Обрыв нуля в трехфазной сети

Что такое обрыв нуля в трехфазной сети — причины и защита

Обрыв нулевого провода в трехфазной цепи (или его отгорание) – распространенное явление, знакомое большинству специалистов и оперативному персоналу подстанций. С ним также сталкиваются электрики, обслуживающие многоквартирные дома, в которых это повреждение случается на вводе в стояк или непосредственно в квартире. Обычно оно проявляется как обрыв «земляной» жилы. Для понимания сути явления сначала нужно разобраться с причинами его возникновения.

Формирование питающих цепей и причины обрыва

Принцип формирования питающих цепей 380 Вольт основан на том, что к каждой фазе подключается «своя» группа потребителей (домов, подъездов или квартир). Обрыв нуля в трехфазных сетях возникает при нарушении распределения нагрузок, соединенных, как и обмотки станционного трансформатора, по схеме «звезда» – они должны быть подключены равномерно. При правильном распределении токовые составляющие взаимно компенсируются, а суммарное значение в нейтральном проводе близко к нулю. Поэтому нейтральная жила делается меньшего сечения, чем фазные провода – теоретически ее можно исключить вообще, поскольку ток здесь не должен протекать.

Любое отклонение от этого требования приводит к перекосу фаз и появлению паразитных токов в нейтральной жиле.

Поскольку на стороне потребителя количество включенных бытовых приборов и лампочек, приходящихся на одну фазу, может быть произвольным, без отклонения от нормы не обходится ни одна питающая линия.

При переходе от трехфазных цепей к линейным ответвлениям (их формирование происходит на вводе в подъездный стояк) ситуация совсем иная. Проблемы с отгоранием нуля в однофазных сетях могут возникнуть по следующим причинам:

• Плохой контакт или повреждение нулевой жилы на линейном отводе. Он обустраивается на вводном распределительном устройстве подъезда.
• Пропадание соответствующего контакта в этажном щитке. В некоторых домах его устанавливают на каждой площадке.
• Нарушение соединений в «земляном» проводе на вводе в квартиру или внутри ее.

Неисправность сначала проявляется как кратковременное пропадание электричества, найти причину которого удается не сразу. Со временем, когда контакт в месте подсоединения нулевой жилы полностью разрушится, бытовые приборы совсем перестанут работать, а свет – включаться.

Возможные последствия

Последствия обрыва нуля в трехфазной сети иногда бывают чрезмерно опасными. Независимо от используемой системы заземления при отгорании нулевой жилы в подключенных к такому кабелю квартирах появляются высокие потенциалы. Из-за сильного перекоса на некоторых линиях электропроводки появятся напряжения, достигающие 380 Вольт. На других ответвлениях от 3-х фазного ввода, наоборот, они могут снизиться практически до нуля.

Если обрыв нуля случился на одной из квартирных линий, защищенной отдельным автоматом, прежде всего перестанут работать все подключенные к ней электрические устройства. Кроме того, если нет нуля а фаза в сети есть, опасный потенциал 220 Вольт через постоянно включенные нагрузки попадет на земляную клемму. В итоге в розетке окажется еще одна фаза, что очень опасно при отсутствии нормального заземления.

При любом случайном пробое изоляции в стиральной машине, например, опасному потенциалу будет некуда стекать, так как земляной провод оборван. Для потребителя, стоящего на связанном с землей бетонном полу, это представляет большую опасность, поскольку весь ток потечет через него.

Защита от обгорания или обрыва нуля

Исследование последствий нарушений в работе трехфазных линий и их ответвлений показали, что необходимо принимать какие-то меры для предотвращения этих явлений. Надежная защита от обрыва нуля в однофазной сети позволяет:

• сохранить в целостности бытовые приборы;
• обеспечить защищенность пользователя от удара током;
• предупредить случайное возгорание ветхой электропроводки и возникновение пожара.

Второй прибор для защиты от потерь фазы используется обычно в частных хозяйствах с целью отключения нагрузок при возникновении опасной ситуации. Принцип его работы состоит в уменьшении проводимости внутренних цепей при значительных перепадах потенциала. Самый эффективный способ предупреждения опасных последствий в трехфазных сетях – использование повторного заземления, устройство которого в многоквартирных домах связано с большими затруднениями.

В сельской местности и частных загородных постройках данный подход реализуется очень просто. Достаточно обустроить на прилегающем к дому участке устройство заземления и подсоединить его посредством медной шины к отдельному контакту, смонтированному в вводном щитке.

В качестве еще одного средства, способного защищать от обрыва нулевой жилы, можно использовать устройство защитного отключения или сокращенно – УЗО. Его разновидностью является дифференциальный прибор, объединяющий в себе функции УЗО и типового автомата. Для этих целей не подойдут обычные изделия, которым для нормальной работы обязательно нужна целая нулевая жила. Монтировать в линиях ответвления допускается лишь те приборы, в которых специально предусматривается функция защиты от обрыва нуля.

Чем опасен обрыв нулевого провода в электрической сети?

Даже те, кто не имеет электротехнического образования, наверняка слышали о такой аварийной ситуации, как перекос фаз. В некоторых предыдущих публикациях мы уже упоминали, чем грозит обрыв нуля, и кратко упоминали о способах защиты от несимметрии фазных напряжений. Сегодня мы более подробно рассмотрим данную тему.

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.

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 .

Оборвался нулевой магистральный проводник

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

Для примера предлагаем рассмотреть, как сложится ситуация в квартирах 1 и 2. Нагрузка электрических приборов суммируется в данном контуре при прохождении через него тока I₁₂. Соответственно, уровень напряжения для квартир установится в зависимости от нагрузки подключенных к сети приборов. То есть: U₁ = I₁₂*R₁, а U₂ = I₁₂* R₂. Из этого следует, что суммарная величина силы тока составит I₁₂ = U₁₂ / (R₁+R₂) :

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.

Отгорание нуля в схеме однофазного потребителя

Для однофазных нагрузок обрыв нуля будет аналогичен отключению напряжения, за исключением того фактора, что на фазном проводе останется потенциал, представляющий опасность для жизни. Причем, он также проявится там, где был ранее защитный ноль в контактах розеток. Если корпуса электроприборов заземлялись рабочим нулем, то весьма велика вероятность негативных последствий. В системах TN-C-S фактор риска существенно сокращается, за счет использования PEN проводника.

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.

Подведем итоги

Безусловно, что вероятности аварий носят случайный характер, максимум, что можно сделать в таких ситуациях, — принять необходимые меры для обеспечения защиты. Но помимо этого не будет лишним вовремя определить аварийную ситуацию по характерным признакам. В первую очередь отгорание нулевого магистрального провода приводит к перенапряжению сети. Обнаружив первые признаки этого явления, следует отключить все электроприборы.

Сделать это оперативно и самостоятельно практически нереально. Временной промежуток для этого слишком коротким, поэтому следует установить на электрическом щитке специальные приборы, реагирующие на обрыв нуля. Как только напряжение выйдет за установленные пределы, реле контроля напряжения произведет защитное отключение.

Полностью доверять системе защиты не стоит. Может случиться так, что при наличии характерных признаков перепадов напряжения, отключение питания не произойдет. Поэтому имеет смысл перечислить наиболее вероятные проявления для данного явления:

• Мерцание ламп накаливания. Они наиболее чувствительны к перепаду уровня напряжения, возникающего при обрыве нуля. Энергосберегающие осветительные приборы и светодиодные лампы не настолько реагируют на изменения.
• Электронные приборы, имеющие встроенную защиту, как правило, отключаются от сети питания. Или не запускаются. Такие действия предусмотрены реакцией защиты импульсных БП на броски напряжения. Характерно, что такая реакция может сработать раньше, чем реле напряжения. Но это, во многом зависит от производителя и схемы реализации защиты электросетей, а также надежности электрического соединения.
• Еще один характерный признак – повышение температуры выключателя. Даже если Вы не обратили внимания на мерцание ламп, то данное проявление должно вызвать опасения.
• Искрение, при попытке подключения электроприбора, может говорить об обрыве нуля на вводе однофазного потребителя. Даже, если оно вызвано другим фактором, а не обрывом нуля, это очень нехороший признак.
• Самопроизвольные срабатывания вводных автоматов, также могут указывать на перенапряжение. Такая реакция на обрыв нуля характерна при включении электронагревательных приборов, например электропечи, бойлера, чайника и т.д.
• Характерные звуки во вводном электрическом щите также могут указывать на перепады напряжения. В такой ситуации рекомендуется отключить ввод питания и дождаться приезда аварийной бригады. Велика вероятность, что авария обрыва нуля имела место в электросети поставщика.
• Обязательно установите на вводе электрической сети реле напряжения. В идеале желательно продублировать данную систему стабилизатором напряжения для дома или квартиры. Такое устройство, работая в паре с реле, позволит поддерживать заданный уровень напряжения, не отключая питание.

Собственно, только многоуровневая защита может обеспечить максимальную безопасность.

Откуда в розетке 380в при обрыве нуля — наглядно, доступно, без формул.

Наверняка у каждого из вас, хотя бы раз в жизни сгорали бытовые приборы от перенапряжения. При этом многие слышали, что подобное не редко случается из-за обрыва ноля.

Давайте наглядно без формул, векторных диаграмм, смещений нулевых точек и т.п., с точки зрения обывателя попытаемся разобраться, каким же образом напряжение 380в, вместо привычных 220в, может оказаться в ваших розетках.

Ведь действительно возникает логичный вопрос, как это так, оборвался или отгорел один из проводов, а напряжение ни то что не пропадает, а становится даже больше.

Понимание этого процесса будет полезно каждому потребителю, дабы потом не возникало вопросов, зачем электрики пытаются «всунуть» в электрощиток, непонятные реле, стоимостью несколько тысяч рублей.

Чтобы доступно разобраться в сути этого явления, давайте вспомним разницу между последовательной и параллельной схемой подключения электроприемников.

При параллельном подключении, фазный и нулевой проводники одновременно приходят ко всем потребителям в цепи. Нарисуем такую схемку, где этими потребителями будут обыкновенные лампочки накаливания.

На входе напряжение составляет 220в. При таком подключении, на каждой лампочке напряжение будет одинаковым, и при достаточном сечении проводников и малой нагрузке, не будет сильно отличаться от вводного.

При этом отключение или включение каждой лампочки по очередности, не сильно скажется на его значениях. Именно по такой схеме и подключены все розетки в ваших квартирах.

Однако если напряжение будет одинаковым, ток в цепи будет разным. Общее его значение складывается из суммы токов проходящих через лампочку №1 и №2.

Вы можете включать и более мощные приборы (лампы 200Вт, чайник), и все будет прекрасно работать.

Схема последовательного подключения несет в себе уже существенные изменения. Здесь питающий проводник (это может быть фаза или ноль), сначала приходит на первую лампочку, а далее от нее уходит на следующую.

Только после этого он возвращается на вводной автомат или в общую сеть.

Не важно количество токоприемников, их может быть 2,3,4 и более. Главное, чтобы они были строго подключены один после другого.

Что же изменится, если вы включите последовательно две лампы по 100Вт? А случится то, что напряжение на них упадет примерно в два раза.

При этом общее вводное напряжение будет складываться из суммы падений напряжений на лампе №1 и лампе №2. То есть, 110в на одной и 110в на другой. Кстати, такой казалось бы недостаток, можно очень хитро использовать несколькими способами.

Напомню, что в параллельной схеме, U везде было одинаковым, не важно в какой точке. Здесь же одинаковым будет ток, при том в любой части электрической цепи I=I1=I2.

Однако такая ситуация с равномерным падением напряжения, будет наблюдаться только в том случае, если все эл.приемники будут одинаковой мощности. Стоит вместо одной 100Вт лампы вкрутить 200 ваттную, и вы сразу же увидите разницу.

На лампочке 100Вт будет напряжение 146В и она будет гореть довольно ярко. В то же время более мощная 200 ваттная будет еле светиться.

Связано это с тем, что падение напряжения напрямую зависит от сопротивления потребителя. На более мощных приборах сопротивление маленькое.

Вот примерные данные по стандартным лампочкам, предназначенным для работы в сети 220В: