Как определить ноль и фазу и землю в: Как определить фазу ноль и заземление самому подручными средствами?
Что такое «фаза», «ноль» и «земля», и зачем они нужны.
Сегодня решил попробовать разобраться с тем, что такое «фаза», «ноль» и «земля».
Небольшой поиск в Гугле по этому поводу выявил, что в основном люди в интернете отвечают на этот вопрос каждый по-своему, где-то неполно, где-то с ошибками.
Я решил разобраться в этом вопросе досконально, в результате чего появилась эта статья.
Достаточно длинная, но в ней всё объяснено, в том числе, что такое фаза, ноль, земля, как это всё появилось и зачем всё это нужно.
Если очень кратко, то фаза и ноль — для электричества, а земля — только для заземления корпусов электроприборов, во имя спасения жизни человека в случае утечки электрического тока на корпус электроприбора.
Если начать с самого начала: откуда берётся электричество?
Все электростанции построены на одном и том же принципе: если магнит вращать внутри катушки (создавая тем самым периодическое «переменное» магнитное поле), то в катушке возникает «переменный» электрический ток (и, соответственно, «переменное» напряжение).
Этот величайший по своему значению эффект называется в физике «ЭлектроДвижущей Силой индукции», она же «ЭДС индукции», была открыта в середине XIX века.
«Переменное» напряжение — это когда берётся обычное «постоянное» напряжение (как от батарейки), и изгибается по синусу, и оно поэтому то положительное, то отрицательное, то снова положительное, то снова отрицательное.
Напряжение на катушке является «переменным» по своей природе (никто его специально не изгибает) — просто потому что таковы законы физики (электричество из магнитного поля можно получить только тогда, когда магнитное поле «переменное», и поэтому получаемое на катушке напряжение тоже всегда будет «переменным»).
Итак, значит, где-то в дебрях электростанции вращается магнит (для примера — обычный, а в реальности — «электромагнит»), называемый «ротором», а вокруг него, на «статоре», закреплены три катушки (равномерно «размазаны» по поверхности статора).
Вращается этот магнит, не человеком, не рабом, и не огромным сказочным големом на цепи, а, например, потоком воды на мощной ГидроЭлектроСтанции (на рисунке магнит стоит на оси турбины в «Генераторе»).
Поскольку в таком случае (случае вращения магнита на роторе) магнитный поток, проходящий через катушки (неподвижные на статоре), периодически меняется во времени, то в катушках на статоре создаётся «переменное» напряжение.
Каждая из трёх катушек соединена в свою отдельную электрическую цепь, и в каждой из этих трёх электрических цепей возникает одинаковое «переменное» напряжение, только сдвинутое («по фазе») на треть окружности (120 градусов из полных 360-ти) друг относительно друга.
Такая схема называется «трёхфазным генератором»: потому что есть три электрических цепи, в каждой из которых (одинаковое) напряжение сдвинуто по фазе.
Можно было бы с одной такой катушки оба конца проводки просто взять и вести к дому, а там от них чайник запитать.
Но можно сэкономить на проводах: зачем тащить в дом два провода, если можно один конец катушки просто тут же заземлить (воткнуть в землю), а от второго конца вести провод в дом (этот провод назовём «фазой»).
В доме этот провод подсоединяется, например, к одному штырьку вилки чайника, а другой штырёк вилки чайника — заземляется (грубо говоря, просто втыкается в землю).
Теперь, раз уж у нас три катушки, сделаем так: скажем, «левые» концы катушек соединим вместе и прямо тут же заземлим (воткнём в землю).
А оставшиеся три провода (получается, это будут «правые» концы катушек) по отдельности потянем к потребителю.
Получится, мы тянем к потребителю три «фазы».
Вот мы и получили «трёхфазный ток», идущий от генератора «трёхфазного тока».
Это «трёхфазное» напряжение идёт по проводам Линии ЭлектроПередач (ЛЭП) к нам во двор, в дворовую подстанцию (домик такой стоит, рядом с детской площадкой, со знаком «осторожно, высокое напряжение»).
И не только «к нам во двор» — по всей огромной России тянули наши предки эти ЛЭПы во времена ударных пятилеток коммунизма (а это огого какая гигантская работа: тянули электричество, прокладывали дороги, осушали болота, заводы строили по всей стране, поднимали целину — это не в офисах под кондиционерами сидеть).
Изобретён этот «трёхфазный ток» был в самом конце XIX века.
Передача электричества в виде именно трёхфазного тока, как некоторые говорят, экономичнее (возможно, меньше потерь в проводах, или что-нибудь типа того), и там ещё, говорят, у него есть разные преимущества над обычным током для промышленного применения.
Например, все вращающиеся штуки на заводах — станки там, двигатели, насосы, и прочее — сделаны именно для трёхфазного тока, поскольку гораздо легче построить вращающуюся штуковину на трёхфазном токе: достаточно просто точно так же подсоединить эти три фазы к трём катушкам на кольце, и в центр вставить металлический стержень с рамкой — и будет он сам крутиться, как только пойдёт ток.
Такой агрегат называется «трёхфазным двигателем».
Поскольку изначально электричеством заморачивались именно на заводах (не было тогда ещё в домах компьютеров, холодильников и люстр), то исторически всё идёт от промышленности в первую очередь.
Поэтому, видимо, ток из электростанции в ЛЭП пускают всегда трёхфазным, с напряжением 35 килоВольтов между фазами (а сила тока в проводах при этом — около 300 Амперов).
Такое высокое напряжение нужно, потому что нужна большая мощность тока: весь город энергию ест, как-никак, да и различные заводы потребляют порою огого сколько мощности: металлургические, например.
Большую мощность тока можно получить либо повышая силу тока, либо повышая напряжение (потому что мощность тока — это сила тока умноженная на напряжение).
Поэтому экономически целесообразно повышать мощность передаваемого тока, наращивая не силу тока, а напряжение (напряжению никак не мешает сопротивление проводов — такова его природа).
Потребитель потребляет из розетки именно мощность (силу тока, умноженную на напряжение), а не отдельно ток и не отдельно напряжение, поэтому его не волнует, в каком виде эта мощность к нему в дом придёт по проводам: будет ли там больше тока и меньше напряжения, или, наоборот, больше напряжения и меньше тока — потребителя волнует только мощность в целом.
Поэтому на электростанции, перед передачей электроэнергии в провода ЛЭП, излишнюю силу тока, выработанного электрогенератором, перегоняют в напряжение, а при приёме тока в «подстанции» во дворе вашего дома выполняется обратное преобразование — излишнее напряжение перегоняют обратно в силу тока, поскольку к этому моменту весь путь по ЛЭП уже успешно пройден электроэнергией с минимальными потерями.
Прямо всю силу тока перекачать в напряжение не получится, потому что при гигантских напряжениях в проводах возникают свои сложности (может пробить через изоляцию, например, или зажарить человека, проходящего под ЛЭП, или ещё чего-нибудь).
Вот забавное видео про короткое замыкание ЛЭП в 110 килоВольтов — весёлый феерверк:
Занимательный факт: при длине ЛЭП переменного тока более нескольких тысяч километров возникает ещё один вид потерь — радиоизлучение. Так как такая длина уже сравнима с длиной электромагнитной волны частотой 50 Гц, провод работает как антенна.
Я уже объяснил, что такое «фаза» и что такое «земля», и дальше я объясню, что такое «ноль» («нулевой провод») и зачем он нужен. Объяснение займёт следующие несколько абзацев, и может показаться непростым, но для понимания того, что такое «ноль», придётся понять это объяснение.
Для упрощения, пока представим, что как будто бы трёхфазный генератор стоит не на ГидроЭлектроСтанции, а прямо у нас в квартире. Условно «левые» концы катушек на статоре мы, как и раньше, соединяем вместе.
Такой способ соединения называется соединением по схеме «звезда». Полученная точка соединения трёх фазных проводов называется «нейтралью».
«Нейтраль» обычно заземляют для большей безопасности: если нейтраль не заземлить, то потом когда одна из фаз случайно замкнётся на землю где-нибудь в доме, то полученная электрическая цепь будет разомкнутой — не будет токопроводящего пути от места касания фазой земли в доме обратно на эту фазу на подстанции. А если бы нейтраль заземлили на подстанции, то обратный путь с земли в доме на фазу на подстанции прошёл бы через землю: землю можно в данном случае представить как огромный проводник, хотя строго говоря это и не так, она же не металлическая, но для наглядности можно представить её как один огромный проводник. Итак, при отсутствии заземления «нейтрали» на подстанции, при коротком замыкании фазы на землю ток из фазы в землю не пойдёт (или, может быть, пойдёт, но будет относительно небольшим), и такая неисправность не будет засечена специально созданными для этого приборами («автоматами»), и эти приборы («автоматы») не смогут вовремя предотвратить опасное замыкание фазы на землю, выключив электричество.
В «нейтральной» точке, как можно посчитать по школьным формулам тригонометрии (или на глаз отмерить по графику с тремя фазами напряжения, который я давал в начале статьи), суммарное напряжение равно нулю. Всегда, в любой момент времени. Вот такая интересная особенность. Поэтому она и называется «нейтралью».
Теперь возьмём и подсоединим к «нейтрали» провод, и этот, получается, уже четвёртый провод тоже будет тянуться рядом с тремя фазными проводами (и ещё рядом будет тянуться пятый провод — это «земля», которой можно будет заземлить корпус подключенного электроприбора).
Получается, от генератора теперь будет идти четыре провода (плюс пятый — «земля»), а не три, как раньше.
Подключим эти провода к какой-нибудь нагрузке (например, к какому-нибудь трёхфазному двигателю, который тоже стоит у нас в квартире).
(на рисунке ниже генератор изображён слева, а трёхфазный двигатель — справа; точка G — это «нейтраль»).
На нагрузке (на двигателе) все три фазных провода тоже соединяются в одну точку (только не напрямую, чтобы не было короткого замыкания, а через некоторые большие сопротивления), и получается ещё одна такая «как бы нейтраль» (точка M на рисунке).
Теперь соединим четвёртый провод (идущий он «нейтрали»; точка G на рисунке) с этой второй «как бы нейтралью» (точка M на рисунке), и получим так называемый «нулевой провод» (идущий от точки G к точке M).
Зачем нужен этот «нулевой» провод?
Можно было бы, как и раньше, не заморачиваться, и просто подсоединять одну из фаз на один шпенёк вилки чайника, а другой шпенёк вилки чайника соединять с землёй, как мы делали раньше, и чайник бы нормально работал.
Вообще, как я понял, так и делали в старых советских домах: там от подстанции в дом заходят только два провода — провод фазы и провод земли.
В новых же домах (новостройках) в квартиры входят уже три провода: фаза, земля и этот «ноль». Это более прогрессивный вариант. Это европейский стандарт.
И правильно соединять фазу именно с нулём, а землю вообще оставить в покое, отдав ей только роль защиты от удара током (именно такой смысл должно нести слово «заземление», и никакого отношения к потреблению тока в розетке оно иметь не должно).
Потому что если все на землю ещё и ток будут пускать, то само заземление станет опасным — абсурд получится, будет поставлен с ног на голову весь смысл заземления.
Теперь немного математики, для тех, кто умеет её считать, и для тех, кто ещё не устал: попробуем посчитать напряжение между фазой и «нейтралью» (то же самое, что между фазой и «нулём»).
(вот ещё ссылка с расчётами, если кто-то захочет заморочиться этим)
Пусть амплитуда напряжения между каждой фазой и «нейтралью» равна U (само напряжение переменное, и скачет по синусу от минус амплитуды до плюс амплитуды).
Тогда напряжение между двумя фазами равно:
U sin(a) — U sin(a + 120) = 2 U sin((-120)/2) cos((2a + 120)/2) = -√3 U cos(a + 60).
То есть, напряжение между двумя фазами в √3 («квадратный корень из трёх») раз больше напряжения между фазой и «нейтралью».
Поскольку наш трёхфазный ток на подстанции имеет напряжение 380 Вольт между фазами, то напряжение между фазой и нулём получается равным 220 Вольтам.
Для этого и нужен «ноль» — для того, чтобы всегда, при любых условиях, при любых нагрузках в сети, иметь напряжение в 220 Вольт — ни больше, ни меньше. Оно всегда постоянно, всегда 220 Вольт, и вы можете быть уверены, что пока вся электрика в доме правильно подсоединена, у вас ничего не сгорит.
Если бы не было нулевого провода, то при разной нагрузке на каждую из фаз возник бы так называемый «перекос фаз», и у кого-то что-то могло бы сгореть в квартире (возможно даже в прямом смысле слова, вызвав пожар). Например, банально могла бы загореться изоляция проводки, если она не является пожаробезопасной.
До сих пор мы для простоты рассматривали случай воображаемого трёхфазного генератора, стоящего прямо в квартире.
Поскольку расстояние от квартиры до дворовой подстанции мало, и на проводах можно не экономить, то можно (и нужно, так же удобнее) перенести этот воображаемый трёхфазный генератор из квартиры в подстанцию.
Мысленно перенесли.
Теперь разберёмся с воображаемостью генератора. Понятно, что реальный генератор стоит не на подстанции, а где-нибудь далеко, на ГидроЭлектроСтанции, за городом. Можем ли мы на подстанции, имея три входящих фазных провода от ЛЭП, как-нибудь их соединить так, чтобы получилось всё то же самое, как если бы генератор стоял прямо в этой подстанции? Можем, и вот как.
В дворовой подстанции приходящее с ЛЭП трёхфазное напряжение снижается так называемым «трёхфазным» трансформатором до 380 Вольт на каждой фазе.
Трёхфазный трансформатор — это в простейшем случае просто три самых обычных трансформатора: по одному на каждую фазу
В реальности его конструкцию немного улучшили, но принцип работы остался тем же самым:
Бывают маленькие, и не очень мощные, а бывают большие и мощные:
Таким образом, входящие фазные провода от ЛЭП не прямо подсоединяются и заводятся в дом, а идут на этот огромный трёхфазный трансформатор (каждая фаза — на свою катушку), из которого уже «бесконтактным» способом, через электромагнитную индукцию, передают электроэнергию на три выходные катушки, от которых она идёт по проводам в жилой дом.
Поскольку на выходе из трёхфазного трансформатора имеются те же самые три фазы, которые вышли из трёхфазного генератора на электростанции, то здесь можно точно так же одни концы (условно, «левые») этих трёх выходных катушек трансформатора соединить друг с другом, чтобы получить «нейтраль» у себя на подстанции. А из нейтрали — вывести в жилой дом четвёртый «нулевой провод», вместе с тремя фазными (идущими от условно «правых» концов этих трёх выходных катушек трансформатора). И ещё добавить пятый провод — «землю».
Таким образом, из подстанции в итоге выходят три «фазы», «ноль» и «земля» (всего — пять проводов), и далее распределяются на каждый подъезд (например, можно распределить по одной фазе в каждый подъезд — получается по три провода заходит в каждый подъезд: одна фаза, ноль и земля), на каждую лестничную площадку, в электрораспределительные щитки (где счётчики стоят).
Итак, мы получили все три провода, выходящие из подстанции: «фаза», «ноль» (иногда «ноль» называют ещё «нейтралью») и «земля».
«фаза» — это любая из фаз трёхфазного тока (уже пониженного до 380 Вольт между фазами на подстанции; между фазой и нулём получится ровно 220 Вольт).
«ноль» — это провод от «нейтрали» на подстанции.
«земля» — это просто провод от хорошего правильного грамотного заземления (например, припаян к длинной трубе с очень малым сопротивлением, вбитой глубоко в землю рядом с подстанцией).
Внутри подъезда фазовый провод по схеме параллельного включения расщипляется на все квартиры (то же самое делается с нулевым проводом и проводом земли).
Соответственно, делиться ток по квартирам будет по правилу параллельного тока: напряжение в каждую квартиру будет идти одно и то же, а сила тока — тем больше, чем больше подключенная нагрузка в каждой квартире.
То есть, в каждую квартиру сила тока будет идти «каждому по потребностям» (и проходить через квартирный счётчик, который это всё будет подсчитывать).
Что может произойти, если все включат обогреватели зимним вечером?
Потребляемая мощность резко возрастёт, ток в проводах ЛЭП может превзойти допустимые рассчитанные пределы, и может либо какой-то из проводов перегореть (провод разогревается тем сильнее, чем больше его сопротивление и чем большая сила тока в нём течёт, и борется с этим сопротивлением), либо просто сама подстанция сгорит (не та, которая во дворе дома, а одна из Главных Подстанций города, которая может оставить без электроэнергии сотни домов, часть города может несколько суток сидеть без света и без возможности приготовить себе еду).
Если ещё у кого-то остался вопрос: зачем тянуть в дом все три провода, если можно было бы тянуть только два — фазу и ноль или фазу и землю?
Только фазу и землю тянуть не получится (в общем случае).
Выше мы посчитали, что напряжение между фазой и нулём всегда равно 220 Вольтам.
А вот чему равно напряжение между фазой и землёй — это не факт.
Если бы нагрузка на всех трёх фазах всегда была равной (см. схему «звезды», когда я объяснял её выше), то напряжение между фазой и землёй было бы всегда 220 Вольт (просто вот такое совпадение).
Если же на какой-то из фаз нагрузка будет значительно больше нагрузки на других фазах (скажем, кто-нибудь включит супер-сварочную-установку), то возникнет «перекос фаз», и на малонагруженных фазах напряжение относительно земли может подскочить вплоть до 380 Вольт.
Естественно, техника (без «предохранителей») в таком случае горит, и незащищённые провода тоже могут загореться, что может привести к пожару в квартире.
Точно такой же перекос фаз получится, если провод «нуля» оборвётся, или даже просто отгорит на подстанции, если по нулевому проводу пойдёт слишком большой ток (чем больше «перекос фаз», тем сильнее ток идёт по проводу нуля).
Поэтому в домашней сети обязательно должен использоваться ноль, и нельзя ноль заменить землёй.
Помню, когда мой отец делал разводку в его квартире в новостройке в Москве, и видел знакомый ему с советской молодости провод земли, а потом видел незнакомый ему провод ноля, то он, недолго думая, просто откусывал кусачками провод ноля, приговаривая, что «а он не нужен»…
Тогда зачем нам в доме нужен провод «земли»?
Для того, чтобы «заземлять» корпусы электроприборов (компьютеров, чайников, стиральных и посудомоечных машин), для того, чтобы от них не било током при прикосновении.
Приборы тоже иногда ломаются.
Что будет, если провод фазы, где-нибудь внутри прибора, отвалится и упадёт на корпус прибора?
Если корпус прибора вы заранее заземлили, то возникнет «ток утечки» (произойдёт короткое замыкание фазы на землю, вследствие чего упадёт ток в основном проводе фаза-ноль, потому что почти всё электричество устремится по пути меньшего сопротивления — по создавшемуся короткому замыканию фазы на землю).
Этот ток утечки будет немедленно замечен либо «автоматом» стоящим в щитке, либо «Устройством Защитного Отключения» (УЗО), тоже стоящим в щитке, и оно сразу разомкнёт цепь.
Почему недостаточно обычного «автомата», и зачем ставят именно УЗО? Потому что у «автомата» и у УЗО разный принцип работы (а ещё, «автомат» срабатывает гораздо позже, чем УЗО).
УЗО наблюдает за входящим в квартиру током (фаза) и исходящим из квартиры током (ноль), и размыкает цепь, если эти токи неодинаковы (в то время как «автомат» измеряет только силу тока на фазе, и размыкает цепь, если ток на фазе превосходит допустимый предел).
Принцип работы УЗО очень прост и логичен: если входящий ток не равен исходящему, то, значит, где-то «протекает»: где-то фаза имеет какой-то контакт с землёй, чего по правилам быть не должно.
УЗО измеряет разность между силой тока на фазе и силой тока на нуле. Если эта разность превышает несколько десятков миллиАмперов, то УЗО немедленно срабатывает и выключает электричество в квартире, чтобы никто не пострадал, прикоснувшись ко сломанному прибору.
Если бы в щитке не стояло УЗО, и вышеупомянутый провод фазы внутри корпуса, скажем, компьютера, отвалился бы, и замкнулся бы на заземлённый корпус компьютера, и лежал бы так себе незамеченным, а, потом, через пару дней, человек стоял бы рядом, и разговаривал по телефону, оперевшись одной рукой на корпус компьютера, а другой рукой — скажем, на батарею отопления (которая тоже фактически является одной гигантской землёй, т.к. протяжённость отопительной сети огромная), то догадайтесь, что бы стало с этим человеком.
А если бы, например, УЗО стояло, но корпус компьютера не был бы заземлён, то УЗО сработало бы только во время прикосновения человека к корпусу и батарее. Но, по крайней мере, оно бы в любом случае мгновенно сработало, в отличие от «автомата», который бы сработал только через некоторый промежуток времени, пусть и маленький, но не мгновенно, как УЗО, и к тому времени человек мог бы быть уже «зажарен». Казалось бы, тогда, можно и не заземлять корпусы электроприборов — УЗО же в любом случае «мгновенно» сработает и разомкнёт цепь.
Но кто-нибудь хочет испытать судьбу на предмет того, успеет ли УЗО достаточно «мгновенно» сработать и отключить ток, пока этот ток не нанесёт серьёзных повреждений организму?
Так что и «земля» нужна, и УЗО нужно ставить.
Поэтому нужны все три провода: «фаза», «ноль» и «земля».
В квартире к каждой розетке подходит тройка проводов «фаза», «ноль», «земля».
Например, из щитка на лестничной площадке выходят три этих провода (вместе с ними ещё телефон, витая пара для интернета — всё это называют «слаботочкой», потому что там протекают маленькие токи, неопасные), и идут в квартиру.
В квартире на стене (в современных квартирах) висит внутренний квартирный щиток.
Там эти три провода расщепляются и на каждую «точку доступа» к электричеству стоит свой отдельный «автомат», подписнанный: «кухня», «зал», «комната», «стиральная машина», и так далее.
(на рисунке ниже: сверху стоит «общий» автомат; после которого стоят подписанные «отдельные» автоматы; зелёный провод — земля, синий — ноль, коричневый — фаза: это стандарт цветового обозначения проводов)
От каждого такого «отдельного» автомата своя, отдельная, тройка проводов уже идёт к «точке доступа»: тройка проводов к печке, тройка проводов к посудомойке, одна тройка проводов на все зальные розетки, тройка проводов на освещение, и т.
п..
Наиболее популярно сейчас совмещать «главный» автомат и УЗО в одном устройстве (на рисунке ниже оно показано слева). Счётчик электроэнергии ставится между «главным» общим автоматом (который имеет также встроенное УЗО) и остальными, «отдельными», автоматами (синий — ноль, коричневый — фаза, зелёный — земля: это стандарт цветового обозначения проводов):
И вот ещё до кучи схема, по сути, о том же (только здесь главный автомат и УЗО — это разные устройства):
Каждый «автомат» изготовлен на заводе под определённую максимально допустимую силу тока.
Поэтому он «вырубается», если вы даёте слишком большую нагрузку на «точке доступа» (например, включили слишком много всего мощного в розетки в зале).
Также, автомат «вырубится» в случае «короткого замыкания» (замыкания фазы на ноль), чем спасёт вашу квартиру от пожара.
Жизнь человека, при отсутствии правильного заземления электроприборов, автомат без УЗО не спасёт, так как автомат слишком медленно срабатывает (это более грубое устройство, так сказать).
Вроде бы, по этой теме пока всё.
«Ноль» и «земля»: в чем принципиальное отличие?
Исторически так получилось, что в Российской Федерации, как и в приграничных государствах, используется заземляющий принцип, когда нулевой проводник соединяется с заземляющим контуром. У многих людей может возникнуть «законный» вопрос: если они контактируют между собой, то для чего тянуть столько проводов – достаточно провести повсюду двойную жилу (фазу и нулевую линию) и будет возможность заземляться посредством нулевой жилы! Однако в такой постановке вопроса скрывается один технический нюанс, который превращает данное решение не только в бесполезную игрушку, но в некоторых случаях и в довольно опасную затею.
Для тех, кому не терпится, и кто любит «заглядывать в ответ», априори выскажу «секрет» – принципиальная идея заключается в том, в каком месте нулевой провод соединяется с заземлением. Вариант их соединения непосредственно внутри розетки, подключая заземляющую жилу (желто-зеленый провод) к нулевой (синий провод), не будет верным.
Такая заземляющая схема войдет в противоречие с предписаниями ПУЭ. В результате никакой защиты людей от поражения током не получится, более того, добавится еще больше проблем с безопасностью.
В ПУЭ без каких-либо вариантов однозначно прописано, какой должна быть заземляющая жила. Она должна быть непрерывным проводом, без каких-либо размыкающих элементов – реле, предохранителей, выключателей, а также, положим, с помощью отсоединения электрической вилки от розетки.
Стоит нарушить это основное предписание, оговоренное в ПЭУ – и заземление из надежной защиты человека от поражения током превращается в бесполезную фикцию. Но проблемы на этом, как учит теория, и показывает практика, не заканчиваются! Если все-таки пытаться придавать нулевому проводу заземляющие функции, то не исключена возможность, что корпус холодильника, микроволновки или других бытовых приборов, окажется под напряжением. Это объясняется тем, что по нулевому проводу течет электроток с соответствующим падением напряжения, величину которого можно определить, умножая силу тока на показатель сопротивления проводника на промежутке между замеряемым местом и подлинной заземляющей точкой.
Причем величина такого напряжения может характеризоваться десятками вольт, то есть может быть опасной для человека (в пределе – смертельной!).
Осталось подвести некоторые итоги и расставить акценты. В чем принципиальное отличие «ноля» от «земли»? В том, что по нулевому проводу протекает ток и к нему подключаются выключатели, те же вводные автоматы. То есть, если мы желаем иметь «землю» в виде непрерывной жилы, мы обязаны:
- в многоэтажных многоквартирных домах: подсоединиться к особой земляной жиле в электрическом тоннеле;
- для индивидуального жилого коттеджа: точкой подсоединения должен стать вводной автомат, точнее, его нулевой провод на входе, который тянется по воздуху или подземному кабелю от ближайшего от дома понижающего трансформатора, причем сечение нулевого провода должно быть не менее десяти квадратных миллиметров для медного провода и 16 мм2 – для алюминиевой жилы (см. в ПУЭ соответствующий пункт).
Любое другое место за вводным автоматом не может использоваться в качестве «земли», поэтому ни что, от металлических болванок, вкопанных недалеко от дома, до корпуса самого электрического щитка, таковыми считаться не могут.
Никогда не забывайте о правилах, изложенных в ПЭУ. Согласно им, следует руководствоваться элементарным, но верным правилом: когда нет уверенности в том, что вот этот конкретный провод является «землей», не стоит подсоединять к нему что бы то ни было, кроме устройства защитного отключения (УЗО) на 30 мА, который срабатывает мгновенно в отличие от автомата защиты. Бережёного, как известно, бог бережет!
Как определить фазу, ноль и землю: инструкция с видео
Необходимость решения этой проблемы может возникнуть при установке розетки, когда к ней подходят немаркированные проводники. В этом случае перед установкой розетки необходимо определить, какой из проводов за что отвечает. Рассмотрим, как определить фазу, ноль и массу индикаторной отверткой, мультиметром, а также подручными средствами.
- Использование индикаторной отвертки
- Двухпроводная сеть
- Трехпроводная сеть
- Определение мультиметром или тестером
- Что еще важно знать?
С помощью индикаторной отвертки
Последовательность действий зависит от того, какая система электропроводки установлена в помещении.
Рассмотрим правила определения фазного и нулевого провода в разных случаях.
Двухпроводная сеть
Такой вариант проводки встречается в старых домах. По современной терминологии эта система имеет обозначение TN-C. Суть его заключается в том, что нулевой рабочий провод, заземляемый на подстанции, совмещает роль защитного заземления (PEN). В системе ИТ также имеется только фазный и рабочий нулевой провод, но в обычных жилых и производственных помещениях он не используется. В двухпроводной сети отдельный заземляющий провод просто отсутствует, то есть есть только фаза и ноль. Определить их очень просто: прикасаемся индикатором последовательно к каждому из токонесущих проводников, фаза зажигает контрольную лампу, как показано на фото ниже:
Система устарела. На вилке любого современного электроприбора есть три клеммы. Электропроводка должна быть трехпроводной, за исключением группы освещения.
Трехпроводная сеть
В данном варианте в дом или квартиру заходит три провода.
Такие сети имеют несколько разновидностей. В системе TN-S рабочий ноль и защитное заземление идут отдельно от подстанции, где оба соединены с рабочим заземлением. При таком типе проводки определение назначения проводов можно сделать следующим образом:
- в щитке или в распределительной коробке по индикатору определить провод, на котором присутствует фаза;
- два оставшихся — рабочий и защитный ноль (земля), отсоединяем от них по одному проводу на щитке;
- если отключить рабочий ноль, все электрооборудование в квартире перестанет работать, а значит оставшаяся жила — земля, или защитное заземление.
Теперь осталось определить в розетке среди трех проводов, на каком из них фаза, ноль и земля. Если нет возможности подобрать цвет изоляции, определение их функций можно выполнить подручными средствами, без приборов. Для этого нужно взять патрон с вкрученной лампой и выведенными наружу проводами. Определение осуществляется следующим образом. Одной жилой из патрона касаемся фазного провода (фаза уже найдена с помощью индикатора), а второй касается двух оставшихся.
Если на панели отключен рабочий ноль, то лампа будет гореть только при подключении к защитному заземлению, и наоборот.
На видео ниже наглядно показано, как определить фазу, ноль и землю с помощью индикаторной отвертки:
Еще одна вариация системы TN — разводка TN-C-S. В этом случае нулевой провод разделяется на рабочий ноль и защитное заземление на вводе в дом. Здесь для определения назначения проводников можно применить последовательность операций, описанную для системы TN-S. Добавлена дополнительная возможность, осмотрев место отрыва PEN, определить, где по сечению жилы в проводе рабочий и защитный ноль (земля).
В случае, если заземление выполнено по системе ТТ, объект (частный дом) имеет собственное заземляющее устройство, от которого осуществляется разводка защитного заземления. В этих условиях, как правило, можно определить фазу, ноль и землю, наблюдая за заземлителем на пути его прокладки.
Определение мультиметром или тестером
Для начала лучше всего определить фазу с помощью отвертки, совмещенной с индикатором. Будем исходить из того, что при наличии в хозяйстве мультиметра индикатор обязательно найдется. В крайнем случае можно сделать следующее. В некоторых случаях может помочь использование мультиметра для определения напряжения между проводом и трубой отопления или водопровода. К сожалению, результат здесь не всегда предсказуем. Чаще всего напряжение между фазой и системой отопления близко к 220 В, в любом случае оно должно быть выше, чем между тем же отоплением и нулем. Картина может измениться, например, если в качестве рабочей площадки вороватый сосед использует трубы отопления.
В трехпроводных цепях мультиметр покажет рабочее напряжение между проводником, к которому приложена фаза, и любым из двух других. Определение того, какой ноль рабочий, а какой заземленный, можно провести по описанной выше методике, то есть путем отключения одного из приходящих нулей на щитке и использования контрольной лампы.
Что еще важно знать?
Иногда определение назначения токонесущих жил может облегчить знание их общепринятой цветовой маркировки:
- Ноль может быть обозначен латинской буквой N. Общепринятый цвет изоляции синий или голубой. Еще один вариант окраски утеплителя – белая полоса на голубом фоне.
- Земельный участок отмечен латиницей PE. В системе заземления, совмещающей функции защитного и рабочего нуля, обозначают PEN. Цвет используемого утеплителя желтый, имеющий одну или две полосы ярко-зеленого оттенка.
- Фаза может обозначаться латинской буквой L или маркироваться как фаза трехфазной электрической сети, то есть А, В или С. Цвет изоляции может быть произвольным, но не повторяющим тех, которые обозначают землю (защитный заземление) или нулевой провод. В большинстве случаев это красный, коричневый или черный цвет.
Полезно знать правила проводки. Это также может помочь определить, где находятся фаза, ноль и земля. Фаза всегда должна приходить на распределительный щит через автоматический выключатель или предохранитель.
Нулевая жила может быть смонтирована на шине специальной конструкции, имеющей несколько выводов. В металлических панелях и клеммных коробках старого типа ноль или земля монтировались под гайку болтом, приваренным к корпусу коробки. Эти правила могут облегчить определение функций входящих проводников. Подробнее о том, как определить фазу и ноль без приборов, вы можете из нашей отдельной статьи.
Теперь вы знаете, как определить фазу, ноль и массу мультиметром или индикаторной отверткой. Надеемся, что предоставленные рекомендации помогли Вам решить проблему самостоятельно!
Наверняка вы не знаете:
- Методы определения потребляемой мощности электроприборов
- Что такое чередование фаз
- Как определить сечение кабеля по диаметру жилы
Опубликовано: Обновлено: 03.
07.2017 Пока без коментариев
Журнал электрика — Понимание нейтрального тока
Введение
Нейтральный ток, пожалуй, одна из самых неправильно понимаемых и упускаемых из виду тем в области электротехники. Хорошее понимание того, как ток нейтрали влияет на безопасность и надежность электрической системы, значительно изменит ваш взгляд на проектирование цепей переменного или постоянного тока. Однако в этом посте мы сосредоточимся на концепциях, применимых конкретно к нейтралям цепи переменного тока.
Формулы «Ток нейтрали»
В сбалансированной однофазной или 3-фазной системе расчетный ток нейтрали всегда равен нулю. В любом случае, если ток нейтрали имеет ненулевое значение, система перестает быть «уравновешенной». Нейтральные токи необходимо тщательно учитывать для обеспечения безопасности и надежности электроустановок. Приведенные ниже формулы предназначены для расчета токов нейтрали в однофазных и трехфазных системах, и их следует запомнить.
Для однофазной сети: (ПРИМЕЧАНИЕ. Всегда вычитайте меньшую величину тока из большей, чтобы результат всегда был положительным.)
Ток N = ток L1 — ток L2
Для трехфазной сети:
Чтобы легко запомнить формулу трехфазного тока нейтрали, я сочинил «глупый рассказ с броскими фразами». Это позволяет легко запомнить не только саму формулу, но и то, как работает нейтральный ток. Вот оно:
«Кто-то пролил SOS на пол в доме . Для того, чтобы удалить это и оставить N что-то еще, они должны были SOP это поднять.
Объяснение : «Кто-то пролил SOS (вроде «соуса») на пол в доме (под знаком квадратного корня). Чтобы из убрать это ( минус знак «-» или разность ) и оставить N ничего ( N = 0), им пришлось это сделать».
SOS означает «Сумма квадратов» для тока каждой фазы. SOP расшифровывается как «Сумма произведений» для каждого фазного тока.
Расчет тока нейтрали:
Пример 1 : Вторичная обмотка однофазного трансформатора 120/240 В переменного тока подключается к двум отдельным нагрузкам с общей нейтралью. Нагрузка 1 = 20 ампер. Нагрузка 2 = 15 ампер. Рассчитать ток нейтрали.
Решение 1 : Соединения L1 и L2 на вторичной обмотке трансформатора полярно противоположны (сдвинуты по фазе на 180 градусов). Следовательно, два противоположных тока через L1 и L2 будут вычитаться и возвращаться к источнику через один и тот же нейтральный проводник в противоположные полупериоды. Таким образом, разница между токами L1 и L2 составляет:
L1 — L2 = N (ток нейтрали)
20 ампер — 15 ампер = 5 ампер тока нейтрали вычитание в течение каждого полупериода. Однако ток нейтрали находится в фазе с L1 в течение первого полупериода и в фазе с L2 во время второго полупериода.
Это позволяет току течь в одном направлении за раз через общую нейтраль.
ПРИМЕЧАНИЕ : Существуют потенциальные угрозы безопасности при использовании общей нейтрали, которые более подробно описаны в другом посте, озаглавленном «Опасности многопроводных ответвленных цепей» на этом сайте. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы обеспечить безопасность и надежность цепей с общей нейтралью. Размыкание нейтрали под напряжением потенциально может привести к делителю напряжения между ветвями сетевого напряжения и превышению номинального напряжения на нагрузке прибора или оборудования, что может привести к повреждению или возгоранию. Кроме того, подключение двух однофазных нагрузок к «одинаковым шинам» (т. е. L1 и L1 или L2 и L2) при совместном использовании нейтрали приведет к тому, что токи нейтрали будут складываться, а не вычитаться, и потенциально превысит допустимую нагрузку нейтрального проводника… потенциально вызывая огонь.
Как правило, из соображений безопасности я по возможности избегаю использования общей нейтрали.
Пример 2 : Однофазный 2-полюсный автоматический выключатель на 120/240 В переменного тока подключен к двум идентичным однофазным асинхронным двигателям на 120 В переменного тока с общей нейтралью. Каждый двигатель имеет ток полной нагрузки 7,5 ампер и приводит в действие два отдельных идентичных вентилятора. Рассчитать ток нейтрали.
Решение 2 : Важно отметить, что в приложении используется двухполюсный автоматический выключатель, который обеспечивает подключение шины L1 к двигателю №1, шины L2 к двигателю №2 и двух токов нагрузки. сдвинуты по фазе на 180 градусов. Поскольку две нагрузки идентичны, то и токи будут (для всех практических целей) одинаковыми. Следовательно, ток нейтрали равен:
L1 — L2 = N (Ток нейтрали)
7,5 А — 7,5 А = 0 А тока нейтрали
Таким образом, это «сбалансированная» однофазная система.
ПРИМЕЧАНИЕ : Если один из этих двух проводов «горячего» двигателя вентилятора будет перемещен в другую цепь и соединен с обоими горячими проводами на одной шине (т.
может перегрузить нейтральный проводник… особенно если вентилятор засорился или двигатель вентилятора был просто грязным и вызвал увеличение потребляемой мощности.
Пример 3 : 3-фазный источник 480 В переменного тока подключен к трем идентичным однофазным цепям освещения 277 В переменного тока с общей нейтралью. Предполагая, что расстояния до осветительных приборов одинаковы, каков ток нейтрали?
Решение 3 : Поскольку мы имеем дело с трехфазной панелью, все три одинаковых осветительных прибора должны быть включены одновременно И подключены к трем противоположным силовым шинам для достижения сбалансированной нагрузки и устранения всех нейтральных токов до чистый ноль ампер. Однако это маловероятно среди нескольких однофазных осветительных приборов. Кроме того, ампер-розетки светильника не указаны. Следовательно, ток нейтрали не может быть рассчитан. Если какая-либо из однофазных нагрузок подключена к общим шинам при совместном использовании нейтрали, то эти нейтральные токи будут складываться, а не гаситься, и потенциально могут превысить допустимую нагрузку нейтрального проводника… потенциально вызывая пожар.
Пример 4 : 3-фазный источник 208Y/120 В переменного тока подключен к небольшому осветительному щиту, который питает четыре идентичные цепи однофазного люминесцентного освещения 120 В переменного тока. Нагрузки на каждую цепь следующие: Цепь №1 (фаза L1) = 5А. Цепь №2 (фаза L1) = 4,25 А. Цепь №3 (фаза L2) = 7,5А. Цепь №4 (фаза L3) = 10А. Все провода в четырех цепях имеют провод 12AWG THHW с общей нейтралью. Рассчитать ток нейтрали.
Решение 4 : Начните с расчета полного тока на каждой из трех фаз. ток L1 = 90,25 А, ток L2 = 7,5 А и ток L3 = 10 А. Если подставить каждый фазный ток в приведенную ниже формулу тока нейтрали, ток нейтрали составит 2,22 А. Этот небольшой дисбаланс вполне приемлем и находится в пределах допустимой нагрузки провода 12AWG при 75 градусах Цельсия. Однако, опять же, здесь существуют те же две опасности. Если нейтральный проводник в цепях с противоположными фазами приподнимается под напряжением, линейное напряжение 208 В переменного тока между противоположными фазами будет делиться между двумя светильниками в зависимости от их внутреннего сопротивления.
Это может привести к повреждению балластов и потенциальному возгоранию. Кроме того, если одна из цепей будет перемещена на общую шину при совместном использовании нейтрали, токи нейтрали будут добавляться, а не компенсироваться… потенциально превышая допустимую нагрузку нейтрального проводника.
По указанным выше причинам я лично избегаю использования общей нейтрали, когда это возможно, потому что они безопасны только в том случае, если нейтраль никогда не поднимается под напряжением И если все общие однофазные цепи, использующие нейтраль, остаются на противоположных фазах. Я думаю, что они опасны, и риск возгорания, травм и материального ущерба не стоит экономии на меди из-за отсутствия отдельных нейтралей. Многие подрядчики по электроснабжению используют общие нейтрали, чтобы срезать углы и сэкономить деньги на проводке. Я НЕ одобряю эту практику. Однако только по этой причине общие нейтрали неизбежны. Мы всегда будем сталкиваться с ними. При каждом применении следует тщательно взвешивать, чтобы определить, могут ли общие нейтрали представлять потенциальную опасность для людей или чувствительного оборудования.