Отгорание нуля в трехфазной сети

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.

Хочу все знать

Про кабель и провод и электротехническую продукцию

1. Вы здесь:
2. Главная
3. Хочу все знать
4. Процесс отгорания нуля в трехфазной сети

Процесс отгорания нуля в трехфазной сети

Достаточно часто питание используемой в быту техники осуществляется строго в однофазном режиме. Стоит понимать, что снабжение их электрической энергией производится по специальным кабелям, которые характеризуются, как трехфазные.

Важно! Вся современная качественная кабельная продукция должна быть рассчитана строго на определенные условия, которые потребуется соблюдать в процессе прокладки проводов и их последующей эксплуатации. Именно по этой причине максимально безопасное их использование автоматически подразумевает определенные допустимые нагрузки и условия применения.

Фразу «Отгорел ноль!» очень часто можно услышать от электрика, который на профессиональном уровне занимается одноименными работами. Мало, кто понимает значение данной фразы. Стоит знать, что в сети, которая характеризуется, как трехфазная, ноль отгорает довольно часто, что же касается однофазной, то здесь нет. Почему так происходит? Какие планы стоит строить на будущее, то есть будет данный «ноль» отрабатывать свои функции или не будет?

Более подробное рассмотрение подобного вопроса даст возможность всем собственникам трехфазного снабжения энергией в жилых домах или иных объектах недвижимости не только ясно понять всю суть происходящего процесса, но также предотвратить все вероятные действия, которые могли привести к отгоранию нуля. Это автоматически может привести к тому, что значительно снизится вероятность появления проблем, которые могут быть связаны с подобным процессом.

Ноль в стандартной цепи однофазной

В обычных однофазных целях под понятием «ноль» подразумевается один только из двух основных проводников, который не имеет требуемого потенциала относительно «земли».

Фаза, то есть второй проводник, в отличие от первого имеет подобный потенциал. Обычно в стандартных бытовых условиях он равняется примерно 220 В. Ток, который течет по данной фазе, постоянно равен тому , который перемещается по «нулю». Определенных тенденций к проблемам «отгорания нуля» в стандартной однофазной линии нет. Кроме того, подобные линии очень надежно защищены особой недорогой по стоимости автоматической системой.

Ноль в трехфазной цепи

Перед тем, как более подробно рассмотреть данный вопрос, необходимо отметить, что трехфазные линии могут быть двух основных типов. Они отличаются по методу подключения общей нагрузки к фазам, что именуются, как «звезда» и особый «треугольник». В последнем случае, столь необходимого соединения «треугольник»- ноль, просто нет, потому он не отгорает. Что же касается трехфазной схемы нагрузки по такой схеме, как «звезда», данное явление может появиться, как специальный проводник. Именно его работа и будет рассмотрена более подробно.

• По всем трем из присутствующих фаз при совершенно равной по параметрам нагрузке перемещаются токи, имеющие равные показатели. Они изменены немного по особой временной фазе примерно на 120 градусов, то есть на одну третью часть общего периода. При сложении данные показатели равны, но особым образом смещенные значения параметров векторов перемещающегося тока дают в значении ноль. В такой ситуации нагрузка зовется трехфазной и одновременно сосредоточенной. Подобный ток по специальному одноименному проводу проводится только если сложится идеальная ситуация. В таком случае полностью обесточенный «ноль», по сути, и не нужен совсем.

На самом деле идеала такого плана не существует, так как общие нагрузки рабочих фаз обычно немного различаются. Соответственно, сложенный вектор тока немного отличается от нулевого. В данном случае компенсация не осуществляется. По нулевому проводнику перемещается относительно небольшой по показателям уравнительный ток.

На основании такой определенной незначительности уравнительного тока, в большинстве трехфазных проводов есть еще одна жила, которая именуется, как нулевая. Ее сечение примерно в два раза меньше данных показателей у фазных проводников. Данные устройства применяются для значительно экономии дорогой по стоимости меди, категории электротехнической, а также алюминия. Стоит отметить, что таких токов совершенно не хватит для появления «отгорания нуля». В чем дело?

• Это основано на таком факторе, что в трехфазную линию включены разные по назначению однофазные степени нагрузки. Разница в показателях величины здесь бывает достаточно серьезной, в таком случае речь может идти о таком явлении, которое имеет название «перекос фаз». Многие современные проектировщики всеми возможными методами сравнивают присутствующие нагрузки, но это далеко не всегда срабатывает. Как бы равномерно не распределять все установленные мощности, общее время запуска всех присутствующих приборов предупредить просто невозможно. Также нельзя компенсировать их по остальным, потому настоящего полноценного равенства получиться не может.

Обычные обыватели в процессе ведения бытовых дел включают все приборы, совершенно не заботясь о благе для всех кабельных линий, а также об их нагрузке, которая является несимметричной. Человек стремится запустить или выключить, совершенно не заботясь о токах, присутствующих в жиле.

Даже в ситуации, когда общая сумма всех токов не равняется нулевому показателю, тока экстремальной категории в нулевом кабеле нет. Это достаточно неприятно, но можно стерпеть. При этом ноль отгорает очень редко.

В каких тогда случаях отгорает ноль?

Многие на основании выше изложенной информации могут сделать вывод, что информацией с отгоревшим нулем может просто заморочить голову. По-своему такие мысли являются вполне обоснованными. Но есть одно важное «но»: для значительной экономии электрической энергии примерно в 1990 году было внедрено важное новшество – это специальный блок питания, характеризующийся, как импульсный. В настоящее время его устанавливают везде – в обычные телевизоры, персональные компьютеры, а также в большинство единиц техники.

Необходимо понимать, что в подобных блоках питания ток перемещается по трети всей длины протяженности полупериода. Это и превращает потребление в непонятный процесс для стандартной сети, чего не скажешь об обычной нагрузке, но с некоторыми последствиями. К ним можно отнести следующие факторы:

• В трехфазной сети через определенное врем начинают течь и совершенно не компенсироваться присутствующие импульсные токовые показатели, которые уходят в нулевой кабель совершенно бесконтрольно;
• По нулю все время протекают токи на совершенно разных фазах от ассиметричной нагрузки;

Если сложить это все вместе, может случиться так, что ток, который идет по «нулю» и при этом значение у него может быть приблизительное или немного больше номинального фазного параметра тока. Это и есть отгорание нуля. Все отлично, если в данной ситуации трехфазный провод будет иметь определенное нулевое сечение, так же, как и фазы. Что же делать, если этого нет?

Ситуацию такого плана в состоянии спаси умная, надежная и достаточно оперативная автоматическая защита. Но даже здесь не все так идеально, так как очень часто для серьезной экономии покупают особые трехфазные автоматы, не имеющие «нулевой» клеммы. Это основано на том, что по всем фазам перемещается ток строго в номинальных пределах, такого плана автомат сторожит эффективную безопасность для всех фаз, при этом о нуле позаботиться просто некому.

При серьезных нагрузках часто осуществляется обрыв. Это еще одна из причин, по которой обычно отгорает ноль. Если общее значение всех токов будет больше нормы, это тоже приведет к подобному процессу.

Количество техники, которая работает на импульсном питании, постоянно увеличивается. Это повышает опасность появления процесса отгорания всех присутствующих нулевых проводов, а общая ситуация становится все хуже.

Важно! Не рекомендуется ставить отдельно расположенный автомат на нулевой кабель, потому что это очень опасно. Причина этого основана на том, в процессе его полного выключения токи будут подбирать для себя выход посредством определенных фазных проводов. Автоматически это приведет к неприятным результатам, предсказать которые невозможно.

Стоит обратиться к профессионалам, которые могут составить грамотный с технической точки зрения проект, в нем будут учтены все нюансы. Кроме того, специалисты могут провести максимально качественный монтаж и последующий запуск сети разного уровня сложности и длины.

Отгорание нуля в трехфазной сети: современные проблемы электросетей

Причины отгорания нуля в трехфазной сети

Отгорание нуля в однофазной сети, то есть в пределах одного дома или квартиры не принесет вреда бытовой технике. В этом случае пропадёт напряжение сети 220 В, а фазный провод останется под потенциалом. В другом варианте, когда произойдёт отгорание нуля в трехфазной сети, может не выдержать бытовая техника повышенного напряжения.

Защита от отгорания нуля в квартире

При отгорании нуля в трехфазной сети, напряжение в квартире может достигнуть 380 В. Такого напряжения, не выдержит ни один бытовой прибор. Как известно к электрощиту на площадке вашего этажа подведен четырех жильный трехфазный кабель.

Три фазы, которого распределяются по квартирам равномерно, а нулевой провод (сечение его в 2 раза меньше фазного) является общим для всех квартир. Если отгорит ноль в вашей квартире, тогда просто пропадет напряжение. Но если отгорает общий ноль с кабеля на электрощите в подъезде, тогда вся ваша техника окажется под угрозой повышенного напряжения.

Повышенное напряжение приходит через какую-либо нагрузку (бойлер, электроплита, электрический чайник) от вашего соседа, имеющего другую фазу, чем ваша. Фаза соседа — включенный чайник — нулевой провод. То есть фаза через ваш нулевой провод окажется на вашем нуле. Это напряжение может достигнуть 380 В (в зависимости от нагрузки соседа).

Особенности нулевого провода трехфазной сети

В промышленности электросеть может собираться по схеме “треугольник” или “звезда”. Для нужд населения используется сеть по схеме “звезда” с нулевым проводником. Как известно три фазы трехфазной сети сдвинуты относительно друг друга на 120. В нулевом проводнике токи, сдвинутые на 120, взаимно компенсируются.

Схема соединений нагрузок звезда

При одинаковой нагрузке в каждой фазе, общий ток нулевого провода будет равен нулю. Это в идеале. В действительности нагрузка каждой фазы разные, ведь все потребители нагрузок в многоквартирном доме включаются не согласовано, в разное время и разной мощностью.

Поэтому токи в трехфазной сети в нулевом проводе будут отличаться от нуля. Но всё равно для сети 50 Гц ток в нулевом проводе будет ниже, чем токи в фазных проводах. Поэтому для трехфазных сетей 50 Гц сечение нулевого провода берется в 2 раза ниже фазного. Такие особенности сети можно отнести к прошедшим годам.

Перекос фаз в трехфазной сети, ток нулевого провода не равен нулю

Что же изменилось в современной электросети? С появлением техники на импульсных источниках питания, в сети кроме частоты 50 Гц стали присутствовать и высшие гармоники. Если раньше к сети подключалась только линейная нагрузка (тэны, двигатели, лампы накаливания), то сейчас еще добавились и нелинейные нагрузки с импульсным характером питания.

Все импульсные источники имеют диодные мосты с конденсаторами, которые периодически меняют свое сопротивление (включаясь и отключаясь), с частотой импульсного генератора. Таким образом, при работе импульсного источника появляются короткие импульсы в сети. Присутствие этих коротких импульсов вызывает ряд негативных последствий.

Перегрев нулевого провода

Появление коротких импульсов в сети с нелинейными нагрузками приводит к появлению больших токов нулевого провода в 1,5 раза превышающих фазные токи. Сечение же нулевого провода остается ниже фазного и отсутствует какая-либо защита нулевого проводника.

Всё это приводит к перегрузке нулевого провода и его перегреву. Вероятность отгорания нуля значительно увеличивается. Как следствие, под влиянием токов импульсного характера меняется форма синусоиды напряжения, она становится “плоской”.

Работа электродвигателей и трансформаторов в сетях с искаженной формой синусоиды

Возникающие гармоники в сетях с нелинейной нагрузкой отрицательно действуют на работу трансформаторов, вызывая немалые потери. Увеличение потерь в трансформаторе сопутствует его перегреву, увеличению потребления электроэнергии и выходу его из строя.

Искаженная форма синусоиды сети

Перегрев трансформатора исключает возможность его использования на максимальной мощности, уменьшается время работы в несколько раз. Импульсные помехи в электросетях значительно уменьшают срок службы бытовых приборов из-за их перегрева и быстрого старения изоляции.

В электродвигателях импульсный характер сетей вызывает дополнительное подмагничивание стали, ее перегреву, преждевременному износу и ухудшению характеристик электродвигателя. Гармоники в сетях могут вызвать срабатывание автоматических выключателей из-за дополнительного нагрева его элементов.

Такие импульсные помехи возникают в случае близкого расположения питающих сетей сотовой связи. Иногда можно встретить подключение кабелей сотовой связи к электросетям жилых зданий. В результате страдают жильцы от частого отгорания нуля, выхода из строя бытовой техники и быстрого износа электропроводки.

Определить импульсный характер токов обычными токоизмерительными клещами не получится, так как они рассчитаны на сеть 50 Гц и токи гармоник не видят. Для этой цели можно использовать измерительные приборы имеющие функцию True RMS, которые рассчитаны на обширный частотный диапазон.

Как сделать защиту от отгорания нуля? Для защиты нужно установить реле напряжения в квартирный щиток, на нулевые проводники поставить автоматы. Лучшим решением для защиты своей сети от отгорания нуля и импульсных помех будет использование инверторного стабилизатора, который на выходе даст идеальную синусоиду с частотой 50 Гц с минимальными искажениями.

{SOURCE}