проводами. Нуль потому так и называется, что потенциал на нем равен нулю. Отсюда и уровень напряжения 220В — 230В.
Как найти нуль и фазу
В домашних условиях, даже не имея специальных приборов и приспособлений, возможно определить в обычной розетке, какой из двух проводов является фазой, а какой нулем. В этом случае используются электролампа или индикаторная отвертка.
Проверка с помощью электролампы
Для поиска нуля и фазы достаточно взять обыкновенный патрон с лампочкой и прикрутить два провода на его штатные места. Затем один из этих проводов подключить к заземляющим ножам в розетке, а второй — к любому из двух силовых разъемов.
Фазным будет являться тот разъем, при подключении к которому лампочка будет загораться. Это происходит потому, что по Правилам устройства электроустановок (ПУЭ), в вводном электрощите нулевые провода всех розеток должны быть соединены с земляными проводами этих же розеток. А отдельно земляная шина должна быть соединена с защитным контуром заземления. Именно это и обеспечивает наличие надежного нуля во всей цепи энергоснабжения дома.
Обратите внимание! Самостоятельно подобные процедуры допустимо делать только в том случае, когда квалифицированной помощи ждать неоткуда, а также в случае аварийной ситуации (пожар, короткое замыкание, попадание человека под напряжение). Не стоит забывать, что электрический ток очень опасен. Не стоит рисковать своим здоровьем и своей жизнью из-за лампочки!
Индикаторная отвертка
Для того, чтобы определить фазу в сети переменного тока напряжением 220В — 230В, можно использовать бытовой указатель напряжения — индикаторную отвертку. Продается он практически в любом хозяйственном магазине и стоит (в зависимости от конструкции) очень недорого.
Как правило, инструкции к применению у подобных инструментов нет, поэтому, чтобы не получить электротравму, следует помнить несколько простых правил, применимых к любому инструменту, соприкасающемуся с токоведущими частями:
- Использовать инструмент только по назначению (запрещается применять указатель напряжения — индикаторную отвертку — в качестве обыкновенной отвертки для закручивания/откручивания винтов, саморезов, шурупов и т.д.)
- Перед использованием инструмента следует внимательно рассмотреть состояние изоляции на рукояти и жале (применимо для любых отверток, в том числе для индикаторных). Ни в коем случае не использовать приспособление, если изоляционное покрытие имеет сколы или вообще отсутствует.
- Проверять работоспособность индикаторных устройств необходимо на электроустановках, заведомо находящихся под напряжением (например, в удлинителе, в который включен работающий электроприбор).
В случае сомнения в работоспособности индикатора следует считать его неисправным, а электроустановку действующей.
Так же существуют более точные и безопасные приборы для определения наличия напряжения в сети — это мультиметры, токоизмерительные клещи, вольтамперфазометры (ВАФ) и другие.
Мультиметр
В быту, как правило, используются простые мультиметры. Они способны показать наличие напряжения в сети и его значение. Намного безопаснее использовать для определения фазы именно эти приборы, так как их щупы имеют диэлектрическую рукоятку. Принцип определения такой же, как и в случае с патроном — достаточно один щуп приложить к земляному контакту розетки, а второй накладывать на один из двух контактов розетки.
Важно! Как и правила дорожного движения, правила электробезопасности обязательно нужно соблюдать, ведь электрический ток невидим, неслышим и неосязаем, и именно этим он и опасен.
Электроэнергия (согласно второму закону Ньютона) не появляется из ниоткуда и не уходит в никуда. Она производится, транспортируется и потребляется на глазах. Нужно знать, откуда она берется, как к нам попадает и в каком виде. Каждый должен понимать, что в бытовом потреблении есть провода, которые могут нанести вред здоровью человека, а есть и такие, которые совершенно безвредны, поэтому необходимы небольшие знания и минимум приборов для определения и разграничения этих проводов. Но любые манипуляции с электричеством лучше доверять профессионалу — квалифицированному специалисту, чтобы избежать беды.
Ноль и фаза в электрике — назначение фазного и нулевого провода
Хозяин квартиры или частного дома, решивший проделать любую процедуру, связанную с электричеством, будь то установка розетки или выключателя, подвешивание люстры или настенного светильника, неизменно сталкивается с необходимостью определить, где в месте производства работ находятся фазный и нулевой провод, а также кабель заземления. Это нужно для того, чтобы правильно подсоединить монтируемый элемент, а также избежать случайного удара током. Если вы имеете определенный опыт работы с электричеством, то такой вопрос не поставит вас в тупик, но для новичка он может оказаться серьезной проблемой. В этой статье мы разберемся, что такое фаза и ноль в электрике, и расскажем, как найти эти кабели в цепи, отличив их друг от друга.
В чем отличие фазного проводника от нулевого?
Назначение фазного кабеля – подача электрической энергии к нужному месту. Если говорить о трехфазной электросети, то в ней на единственный нулевой провод (нейтральный) приходится три токоподающих. Это обусловлено тем, что поток электронов в цепи такого типа имеет фазовый сдвиг, равный 120 градусам, и наличия в ней одного нейтрального кабеля вполне достаточно. Разность потенциалов на фазном проводе составляет 220В, в то время как нулевой, как и заземляющий, не находится под напряжением. На паре фазных проводников значение напряжения составляет 380 В.
Линейные кабели предназначены для соединения нагрузочной фазы с генераторной. Назначение нейтрального провода (рабочего нуля) заключается в соединении нулей нагрузки и генератора. От генератора поток электронов перемещается к нагрузке по линейным проводникам, а его обратное движение происходит по нулевым кабелям.
Нулевой провод, как было сказано выше, не находится под напряжением. Этот проводник выполняет защитную функцию.
Назначение нулевого провода заключается в создании цепочки с низким показателем сопротивления, чтобы в случае короткого замыкания величины тока хватило для немедленного срабатывания устройства аварийного отключения.
Таким образом, за повреждением установки последует ее быстрое отключение от общей сети.
В современной проводке оболочка нейтрального проводника бывает синей или голубой. В старых схемах рабочий нулевой провод (нейтраль) совмещен с защитным. Такой кабель имеет покрытие желто-зеленого цвета.
В зависимости от назначения электропередающей линии она может иметь:
- Глухозаземленный нейтральный кабель.
- Изолированный нулевой провод.
- Эффективно-заземленный ноль.
Первый тип линий все чаще используется при обустройстве современных жилых зданий.
Чтобы такая сеть функционировала правильно, энергия для нее вырабатывается трехфазными генераторами и доставляется также по трем фазным проводникам, находящимся под высоким напряжением. Рабочий ноль, являющийся по счету четвертым проводом, подается от этой же генераторной установки.
Наглядно про разницу между фазой и нолем на видео:
Для чего нужен заземляющий кабель?
Заземление предусмотрено во всех современных электрических бытовых устройствах. Оно помогает снизить величину тока до уровня, который безопасен для здоровья, перенаправляя большую часть потока электронов в землю и защищая человека, коснувшегося прибора, от электрического поражения. Также заземляющие устройства являются неотъемлемой частью громоотводов на зданиях – через них мощный электрический заряд из внешней среды уходит в землю, не причиняя вреда людям и животным, не становясь причиной пожара.
На вопрос – как определить провод заземления – можно было бы ответить: по желто-зеленой оболочке, но цветовая маркировка, к сожалению, довольно часто не соблюдается. Бывает и такое, что электромонтер, не обладающий достаточным опытом, путает фазный кабель с нулевым, а то и подключает сразу две фазы.
Чтобы избежать подобных неприятностей, нужно уметь различать проводники не только по цвету оболочки, но и другими способами, гарантирующими правильный результат.
Домашняя электропроводка: находим ноль и фазу
Установить в домашних условиях, где какой провод находится, можно разными способами. Мы разберем только самые распространенные и доступные практически любому человеку: с использованием обычной электрической лампочки, индикаторной отвертки и тестера (мультиметра).
Про цветовую маркировку фазных, нулевых и заземляющих проводов на видео:
Проверка с помощью электролампы
Перед тем, как приступить к такой проверке, нужно собрать с использованием лампочки устройство для проверки. Для этого ее следует вкрутить в подходящий по диаметру патрон, после чего закрепить на клемме провода, сняв изоляцию с их концов стриппером или обычным ножом. Затем проводники лампы нужно поочередно прикладывать к тестируемым жилам. Когда лампа загорится, это будет означать, что вы нашли фазный провод. Если проверяется кабель на две жилы, уже понятно, что вторая будет нулевой.
Проверка индикаторной отверткой
Хорошим помощником в работе, связанной с электрическим монтажом, является индикаторная отвертка. В основе работы этого недорогого инструмента лежит принцип протекания сквозь корпус индикатора емкостного тока. В ее состав входят следующие основные элементы:
- Металлический наконечник, имеющий форму плоской отвертки, который прикладывается к проводам для проверки.
- Неоновая лампочка, загорающаяся при прохождении сквозь нее тока и сигнализирующая таким образом о фазовом потенциале.
- Резистор для ограничения величины электрического тока, который защищает устройство от сгорания под воздействием мощного потока электронов.
- Контактная площадка, позволяющая при прикосновении к ней создать цепь.
Профессиональные электромонтеры используют в своей работе более дорогие светодиодные индикаторы с двумя встроенными элементами питания, но простенькое устройство китайского производства вполне доступно любому человеку и должно иметься у каждого хозяина дома.
Если вы проверяете наличие напряжения на проводе с помощью этого прибора при дневном свете, то придется приглядываться в ходе работы более внимательно, так как свечение сигнальной лампы будет плохо заметно.
При касании жалом отвертки фазного контакта сигнализатор загорается. При этом ни на защитном нуле, ни на заземлении светиться он не должен, в противном случае можно сделать вывод, что в схеме подключения имеются неполадки.
Пользуясь этим индикатором, будьте внимательны, чтобы нечаянно не коснуться рукой провода под напряжением.
Про определение фазы наглядно на видео:
Проверка мультиметром
Для определения фазы с помощью домашнего тестера прибор нужно поставить в режим вольтметра и измерить попарно величину напряжения между контактами. Между фазой и любым другим проводом этот показатель должен составлять 220 В, а прикладывание щупов к заземлению и защитному нулю должно показывать отсутствие напряжения.
Заключение
В этом материале мы подробно ответили на вопрос, что собой представляют фаза и ноль в современной электрике, для чего они нужны, а также разобрались, какими способами можно определить, где в проводке находится фазная жила. Какой из этих способов предпочтительнее, решать вам, но помните, что вопрос определения фазы, ноля и заземления очень важен. Неправильные результаты проверки могут стать причиной сгорания приборов при подключении, или, что еще хуже – причиной поражения электрическим током.
Чем отличается фаза от нуля
Трехфазные цепи или в чем отличие фазы от ноля?
Автор: Atomik
Опубликовано 01.01.1970
Понятия ФАЗА и НОЛЬ вытекают из темы ТРЕХФАЗНЫЕ (в дальнейшем – 3Ф) ЦЕПИ, потому рассмотрим их подробно.
Что это такое вообще? А вот что:
Если соединить несколько однофазных цепей (состоят из генератора, нагрузки и двух проводов линии: прямого и обратного), токи в которых имеют одну частоту, но сдвинуты относительно друг друга по фазе, то можно получить такое условие, когда сумма токов в обратных проводах будет равна нулю. Тогда можем объединить все обратные провода в один и отказаться от них, тем самым сэкономив на материале провода (можно купить еще вискаса!(К черту вискас – осетрину давай! Здесь и далее прим. Кота.)). Эта возможность и дала основание для распространения многофазных цепей, в частности при производстве и передаче электроэнергии применяются почти исключительно 3Ф цепи. Кстати, все основные звенья 3Ф цепей (3Ф генератор, 3Ф трансформатор и 3Ф двигатель) были разработаны русским инженером Доливо-Добровольским еще в 1880-е годы! Причина распространения 3Ф систем также в том, что 3Ф генератор, 3Ф трансформатор и 3Ф двигатель наиболее просты по конструкции, экономичны и надежны в работе по сравнению с другими.
3Ф система электрических цепей – совокупность трех однофазных цепей, в которых действует ЭДС одной и той же частоты, но сдвинуты на угол 120° одна от другой. Отдельную цепь из этих трех называют ФАЗА.
ФАЗА, это участок, по оторому течет один и тот же ток.
3Ф система ЭДС является симметричной, если эти ЭДС сдвинуты относительно друг друга на 120° и имеют равные амплитуды. 3Ф генераторы на электростанциях создают именно симметричную систему ЭДС.
3Ф нагрузка является симметричной, если комплексные сопротивления всех трех ее ФАЗ равны. Если к симметричной нагрузке приложена симметричная система ЭДС, будет иметь место 3Ф симметричная система токов.
Одни выводы фазных обмоток генератора условно называют начала и обозначают на схемах ABC, а другие – концы и обозначают XYZ.
Порядок, в котором ЭДС фаз генератора проходят через одинаковые значения называется чередования фаз.
Сумма ЭДС симметричной системы в любой момент времени равна 0.
Способов соединения ФАЗ в 3Ф цепях два: треугольником и звездой.
Соединение звезда, это соединение, при котором концы XYZ фазных обмоток генератора соединяют в общий узел, называемый НЕЙТРАЛЬНАЯ или НУЛЕВАЯ точка генератора (N или O). Соединение звездой показано на рисунке №1.
Соединение ФАЗ генератора в звезду:
Соединение ФАЗ генератора в треугольник, это такое соединение, при котором начало одной ФАЗЫ было соединено с концом следующей.
При отсутствии нагрузки, (т.е. при разомкнутых выводах генератора) в обмотках генератора, соединенных в треугольник, ток не течет т.к. сумма симметричных ЭДС дает “0”.
Исходя из этого возможно только четыре соединения генератора с приемником:
1. треугольник – треугольник
2. треугольник – звезда
3. звезда – треугольник
4. звезда – звезда
Но, это было бы правдой, если бы не нейтральная (нулевая) точка, возникающая при соединении звездой. Ведь средние точки можно тоже соединить. Получаем еще один способ:
5. звезда – звезда, с нейтралью. (Y+Yn) Он-то нам и нужен! Вот это соединение:
Тут я много чего понаписал, объясняю:
Комплексное (с точкой) Ua, Ub, Uc – фазные напряжения.
Комплексное Uab, Ubc, Uca – линейные напряжения.
Комплексный Ia, Ib, Ic – Линейные токи (показывают от генератора к приемнику).
Комплексное In – показывают от приемника к генератору, по сути нейтраль (тот самый НОЛЬ в розетке) является обратным проводом.
А теперь самое интересное (в свое время меня поразило)
По второму закону Кирхгофа:
Uab = Ua – Ub
Ubc = Ub – Uc
Uca = Uc – Ua
Из этого следует, что:
Uab + Ubc + Uca = 0 ! (в симметричном режиме)
По первому закону Кирхгофа:
Ia + Ib + Ic = In
В симметричном режиме In = 0
Следовательно в симметричном режиме нейтраль не нужна!
Если внимательно рассмотреть векторную диаграмму, представленную на рисунке, то станет ясен вопрос, который тревожит очень многих: почему именно 220В, а не 200 или 250 и т.д. Или в общем виде: “почему шкала стандартных напряжений приемников выглядит, как 127, 220, 380, 660”. А вот почему.
Посмотрим снова на рисунок №4, что мы видим? Рассмотрим вектор напряжения Uab.
Uab = Ua*cos30° + Ub*cos30° = 2 Uф*cos30° = sqrt3*Uф
Uл = sqrt3*Uф
Uф, это разность потенциалов между проводом линии и нейтралью.
Uл, это Напряжение между двумя линейными проводами (межфазное).
Теперь возьмем, к примеру, 220 вольт как Uф, вычисляя Uл получим 381,05 Вольт Возьмем эти за Uф 381,05 и снова вычислим, получим 659,99 вольт. И так далее. Вот откуда эти мистические цифры – из углов сдвига ФАЗ и математики!
Итак, при симметричной нагрузке нейтраль не нужна, так, как тока в ней все равно не будет. Тогда 3Ф система буде трехпроводной, что дает экономию на материале 50% по сравнению с однофазной (при одной и той же передаваемой мощности). На практике 3Ф нагрузка встречается (3Ф двигатель), однако даже в такой 3Ф цепи все равно возможен несиметричный режим, который, к примеру может быть вызван обрывом одной из фаз, или там несимметричный КЗ (между двумя фазами).
При несимметричной нагрузке и отсутствии нейтрали потенциал нейтральной точки нагрузки не будет равен нулю. Его можно определить по методу двух узлов находя смещение нейтрали:
Из схемы без нейтрали (рисунок №-1) видно, что в соответствии со вторым законом Кирхгофа фазные напряжения не будут равны ЭДС истояника на величину смещения нейтрали.
ВД для несимметричного режима без нейтрали:
При отсутствии нейтрали нарушается симметрия фазных напряжений. При любом изменении в одной из фаз точка n будет двигаться по плоскости перетаскивая за собой вектора фазных напряжений. Короче – дело дрянь. По этому поводу мне как-то сказали: хочешь увидеть фейерверк – перережь нейтральный провод в доме напротив 🙂 В результате при изменении нагрузки только одной из фаз изменяются все три фазных непряжения. Работа фаз не будет назависимой, это недопустимо, так как потребители, вкдюченные в разные фазы рассчитаны на работу при определенном Uф.
Для устранения такой зависимости одной фазы от другой, т.е. для обеспечения симметрии фазных напряжений при несимметричной нагрузке и предназначен нейтральный провод.
Несмотря на отсутствие разности потенциалов на нейтрали по ней будет протекать ток, вызванный несимметрией нагрузки. Короче “лишний ток” стекает по нейтрали.
Почему нейтраль называют землей? Потому, что на электростанции нулевая точка генератора заземлена, т.е. буквально провод закопан в землю. Это сделано для страховки.
Ну, а если кого-то заинтересует вопрос: “Как же это все работает на практике?”, то вот упрощенная схема питания наших с вами квартир от электростанции.
От 3Ф генератора энергия идет к 3Ф трансформатору (тот, что у нас на подстанции) а от него уже поступает к нам в розетки на стене (на схеме потребители обозначены символом резисторов и подписаны, как 3Ф нагрузка)
И в завершение, пройдемся по главному из данной темы. Итак, выводы:
а) ФАЗА и НОЛЬ совершенно разные вещи! (Теперь мы знаем, что НОЛЬ, в общем может быть и не нужен, соединим все обратные провода из розеток по три штуки в одну точку и все, главное, чтоб нагрузка симметричная была, но вот ФАЗА нужна обязательно. Значит различия все-таки есть 🙂
б) ФАЗА фактически есть участок, по которому течет один и тот же ток. В розетке, же, на стене, это провод по которому ток к нам идет от генератора. (в отличие от НОЛЯ по которому тот стекает обратно к генератору, в его нулевую точку) Можно также сказать, что это один из трех переменных токов, вырабатываемых 3Ф генератором.
в) НОЛЬ (он же нейтраль) фактически есть провод, соединяющий нулевую точку генератора и нулевую точку нагрузки.
г) НОЛЬ буквально заземлен, но на электростанции.
д) Преимущество схемы YN в том, что она дает возможность подключения на 2 напряжения: между двумя линейными проводами и между фазой и нейтралью. ТАД (3Ф асинхронный двигатель U1 = 380/220)
е) При соединении фаз нагрузки в треугольник, каждая фаза находится под линейным напряжением, а при соединении в звезду под напряжением в раз меньше.
ж) При любой схеме соединения, в случае симметричного режима расчет 3Ф цепи сводится к расчету одной из фаз.
з) На практике указывают линейные напряжения и токи, поскольку не всегда есть доступ для приборов к нейтральной точке приемника.
Это все основные моменты о 3Ф цепях. Есть, что добавить? Пишите.