Чем ноль отличается от фазы: Что такое фаза, ноль и земля: объясняем простым языком

Что такое ноль и фаза в электричестве и зачем он нужен?

Очень немного людей  понимают суть электричества. Такие понятия как «электрический ток», «напряжение» «фаза» и «ноль» для большинства являются  темным лесом, хотя с ними мы сталкиваемся каждый день. Давайте же получим крупицу полезных знаний и разберемся, что такое фаза и ноль в электричестве. Для обучения электричеству с «нуля» нам нужно разобраться с фундаментальными понятиями. В первую очередь нас интересуют электрический ток и электрический заряд.

Ежедневная рассылка с полезной информацией для студентов всех направлений – на нашем телеграм-канале.

Электрический ток и электрический заряд

Электрический заряд – это физическая скалярная величина, которая определяет способность тел быть источником электромагнитных полей. Носителем наименьшего или элементарного электрического заряда является электрон. Его заряд равен примерно -1,6 на 10 в минус девятнадцатой степени Кулон.

Заряд электрона — минимальный электрический заряд (квант, порция заряда), который встречается в природе у свободных долгоживущих частиц.

Заряды условно делятся на положительные и отрицательные. Например, если мы потрем эбонитовую палочку о шерсть, она приобретет отрицательный электрический заряд (избыток электронов, которые были захвачены атомами палочки при контакте с шерстью).

Такую же природу имеет статическое электричество на волосах, только в этом случае заряд является положительным (волосы теряют электроны).

Кстати, о том, что такое ток, напряжение и сопротивление можно дополнительно почитать в нашей отдельной статье, посвященной закону Ома.

 

Электрический ток – это направленное движение заряженных частиц (носителей заряда) по проводнику. Само движение заряженных частиц возникает под действием электромагнитного поля – одного из фундаментальных физических полей.

Электрический ток может быть постоянным и переменным. При постоянном токе направление и величина тока не меняются. Переменный ток – это ток, изменяющийся во времени.

Источником постоянного тока является, например, батарейка. Но именно переменный ток используется в бытовых розетках, которые стоят в наших домах. Причина в том, что переменные токи гораздо проще получать и передавать на большие расстояния.

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Основным видом переменного тока является синусоидальный ток. Это такой ток, который сначала нарастает в одном направлении, достигая максимума (амплитуды) начинает спадать, в какой-то момент становится равным нулю и снова нарастает, но уже в другом направлении.

 

Непосредственно о таинственных фазе и нуле

Все мы слышали про фазу, три фазы, ноль и заземление.

Простейший случай электрической цепи – однофазная цепь. В ней всего три провода. По одному из проводов ток течет к потребителю (пусть это будет утюг или фен), а по другому – возвращается обратно. Третий провод в однофазной сети – земля (или заземление).

Провод заземления не несет нагрузки, но служит как бы предохранителем. В случае, когда что-то выходит из-под контроля, заземление помогает предотвратить удар электрическим током. По этому проводу избыток электричества отводится или «стекает» в землю.

Провод, по которому ток идет к прибору, называется фазой, а провод, по которому ток возвращается – нулем.

Итак, зачем нужен ноль в электричестве? Да за тем же, что и фаза! По фазному проводу ток поступает к потребителю, а по нулевому — отводится в обратном направлении. Сеть, по которой распространяется переменный ток, является трехфазной. Она состоит из трех фазовых проводов и одного обратного.

Именно по такой сети ток идет до наших квартир. Подходя непосредственно к потребителю (квартирам), ток разделяется на фазы, и каждой из фаз дается по нулю. Частота изменения направления тока в странах СНГ — 50 Гц.

В разных странах действуют разные стандарты напряжений и частот в сети. Например, в обычной домашние розетки в США подается переменный ток напряжением 100-127 Вольт и частотой 60 Герц.

Провода фазы и нуля нельзя путать. Иначе можно устроить короткое замыкание в цепи. Чтобы этого не произошло и Вы ничего не перепутали, провода приобрели разную окраску.

Каким цветом фаза и ноль обозначены в электричестве? Ноль, как правило, синего или голубого цвета, а фаза — белого, черного или коричневого. Провод заземления также имеет свой окрас — желто-зеленый.

 

Итак, сегодня мы узнали, что же значат понятия «фаза» и «ноль» в электричестве. Будем просто счастливы, если для кого-то эта информация была новой и интересной. Теперь, когда вы услышите что-то про электричество, фазу, ноль и землю, вы уже будете знать, о чем идет речь. Напоследок напоминаем, если вам вдруг понадобится произвести расчет трехфазной цепи переменного тока, вы можете смело обращаться в студенческий сервис. С помощью наших специалистов даже самая дикая и сложная задача станет вам «по зубам».

Для чего нужны фаза, ноль и заземление?

Известно, что электрическая энергия вырабатывается на электрических станциях при помощи генераторов переменного тока. Затем, по линиям электропередач от трансформаторных подстанций электроэнергия поступает потребителям. Разберем подробнее, каким образом энергия подводится к подъездам многоэтажных домов и частным домам. Это даст понять даже чайникам в электрике, что такое фаза, ноль и заземление и зачем они нужны.

  • Простое объяснение
  • Углубляемся в тему

Простое объяснение

Итак, для начала простыми словами расскажем, что собой представляют фазный и нулевой провод, а также заземление. Фаза — это проводник, по которому ток приходит к потребителю. Соответственно ноль служит для того, чтобы электрический ток двигался в обратном направлении к нулевому контуру. Помимо этого назначение нуля в электропроводке — выравнивание фазного напряжения. Заземляющий провод, называемый так же землей, не находится под напряжением и предназначен для защиты человека от поражения электрическим током. Подробнее о заземлении вы можете узнать в соответствующем разделе сайта.

Надеемся, наше простое объяснение помогло разобраться в том, что такое ноль, фаза и земля в электрике. Также рекомендуем изучить цветовую маркировку проводов, чтобы понимать, какого цвета фазный, нулевой и заземляющий проводник!

Углубляемся в тему

Питание потребителей осуществляется от обмоток низкого напряжения понижающего трансформатора, являющегося важнейшей составляющей работы трансформаторной подстанции. Соединение подстанции и абонентов выглядит следующим образом: к потребителям подводится общий проводник, отходящий от точки соединения трансформаторных обмоток, называемый нейтралью, наряду с тремя проводниками, представляющими собой выводы остальных концов обмоток. Выражаясь простыми словами, каждый из этих трех проводников является фазой, а общий – это ноль.

Между фазами в трехфазной энергетической системе возникает напряжение, называемое линейным. Его номинальное значение составляет 380 В.

Дадим определение фазному напряжению — это напряжение между нулем и одной из фаз. Номинальное значение фазного напряжения составляет 220 В.

Электроэнергетическая система, в которой ноль соединен с землей, называется «система с глухозаземленной нейтралью». Чтобы было предельно понятно даже для новичка в электротехнике: под «землей» в электроэнергетике понимается заземление.

Физический смысл глухозаземленной нейтрали следующий: обмотки в трансформаторе соединены в «звезду», при этом, нейтраль заземляют. Ноль выступает в качестве совмещенного нейтрального проводника (PEN). Такой тип соединения с землей характерен для жилых домов, относящихся к советской постройке. Здесь, в подъездах, электрический щиток на каждом этаже просто зануляют, а отдельное соединение с землей не предусмотрено. Важно знать, что подключать одновременно защитный и нулевой проводник к корпусу щитка весьма опасно, потому как существует вероятность прохождения рабочего тока через ноль и отклонения его потенциала от нулевого значения, что означает возможность удара током.

К домам, относящимся к более поздней постройке, от трансформаторной подстанции предусмотрено подведение тех же трех фаз, а также разделенных нулевого и защитного проводника. Электрический ток проходит по рабочему проводнику, а назначение защитного провода заключается в соединении токопроводящих частей с имеющимся на подстанции заземляющим контуром. В этом случае в электрических щитках на каждом этаже располагается отдельная шина для раздельного подключения фазы, нуля и заземления. Заземляющая шина имеет металлическую связь с корпусом щитка.

Известно, что нагрузка по абонентам должна быть распределена по всем фазам равномерно. Однако, предсказать заранее, какие мощности будут потребляться тем или иным абонентом, не представляется возможным. В связи с тем, что ток нагрузки разный в каждой отдельно взятой фазе, появляется смещение нейтрали. Вследствие чего и возникает разность потенциалов между нулем и землей. В случае, когда сечение нулевого проводника является недостаточным, разность потенциалов становится еще значительнее.

Если же связь с нейтральным проводником полностью теряется, то велика вероятность возникновения аварийных ситуаций, при которых в фазах, нагруженных до предела, напряжение приближается к нулевому значению, а в ненагруженных, наоборот, стремится к значению 380 В. Это обстоятельство приводит к полной поломке электрооборудования. В то же время, корпус электрического оборудования оказывается под напряжением, опасным для здоровья и жизни людей. Применение разделенных нулевого и защитного провода в данном случае поможет избежать возникновения таких аварий и обеспечить требуемый уровень безопасности и надежности.

Напоследок рекомендуем просмотреть полезные видео по теме, в которых даются определения понятиям фазы, нуля и заземления:

Надеемся, теперь вы знаете, что такое фаза, ноль, земля в электрике и зачем они нужны. Если возникнут вопросы, задайте их нашим специалистам в разделе «Задать вопрос электрику«!

Рекомендуем также прочитать:

  • Что такое зануление и для чего оно предназначено
  • Как передается электроэнергия на расстояния
  • Как распределить нагрузку по фазам

Центр электроники разности фаз и фазового сдвига

Положение волновой частицы периодической формы волны известно как «Фаза» волны. Полная фаза полного цикла сигнала равна 360

0 .

[адсенс1]

Когда две или более волны одной частоты интерферируют в среде или движутся по одному и тому же пути, «фаза» волн играет важную роль для получения желаемого результата без возникновения шума.

Фазу также можно определить как «относительное смещение двух волн относительно друг друга».

 

Фаза также может быть выражена в радианах и градусах. Один радиан = 57,3 градуса.

Схема

Разность фаз

Разность фаз синусоидальной волны можно определить как «интервал времени, на который волна опережает другую волну или отстает от нее», и разность фаз не является свойством только одной волны, это относительное свойство двух или более волн. Это также называется «фазовым углом» или «фазовым смещением».

Разность фаз, представленная греческой буквой фи (Φ). Полная фаза сигнала может быть определена как 2π радиан или 360 градусов.

Опережающая фаза означает, что волна опережает другую волну с той же частотой, а Отстающая фаза означает, что волна отстает от другой волны с той же частотой.

Фазовая квадратура: когда разность фаз между двумя волнами составляет 90 0 (это может быть = + 90 0 или – 90 0 ), говорят, что волны находятся в «фазовой квадратуре».

Противофаза: когда разность фаз между двумя волнами составляет 180 0 (может быть = + 180 0 или – 180 0 ), то говорят, что волны находятся в «фазовой оппозиции».

Чтобы лучше понять эту концепцию, обратите внимание на рисунок ниже.

Временной интервал и фаза сигнала обратно пропорциональны друг другу. Это означает, что

t град = 1 / (360 f ) (градусы)

t рад = 1 / (6,28 f ) (радиан)

Где f — частота сигнала, а t — период времени.

Например, если две синусоидальные волны имеют одинаковую частоту и фазовый сдвиг π/2 радиан, то фазы волн можно определить как (nπ + 1) и nπ радиан.

Фазовый сдвиг сигналов также может быть представлен в виде периода времени (T). Например, + 6 мс и – 7 мс и т. д.

Вернуться к началу

[adsense2]

Уравнение разности фаз

Разность фаз синусоидальных сигналов может быть выражена приведенным ниже уравнением, используя максимальное напряжение или амплитуду сигналов: )

                  Где

Amax – амплитуда синусоиды измерения

ωt — угловая скорость (радиан/сек)

Φ — фазовый угол. (Радианы или градусы)

Если Φ < 0, то говорят, что фазовый угол волны находится в отрицательной фазе. Точно так же, если Φ > 0, то говорят, что фазовый угол волны находится в положительной фазе.

Соотношение фаз синусоидального сигнала

Каждый сигнал переменного тока будет иметь свой ток, напряжение и частоту. Если напряжение и угловые скорости двух сигналов одинаковы, то их фаза также одинакова в любой момент времени.

На приведенном выше рисунке мы видим три волны, которые начинаются в начале координат, опережают в начале координат и отстают в начале координат соответственно.

Вернуться к началу

Разность фаз сигналов

Не в фазе

Когда чередующиеся сигналы имеют одинаковую частоту, но разные фазы, говорят, что они «не в фазе». Разность фаз не равна нулю для расфазированных волн. Обратите внимание на приведенный ниже рисунок, который описывает несовпадающую по фазе концепцию двух синусоидальных волн. Для синфазных сигналов запаздывание составляет доли длины волны, такие как 1/2, 2/3, 3/5… и т. д.

На приведенном выше рисунке волна «B» опережает на 90 0 (Φ = 90 0 ) волну «A». Таким образом, мы можем сказать, что две волны не совпадают по фазе.

Для волн, не совпадающих по фазе, есть два условия. Это

1. Фаза опережения

2. Фаза отставания

Фаза опережения

Когда два сигнала одной и той же частоты движутся вдоль одной и той же оси, и один сигнал опережает другой, тогда это называется «волна опережающей фазы». .

Уравнения тока и напряжения для опережающих фазированных сигналов:

Напряжение (Vt) = Vm sin ωt

Ток (it) = Im sin (ωt – Φ)

Где Φ — опережающий фазовый угол.

Отставание по фазе

Когда два сигнала одной частоты движутся вдоль одной и той же оси, и один сигнал отстает от другого, это называется «Отставание по фазе».

Уравнения напряжения и тока для опережающих фазированных сигналов:

Напряжение (Vt) = Vm sin ωt

Ток (it) = Im sin (ωt + Φ)

Где Φ — фазовый угол отставания.

Синфазные синусоидальные волны

Когда разница между фазами двух чередующихся волн равна нулю, волны называются синфазными. Это может произойти, когда два сигнала имеют одинаковую частоту и одинаковую фазу. Для синфазных сигналов запаздывание представляет собой целое число длин волн, например 0, 1, 2, 3… Синфазные сигналы показаны на рисунке ниже.

Сигналы на приведенном выше рисунке имеют разную амплитуду (максимальное напряжение), но имеют одинаковую частоту.

Пример: Если две синусоидальные волны A и B не совпадают по фазе, а разность фаз составляет 25 0 , то мы можем объяснить соотношение между волнами как

Волна «A» опережает волну «B» на 25 0 или волна ‘B’ отстает от волны ‘A’ на 25 0 . Таким образом, ток и напряжение этих сигналов также изменяются в зависимости от фазового сдвига нефазированных сигналов.

Вернуться к началу

Соотношение фаз напряжения и тока к R, L, C

Цепь RLC также называется «резонансной схемой». Ниже поясняется поведение напряжения и тока резистора, конденсатора и катушек индуктивности по отношению к фазе.

  • Резистор: В резисторе ток и напряжение находятся в одной фазе. Таким образом, разность фаз между ними измеряется как 0,
    • .
  • Конденсатор: в конденсаторе ток и напряжение не совпадают по фазе, и ток опережает напряжение на 90
    0     . Таким образом, разность фаз между током и напряжением в конденсаторе измеряется как 90 0 .
  • Катушка индуктивности: в катушке индуктивности ток и напряжение не совпадают по фазе. Напряжение опережает ток на 90 0 . Таким образом, разность фаз между напряжением и током в конденсаторе измеряется как 90 0 . Это прямо противоположно природе конденсатора.
ПРИМЕЧАНИЕ:

Существует простой способ запомнить соотношение между напряжением и током без какой-либо путаницы. Этот метод C I V I L

Первые 3 буквы C I V означают, что в конденсаторе I (ток) опережает V (напряжение).

 

Наверх

Резюме

  • Мы можем обобщить эту общую концепцию как
  • Фаза: Положение движущейся частицы формы волны называется «Фазой» и измеряется в «Радианах или градусах».
  • Разность фаз: Интервал времени, на который волна опережает другую волну или отстает от нее, называется «Разностью фаз» или «Угол фаз». Он определяется буквой «Ф».
  • Фазовый угол измеряется в «радианах/с» или «градусах/с», а фаза полного цикла указывается как «360 0 ».
  • Не в фазе: когда чередующиеся сигналы имеют одинаковую частоту, но разные фазы, говорят, что они «вне фазы».
  • В фазе: Когда разница между фазами двух чередующихся волн равна нулю, говорят, что они находятся в фазе.
  • Опережающая фаза: сигнал опережает другой сигнал с той же частотой.
  • Отставание фазы: сигнал отстает от другого сигнала с той же частотой.
  • В цепях LRC соотношение фаз между напряжением и током будет
  • В резисторах: фазы напряжения и тока совпадают. Таким образом, разность фаз равна 0,
    • .
  • В конденсаторах: Ток опережает напряжение на 90 градусов. Таким образом, разность фаз равна 90 0 .
  • В индукторах: напряжение опережает ток на 90 градусов. Таким образом, разность фаз равна 90 0 .

Вернуться к началу

Поэтапный отказ или поэтапный отказ: есть ли разница?

Здесь речь идет о сокращении использования ископаемого топлива. Возможно, наиболее громкое использование этого термина было в заключительном заявлении для COP26. В проект заявления включена фраза «поэтапный отказ» в отношении глобального использования угля.

Индия добивалась и добилась успеха в изменении слов на «поэтапное сокращение» использования угля. Интересно отметить, что на COP27 Индия настаивала на соглашении о «поэтапном отказе» от всего использования ископаемого топлива, что Саудовская Аравия, похоже, менее заинтересована в этом.

Эти две фразы относятся к двум различным путям, подразумевая, что пути сходятся к одному и тому же пункту назначения, например, «чистый ноль к 2050 году». В этом случае интерес к их сравнению может быть только в том случае, если характер путешествия будет качественно иным. Или, если вывод о конвергенции оказался неверным. Давайте исследуем это.

Сначала мы должны определить наши термины. Ввиду отсутствия общепринятого определения, мы в Thinking Ahead предлагаем определить «поэтапный отказ» как постепенное сокращение в течение последовательных периодов до момента, когда дальнейшее использование не происходит.

Напротив, «поэтапное сокращение» также будет означать постепенное сокращение в течение последовательных периодов, но до уровня, который считается приемлемым для продолжения в неопределенном будущем. Другими словами, «поэтапный отказ» сводится к нулю к 2050 году за счет абсолютного нуля (годовых) выбросов от ископаемого топлива, в то время как «поэтапный отказ» требует одновременного наращивания улавливания и хранения углерода (CCS) до уровня, который компенсирует продолжающееся «поэтапное сокращение» выбросов.

Теперь мы можем рассмотреть два приведенных выше сценария. Во-первых, траектории «вниз» и «выход» сходятся к нулевым чистым ежегодным выбросам к 2050 году. Исходя из построения этого сценария, нет существенной разницы между путями с точки зрения их воздействия на климат. Вместо этого разница будет видна в сочетании видов энергии и, возможно, в количестве подаваемой энергии. Путь поэтапного отказа означает, что к 2050 году в энергетическом балансе не будет энергии, получаемой от сжигания угля, нефти или газа. В свою очередь, это будет иметь серьезные последствия для определенных секторов, где электрификация менее проста (например, судоходство, грузовые перевозки, авиаперевозки, высокотемпературное производство). Количество энергии, поставляемой в 2050 году, будет напрямую зависеть от темпов инвестиций в производство новой (неуглеродной) энергии.

Путь поэтапного сокращения означает, что мы по-прежнему будем сжигать ископаемое топливо как часть нашего энергетического баланса в 2050 году. Опять же, исходя из построения этого сценария, количество ископаемого топлива (и, соответственно, общее количество энергии) зависят от уровня инвестиций и эффективности УХУ. Количество энергии может быть дополнительно увеличено за счет инвестиций в неуглеродную энергетику, если есть достаточные средства. Этот путь дает нам больше возможностей продолжать извлекать выгоду из трудно электрифицируемых секторов.

Второй сценарий заключается в том, что пути на самом деле расходятся. Поэтапный отказ по-прежнему позволяет нам свести абсолютные выбросы к нулю к 2050 году, но у нас возникает головная боль, связанная с поиском заменителей трудно электрифицируемых услуг, которыми мы пользуемся в настоящее время. Это также может привести к падению общего количества поставляемой энергии, что было бы аберрацией в историческом контексте. Это подразумевало бы некоторую форму нормирования энергии, что является трудным предложением для тех из нас, кто живет на глобальном севере, чтобы понять это.

Таким образом, расхождение возникает из-за нисходящего пути. Либо мы добьемся отказа (никто не любит нормирование энергии, поэтому мы продолжаем сжигать ископаемое топливо), и/или обнаружим, что УХУ сложнее, дороже или менее эффективны, чем мы надеялись, — и поэтому мы сделаем это. меньше этого. В этом сценарии «поэтапный отказ» не сведется к нулю к 2050 году.

Почему CCS может разочаровать? Во-первых, это технологический аспект. Каждой успешной новой технологии требуется несколько десятилетий, чтобы созреть. Солнечной электроэнергии потребовалось 40 лет, чтобы стать конкурентоспособной по цене с ископаемым топливом. У CCS есть всего 25 лет, чтобы показать, что она может быть успешной, зрелой и масштабируемой.

Во-вторых, физика. Улавливание углерода из воздуха, его сжатие и закачка под землю требует энергии[1]. Зачем выкапывать новые естественные экосистемы, чтобы найти материалы, построить новые мощности по выработке энергии, для питания CCS, когда вместо этого было бы проще, дешевле и эффективнее сжигать меньше ископаемого топлива?

В-третьих, это биология или господство человека над природными экосистемами. Было бы неплохо, если бы так называемые «природные решения» могли сделать за нас тяжелую работу по удалению углерода. К сожалению, этот корабль уплыл. В преддверии промышленной революции атмосфера оставалась стабильной 10 000 лет. Концентрация углекислого газа не сильно отличалась от 280 частей на миллион (ppm).

В 2022 году концентрация превысила 420 частей на миллион. Другими словами, хотя природа и сделала все возможное, она не смогла компенсировать легкую экономическую деятельность одного миллиарда человек, не говоря уже о тяжелой экономической деятельности восьми миллиардов человек сейчас. Влажные тропические леса превращаются из поглотителей углерода в источники, а вечная мерзлота начала таять, высвобождая долго накопившиеся парниковые газы. С учетом этих соображений, насколько мы должны быть уверены в эффективности CCS?

В этой статье мы рассмотрели поэтапный отказ от поэтапного отказа на самом высоком уровне. Надлежащее рассмотрение потребовало бы гораздо более длинной части и захватывающего дух количества сложных деталей.

Однако для меня первостепенное значение имеет высокоуровневая абстрактная область.

РубрикаРазное