Электричество фаза ноль земля – Что такое нулевая фаза в электричестве. Что такое фаза ноль и земля и зачем они нужны. Определение фазы, нуля и заземления контрольной лампой

Что такое нулевая фаза в электричестве. Что такое фаза ноль и земля и зачем они нужны. Определение фазы, нуля и заземления контрольной лампой

Чтобы понять основы электрики, не обязательно углубляться в технические подробности электрической цепи. Достаточно знать, способы передачи электрического тока, которые бывают однофазными или трехфазными. Трехфазная сеть – это, когда электричество поступает по трем проводам, а еще по одному должно вернуться обратно, к источнику тока, которым может быть трансформатор, электрический счетчик. Однофазная сеть – это, когда электричество поступает по одному проводу, а по другому возвращается обратно к источнику питания. Такая система называется электрическая цепь, а ее основы проходят на уроках физики.

Электроэнергетика генерирует трехфазный электрический ток для передачи через электрическую сеть для снабжения жилых домов, предприятий и промышленности электроэнергией. Большинство жилых домов и малых предприятий используют только однофазную электроэнергию, но заводы часто используют трехфазную мощность для крупных двигателей и других целей. Трансформаторы, которые питают трехфазную мощность, имеют два разных метода проводки, называемых дельтами и звездами. Небольшие различия в напряжении существуют, в зависимости от метода подключения.

Вспомните – электрическая цепь состоит из источника, потребителей, соединительных проводов и других элементов. В любом источнике тока «работают» положительно и отрицательно заряженные частицы. Они накапливаются на разных полюсах источника, один из которых становится положительным, а другой отрицательным. Если полюса источника соединить, возникает электрический ток. Под действием электростатической силы частицы приобретают движение только в одном направлении.

Проверка трехфазного напряжения довольно проста и проста. Переведите выключатель двигателя в положение «Выкл.». Выверните винты, удерживающие крышку на выключателе, и снимите крышку. Если мультиметр не является автоматическим мультиметром, выберите диапазон напряжения выше напряжения, которое вы планируете проверить. Загляните в коробку выключателя двигателя. Вы увидите один набор из трех проводов и один комплект из трех проводов.

Особенности поиска неисправностей

Для каждого теста должно быть одинаково показание напряжения. Переведите рычаг выключателя в положение «Вкл.». На любом испытании напряжение не должно изменяться более чем на несколько вольт. Однофазное напряжение составляет половину напряжения, проверенного между парами линий. Трехфазный ток от преобразователя поворотной фазы может иметь одну фазу с другим напряжением от двух других. Это напряжение также будет меняться в зависимости от условий нагрузки, например, когда двигатель работает.

Для начала рассмотрите пример однофазной сети: квартира, в которой электричество к чайнику, микроволновке, стиральной машине поступает по одному проводу, а назад к источнику тока — по другому проводу. Если такую цепь разомкнуть, то, электричества не будет. Провод, подающий ток, называется фазовым или фазой, а провод, по которому ток возвращается – нулевым или нулем.

Помните, что вы делаете в любое время. Тестирование электрического тока подвергает вас потенциально опасным для жизни напряжениям и токам. Обратите внимание на то, что вы делаете, и не позволяйте другим отвлекать вас. Выключатель двигателя на некоторых двигателях также является выключателем стоп-старта. Имейте в виду, что при перемещении разъединителя двигателя в положение «Вкл.» Двигатель запускается в этом случае.

Существует три типа фазовых откликов, которые могут иметь фильтры: нулевая фаза, линейная фаза и нелинейная фаза. Пример каждого из них показан на рисунке 19 Как показано на рисунке, фильтр нулевой фазы характеризуется импульсной характеристикой, симметричной вокруг нулевой точки. Фактическая форма не имеет значения, только то, что отрицательные пронумерованные образцы являются зеркальным отображением положительных пронумерованных выборок. Когда преобразование Фурье берется из этой симметричной формы волны, фаза будет полностью нулевой, как показано на рисунке.

Если сеть трехфазная, электричество будет поступать по трем проводам, а возвращаться так же по одному. Трехфазные сети чаще бывают в домах загородного типа. Если в такой сети разомкнуть один провод, то, на других фазах ток останется.

То есть, фаза в электрике – это провод, который подает ток от источника питания, а ноль – это провод, который отводит ток обратно, к источнику питания. Если току не обеспечить постоянную цепь – случились аварии на линии, произошел обрыв проводо

Ноль и земля в трехфазной сети. Для чего нужны фаза, ноль и заземление

О фазе часто можно услышать в разговоре об электричестве. Но, конечно, слово имеет гораздо более широкое значение. Что такое фаза, ее циклы, как она связана с заземлением. Об этом и многом другом узнаем в следующей статье.

Что такое фаза

В физике под фазой понимают одно из состояний вещества (например, вода бывает в жидком, жидкокристаллическом, кристаллическом и газообразном агрегатном состоянии). Кроме того, под ней понимается стадия в цикле колебания (к примеру, в волновом движении).

В астрономии слово имеет несколько иной смысл. Что такое фаза в этой науке, можно понять из наблюдений с Земли за небесным телом (к примеру, Луной). То есть ее можно обозначить как видимую часть освещенной полусферы небесного объекта с Земли.


В теории экономики широко известно, что такое фазы цикла. Это когда в определенный промежуток времени (цикл) наблюдается закономерная активность.

Рассмотрим, что подразумевает этот термин в электричестве.

Фаза в электричестве

А вы знаете, на электростанциях? Везде принцип его возникновения один и тот же: вращение магнита внутри катушки приводит к тому, что в ней появляется Этот эффект получил название ЭДС, или электродвижущая сила индукции. Вращающийся магнит называют ротором, а прикрепленные вокруг него катушки — статором.

Переменное напряжение получают от постоянного, когда последнее изгибают по синусу, в результате чего достигается то положительное, то отрицательное его значение.

Итак, магнит приходит в движение, например, благодаря потоку воды. При вращении ротора все время меняется. Поэтому и создается переменное напряжение. При трех установленных катушках каждая из них имеет отдельную электрическую цепь, а внутри нее появляется одинаковое переменное значение, где фаза напряжения сдвинута по окружности на сто двадцать градусов, то есть на треть относительно той, что расположена рядом.

А может, запитывать дома как раньше?

Такая схема получила название трехфазной. Но можно спокойно запитать дом и с помощью одной такой катушки. При этом первый конец катушки просто заземляют, а второй — ведут в дом, где этот провод подсоединяют, к примеру, к вилке чайника. Второй штырек вилки при этом заземляют. Получится то же самое электричество.

Распространение трехфазного тока

Трехфазный ток поступает в дома через линии электропередач (где напряжение достигает тридцати пяти киловольт). Считается, что он является наиболее экономичным и со всех сторон более выгодным по сравнению с обычным током.

В промышленности питание идет именно трехфазным током, так как вращающуюся конструкцию на нем соорудить легче, и вообще он более мобилен и имеет большую мощность.

Провода

Разберемся, что такое фаза, земля и нулевой провод, более подробно.


Легко представить себе с соединением по схеме «звезда». Точку фазного соединения называют нейтралью.

Обычно ее заземляют для увеличения безопасности, так как если прибор выйдет из строя, то при отсутствии заземления, создастся опасность для человека. При прикосновении к прибору его просто ударит током. Но при наличии заземления произойдет утечка лишнего тока и никакого риска не образуется.

Итак, все вместе — нулевой провод, земля и фаза провода необходимы для обеспечения безопасности людей. В новых строящихся домах предусмотрена именно такая система, в то время как в старых она отсутствует.

Определение фазы

Иногда бывает необходимо определить, где находится провод фазы. Для обычной розетки, это, может быть, и не нужно. А вот при подключении, например, люстры, фаза должна подаваться непосредственно на выключатель, а ноль — прямо к лампам. Тогда, если свет будет выключен, при замене лампы человека не ударит током. И даже при включенном приборе, если он случайно коснется лампы, хоть и будет горячо, зато удара не случится.

Есть очень простой и удобный прибор для определения фаз. По виду он напоминает обычную отвертку. Но внутри устройство имеет лампочку, которая при прикосновении к фазе загорится. При этом палец должен касаться в это время металлического пятачка прибора.

Некоторые смельчаки фазу решаются определять совершенно небезопасными методами. К таковым относится так называемая «контролька», когда провод подставляют под струю воды, касаются их неоновой лампочкой или приводят в контакт с батареей.

Стоит ли говорить, что лучше не прибегать к способам, которые становятся опасными не только для экспериментатора, но и для окружающих. Тем более в настоящее время стоит совсем недорого.


При правильном монтаже электрокабелей по помещениям провод синего цвета будет означать ноль, желто-зеленый — землю, а черным или любым другим цветом будет обозначена фаза. Но работа электриков, к сожалению, не всегда бывает добросовестной и квалифицированной. Поэтому цвета могут не совпадать с назначением.

Современные отвертки-индикаторы избавят от головной боли человека, пытающегося осмыслить, как определить фазу, ноль, землю. Замечены некоторые сложности, расскажем ниже. Для тестирования применяется сигнал, генерируемый отверткой. Понятно, внутри стоят батарейки. Старая советская отвертка-индикатор на базе одной газоразрядной лампочки негодна. Позволит безошибочно определить фазу. Следовательно, другая цепь будет ноль или земля.

Правильно определить фазу

Провода трехжильные

Начнем терминами. Слова ноль русский язык лишен. Зато употреблялось обиходом за счет легкого произношения. Ноль — искаженный нуль, восходящий корнями к латинскому языку. Программист знает: под термином NULL принято подразумевать пустые, неопределенные переменные (лишенные типа). Иногда вид данных удобен для составления алгоритмов (при передаче значений функции).

Теперь попробуем найти фазу. Типичная отвертка-индикатор образована стальным щупом, вслед идет высокоомное сопротивление (например, углерода), ограничивающее ток, источником света выступает газоразрядная лампочка малого размера. Мелочи, но незнающие термина контактная кнопка, определить ноль бессильны. На конце ручки отвертки-индикатора металлическая площадка. Это контактная кнопка, которую потрудитесь касаться пальцем. Иначе лампочка при прикосновении к фазе светиться

Что такое фаза ноль земля в электрике и зачем они нужны фото

Фаза, ноль и заземление

Фаза, ноль и заземление

Все знают, что электроэнергия производится на разнообразных электростанциях, благодаря генераторам переменного тока. После она, используя линии электропередач, идет к трансформаторным подстанциям, оттуда поступает к потребителю, то есть нам.

Так вот чтобы понять, что собой представляет фаза, ноль, а также заземление, необходимо на элементарном уровне понимать, каким образом электроэнергия поступает в подъезд или частный дом. Все мы за нее платим, измеряя киловаттами, но ведь это не вода, у которой можно перекрыть кран. Потому давайте рассмотрим ситуацию подробнее.

Ликбез

Схема заземления

Схема заземления

Давайте разберемся, чем являются ноль и фаза, а затем перейдем к заземлению.

Фаза – это линия непосредственной подачи тока. Следовательно, используя ноль, ток возвращается в обратном направлении, а именно к нулевому контуру. Кроме того он выравнивает фазное напряжения, выполняя стабилизационную роль в фазной проводке.

Земля (заземляющий провод) — не под напряжением в принципе. У него есть одна функция – защита потребителя. Если сказать грубо, то «земля» в случае утечки отведет остаточный ток, не дав ему поразить человека.

Хотелось бы думать, что столь простое объяснение несколько прояснило ситуацию, и теперь вы понимаете какая роль у каждого проводника из комплекта: фаза, ноль, земля. Если вы планируете работать с проводами самостоятельно, то дополнительно, рекомендуем изучить цветовую палитру, которой производители отмечают предназначение полупроводников внутри кабеля.

Детальное рассмотрение

Трансформаторная подстанция выполняет важнейшую работу, а именно делает возможным питание потребителей благодаря обмотке низкого напряжения, которая понижает напряжение от «электросетевого» до «потребительского».

От подстанции к потребителю ведет общий проводник от нейтрали (точка соединение обмоток), и еще 3 проводника, которые являются остальными выводами обмотки. Таким образом каждый из трех проводников – это фаза, а нейтраль – ноль.

Глухозаземленная нейтраль

Глухозаземленная нейтраль

Трехфазная энергетическая схема подразумевает возникновение линейного напряжения, с номинальным напряжением в 380 В. Между фазой и нулем возникает фазное напряжение, его то значение и равняется, привычным нам, 220 В.

Как упоминалось выше под названием «земля» скрывается заземление, так и будем его называть. Так вот большинство электрических систем глухозаземленные, это значит, что ноль прямо соединен с землей. Физическая суть такого подключения в том, что в трансформаторе обмотки соединены по принципу «звезды», а нейтраль заземлена.

В данном случае ноль является совмещенным нейтрально-защитным проводником (PEN). Подобное повсеместно встречается в постройках советского времени. Неизвестно с чем это было связано, то ли с экономией, то ли с введением сомнительных инноваций, но в жилых домах того периода повсеместно занулены щитки, а отдельных заземлительных кабелей не предусмотрено.

Маркировка проводов

Маркировка проводов

Главная проблема такой конструкции в невозможности ее преобразования. Народные умельцы пытаются подключить дополнительный защитный кабель прямо к щитку, но это, по крайней мере, небезопасно.

Подобная самодельная «инновация» может привести к тому, что земля начнет простреливать и как душ, так и туалет начнут сопровождаться периодическими разрядами у всех жильцов дома.

Дома построенные в более позднее время, имеют электросеть отличающуюся следующими аспектами:

  1. Вместо общего проводника к щитку идет два проводника, один из которых исполняет роль нейтрали, а второй земли.
  2. Щиток в подъезде имеет отдельную шину-разделитель, которую с корпусом соединяют посредствам металлической связи, она предназначена для подключения нуля, земли и фазы.

Преимуществом подключения с заземлением является то, что заранее неизвестно, сколько тока будет потреблять каждая квартира, а предыдущая схема предполагает близкое к равномерному распределение. В незаземленной схеме возможно возникновение ситуации, когда одна квартира потребляет много, а вторая ничего.

Разность нагрузок начинает смещать нейтраль. Создается ситуация, когда в фазе ток стремится к нулю, а на проводнике-нейтрали напротив растет до 380 В. Кроме того что оборудование при возникновении подобной аварии будет испорчено, его корпус будет находится под напряжением, создавая реальную опасность для людей.

Полезное видео

Дополнительную информацию по данному вопросу вы можете почерпнуть из видео ниже:

Заключение

Будем надеяться, теперь вы знаете значение каждого, из озвученных в названии статьи терминов и как важен проводник «земля». Берегите себя, устанавливая электросеть у себя дома, побеспокойтесь о ней.

Что такое фаза, ноль и земля в электропроводке квартиры?

Источниками электрических систем, устанавливаемых в домах и квартирах, выступают станции и генераторы, состоящие из трех обмоток и фазных проводников. Чтобы в процессе эксплуатации жилища не возникало проблем с использованием и обслуживанием электросети, нужно знать, что такое фаза, ноль и земля в электропроводке квартиры.

 

На рисунке ниже представлена схема расщепления трехфазной сети на однофазные.

Помимо 3-х фаз и 1 ноля кабель имеет еще и заземление, потому от подстанции к объектам подводится провод с пятью жилами. От общедомовых щитков на распределительные приборы отдельных квартир прокладывают однофазный ввод, имеющий фазу, ноль и заземление. За счет этого в сети мы имеем напряжение 220 В, а не изначальные 380 В. В процессе передачи электроэнергии участвует только два проводника – фаза и ноль, заземление имеет другую функцию, заключающуюся в обеспечении безопасности эксплуатации электросети в случае возникновения аварийных ситуаций – появления пробоев в изоляции или токов утечки.

В трехфазной цепи уровень напряжения между двумя любыми фазами составляет 380 В, между фазой и нолем – 220 В.

В общедомовом электрическом щите ноль и земля соединяются и подключаются к установленному контуру заземления. К распределительным щитам квартир эти проводники прокладываются отдельно. В этажных распределительных приборах ноль подключают к специальному контакту, а заземление соединяется с корпусом электрощитка.

В бытовых электросетях используется электрический переменный ток частотой 50 Гц. Он протекает между нулевым и фазным проводником, меняя свое направление 50 раз в секунду.

Ноль и фаза соединяются с точками потребления квартиры. Проводник заземления также подключается к розеткам, но через специальные контакты.

При работе с электрической сетью обязательно нужно помнить, что при соприкосновении фазы с телом человека, через организм пройдет электрический заряд, способный причинить существенный вред здоровью. Именно поэтому установка розеток и выключателей может производиться только при обесточивании линии электроснабжения в квартире.

Если к нулю подключено электрическое устройство с импульсным блоком питания, через нулевой проводник также может проходить электроток, хотя из-за низкого уровня напряжения он редко представляет опасность для человека.

Маркировка и определение фазы, ноля и земли

В электрических кабелях фазный, нулевой и заземлительный проводники имеют изоляцию разных цветов. Маркировка проводов требуется для обеспечения безопасности выполнения электромонтажных работ – прокладки электрических кабелей и установки точек потребления. Маркируются проводники согласно современным требованиям ПУЭ и ГОСТа.

Изоляция заземлительного проводника должна быть окрашена в желто-зеленый цвет. Некоторые производители выпускают кабели, в которых земля имеет чисто желтую или чисто зеленую окраску. Иногда изоляция заземления маркируется желто-зелеными полосами. На электрических схемах заземление обозначается латинскими буквами PE.

Нулевой проводник, именуемый также нейтралью, должен иметь изоляцию синего или светло-голубого цвета. На схемах ноль принято обозначать латинской буквой N.

Сложнее всего обстоят дела с фазным проводником. Различные производители для фазы используют изоляцию черного, белого, коричневого, серого, красного, оранжевого, бирюзового, розового или фиолетового цвета. Чаще всего встречаются черные, белые и коричневые проводники. Фазы обозначаются на схемах латинской буквой L. В сетях 380 В кабели имеют также числовое значение: L1, L2, L3.

Если по маркировке сложно определить тип проводника, всегда можно воспользоваться индикаторной отверткой. С ее помощью легко найти фазу и ноль в розетке или электрическом кабеле. При использовании индикаторов обязательно нужно помнить о технике безопасности.

«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.
Ноль и земля в чем принципиальное отличие
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!).
Ноль и земля в чем принципиальное отличие
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!

Земля в электротехнике — ElectrikTop.ru

Земля в электротехнике

Землей называют точку цепи, электрический потенциал которой считается равным нулю. Такую точку можно выбирать условно. Землей ее называют традиционно, поскольку один из проводников электрических генераторов соединяли с землей при помощи зарытого в землю проводника. Электрикам-профессионалам и тем, кто имеет дело с электричеством необходимо знать, что такое фаза и что такое ноль.

Ток в цепи

Электрический ток может протекать только в замкнутом контуре. Электрическая цепь состоит из источника Э. Д. С. – электродвижущей силы и замыкающего этот источник сопротивления нагрузки, которое может быть очень разветвленным. Если говорить о бытовой электросети, то здесь источником ЭДС является вторичная обмотка трансформатора ближайшей подстанции, или еще проще, таким источником является ввод в здание.

Трехфазная система типа звезда

Один из проводов источника заземлен, этот провод (или шина) называется нейтралью, N, в современной электротехнике. Потенциал этой шины относительно земли равняется нулю, поэтому этот провод называют землей.

Другие три провода называют фазами. Эти провода находится под переменным потенциалом, который меняется от 311 до -311 Вольт относительно земли в сети 220 В 50 Гц (50 раз в секунду). 220 Вольт – это, так называемое, действующее напряжение. Для тока и напряжения синусоидальной формы это среднеквадратичное значение. Это напряжение называют фазным.

Напряжение между двумя фазами называют линейным и оно выше: 380-400 В. Таким образом, размах напряжения в трехфазной сети может достигать величины 760-800 В. Поэтому электроинструмент должен уверенно выдерживать испытательное напряжение не менее 1 кВ = 1000 Вольт.

При замыкании фазы на ноль через какое-либо сопротивление в цепи течет ток. Еще больший ток через то же сопротивление потечет, если оно будет подключено между двумя фазами. В трехфазной цепи у конечных потребителей обычно действующее напряжение между фазами 380 В, а фаза и ноль образуют пару, напряжение на которой всегда равно напряжению между фазами, деленному на квадратный корень из числа 3. Это один из результатов теоретической электротехники. Отсюда и получается известная всем величина 220.

История заземления

В самых старых системах бытового электроснабжения переменного тока, которых теперь уже не найдешь, у конечного потребителя заземления не было (система TT, заземлялась только нейтраль на подстанции, если вторичная обмотка трансформатора соединялось звездой).

Это была однофазная сеть, распределяющаяся ток от понижающей обмотки трансформатора подстанции. Здесь вопрос о том, что такое фаза или нулевой провод даже не возникал – оба провода по отношению к земле были равноправными. Человек мог стоять на земле и держаться за любой из проводов по отдельности. При этом он ничего не чувствовал.

Наиболее старые трансформаторы, питающие однофазную сеть, имели схему, показанную на следующем рисунке. Первичные обмотки соединялись треугольником, нейтрали не было, и заземлялся только корпус трансформатора на месте установки. Теперь таких уже давно нет или они применяются где-то для полевых условий в сельском хозяйстве.

Понижающий трансофрматор 6/0,4

Поражение током происходило, если человек дотрагивался до двух проводов одновременно или, если один из проводов был кем-либо заземлен, а человек дотрагивался до другого. Старые электроплитки делались с открытой спиралью, люди готовили в металлической посуде и касались токоведущих частей. Старые телевизоры, например, изготавливались с автотрансформатором ради простоты конструкции и человек, дотрагиваясь до металлического шасси такого аппарата, фактически находился под напряжением сети.

Проблема возникла, когда жилой сектор стал снабжаться промышленным способом подключения (как на первом рисунке). Это произошло потому, что мощность, потребляемая частным сектором, значительно выросла, а в городах он фактически был перемешан с промышленностью (дома-хрущевки).

Тогда человек, стоящий на влажном полу, или держащийся за батарею, получал сильное поражение током с вероятностью 50%, в зависимости от того, как он включил вилку электроприбора в розетку. Если фаза тока попадала на шасси такого старого телевизора или радиоприемника, то прикосновение к нему было опасно для жизни.

Промышленность в области ширпотреба быстро перешла на производство нагревательных приборов с закрытым и изолированным нагревательным элементом (ТЭНы), а бытовые радио и телевизионные приборы стали производить исключительно с трансформаторами, где первичная обмотка была полностью изолирована от остальной части прибора, что сделало их безопасными для людей.

Но почему появилось заземление в промышленности? Нам надо рассмотреть и этот вопрос. В принципе, ни для работы потребителей, ни для транспортировки электроэнергии ничего заземлять не требуется.

Трехфазная система переменного тока была принята только потому, что это упрощало конструкцию электродвигателей, так необходимых станкам и машинам в промышленности. По трехфазной схеме в треугольник можно соединять и нагревательные приборы, пример тому – тэны, рассчитанные на 380 В.

Трехфазные системы могут соединяться звездой (первый рисунок). Такое соединение стало очень распространенным, так как оно позволяет без больших проблем питать трехфазные потребители напряжением 380 В, и в то же время, без лишних расходов устроить однофазные сети 220 В. Это хороший способ сэкономить на трансформаторах.

Система TN-C

Так появился проводник, который назвали нейтралью (N). Его также называют – нулевой провод. При равном токе по всем фазам ток в нулевом проводе равен нулю. Энергетики стараются распределить нагрузку равномерно. Но это не всегда получается. Вот простой пример. Пусть на заводе был запитан офисный корпус. Для этого была выделена одна фаза.

Затем к этой же фазе подключили жилой дом недалеко. Остальные две фазы оказываются неуравновешены и в нейтрали появляется значительный ток. Это приводит ко всякого рода неопределенностям при измерениях. К тому же, как бы ровно не распределили нагрузку, на корпусах электрооборудования появляются опасные напряжения, если нейтраль оборвана.

Начало TN

В 1913 году немецкий концерн AEG предложил систему с заземленной нейтралью, позже названную TN-C. Здесь электрики стали использовать понятия фаза и ноль. Позже, в 1930-х годах появилась система TN-S, в которой заземление и нейтраль были разделены. Это дополнительно увеличивало безопасность, так как теперь, если нулевой провод оборван с очень высокой вероятностью оставался целым другой проводник. Но такая система оказывалась неоправданно дорогой.

Система TN-S

Поэтому, со временем было предложено еще одно решение: нулевой провод от подстанции (PEN – защитная земля и нейтраль) расщеплялся на две части перед вводом в здание. Одна часть шла как нейтраль N, а другая получила название защитной земли PE. Если происходил обрыв нейтрали то фаза переменного тока, в случае попадания на корпус электрооборудования, пропускала свой ток в землю. Такая система получила название TN-C-S (заземленная нейтраль комбинированная, с разделением на месте).

Система TN-С-S

Система TN-C-S имеет всего один недостаток – местное заземление должно быть повышенной надежности так как при обрыве нейтрали фазное напряжение, попавшее на корпус, будет заземлено только по цепи PE. Поэтому, при сооружении этой цепи принимают все меры по ее механической прочности и снижению электрического сопротивления.

Система TT

Для этого используют металлические части зданий, трубопроводы и т.д. Однако все эти части соединяются всего в одной точке при помощи шин. Существует точка (шина) где ноль и земля соединяются, она называется шина уравнивания потенциалов. С ней соединяется и шина контура заземления.

В настоящее время TN-C-S является основной в городах и на предприятиях. В сельской местности еще много систем TT. Это связано с тем, что в сельской местности еще много деревянных домов и TT, при всех прочих недостатках имеет положительную сторону: она безопаснее в отношении грозы.

Что такое «фаза», «ноль» и «земля», и зачем они нужны.

Начнём с основ.
Допустим, на электростанции, вращается магнит (для примера — обычный, а в реальности — электромагнит), называемый «ротором», а вокруг него, на «статоре», закреплены три катушки (размазаны по статору).


Вращает этот магнит, скажем, поток воды на ГидроЭлектроСтанции.





Поскольку в таком случае магнитный поток, проходящий через катушки, меняется, то в катушках создаётся напряжение.
Каждая из трёх катушек — отдельная цепь, и в каждой из этих трёх цепей возникает одинаковое напряжение, сдвинутое на треть окружности друг относительно друга.
Получается «трёхфазный генератор».


Можно было бы с одной такой катушки два провода просто взять и вести к дому, а там от них чайник запитывать.


Но можно сделать экономнее: зачем тащить два провода, если можно один конец катушки просто тут же заземлить, а от второго конца вести провод в дом.
Этот провод назовём «фазой».
В доме этот провод подсоединить к одному штырьку вилки чайника, а другой штырёк вилки — заземлить.
Получим то же самое электричество.

Теперь, раз уж у нас три катушки, сделаем так: (например) левые концы катушек соединим вместе тут же, и заземлим.
А оставшиеся три провода и потянем к потребителю.
Получится, мы тянем к потребителю три «фазы».
Вот мы и получили «трёхфазный ток».
Точнее, генератор «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).


«Трёхфазный ток» был изобретён Николой Теслой.


Передача электричества в виде трёхфазного тока, некоторые говорят, экономичнее (я не знаю, чем), 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 хрень на трёхфазном токе: достаточно просто точно так же подсоединить эти три фазы к трём катушкам на окружности, 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 ток — около трёхсот Амперов).

Такое высокое напряжение нужно, потому что нужна большая мощность тока: весь город энергию ест, как-никак.
Большую мощность тока можно получить либо повышая силу тока, либо повышая напряжение.
При этом чем больше сила тока, тем больше энергии тратится впустую при преодолении сопротивления проводов (потерянная энергия равняется силе тока в квадрате, умноженной на сопротивление проводов).
Поэтому экономически целесообразно повышать мощность передаваемого тока наращивая напряжение.
Потребитель потребляет из розетки именно мощность (силу тока, умноженную на напряжение), а не что-то отдельное, поэтому его не волнует, каким образом эта мощность к нему в дом попадёт.

Кстати, интересный момент: над силой тока в линии электропередачи мы вообще говоря не властны: сила тока — это мера того, как сильно ток течёт по проводам.
Можно сравнить это с силой тока холодной воды по трубам: если все краны включат в ванных, то сила тока воды будет очень большой, а если, наоборот, все краны свои закроют, то вода по трубам вообще не будет течь, и мы никак не можем управлять этой силой тока.
А вот напряжению тока вообще без разницы, потребляет ли кто-нибудь ток, или нет — оно полностью в нашей власти, и только мы можем им управлять.

Поэтому в ЛЭП за основу берётся именно напряжение тока, и именно с ним работают: перед передачей тока по проводам, излишнюю силу тока, выработанного электрогенератором, перегоняют в напряжение, а при приёме тока в «подстанции» во дворе вашего дома — наоборот, излишнее напряжение перегоняют обратно в силу тока, поскольку весь путь успешно пройден током 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 проводом, или ещё чего-нибудь).
Кстати, забавное видео про короткое замыкание на линии ЛЭП:



Теперь рассмотрим подробнее «трёхфазный ток».
Это три провода, по которым течёт одинаковый ток, но сдвинутый на 120 градусов (треть окружности) друг относительно друга.
Какое напряжение у этого тока?
Напряжение всегда измеряется между чем-то и чем-то.
Напряжением трёхфазного тока называется напряжение между двумя его фазами («линейное» напряжение).
Там, где мы соединили все три фазы вместе в одной точке (это называется соединением по схеме «звезда»), мы получили «нейтраль» (G на рисунке).
В ней, как нетрудно догадаться (или посчитать по формулам тригонометрии) напряжение равно нулю.

Пока просто попробуем подключить генератор к нагрузке, стоящей рядом.
Если все три выходящие из генератора линии соединить, через сопротивления, во вторую «нейтраль» (точка G), то мы получим так называемый «нулевой провод» (от G до M).



Зачем нам нужен нулевой провод?
Можно было бы дома просто подсоединять одну из фаз на один шпенёк вилки, а другой шпенёк вилки соединять с землёй, и чайник бы кипел.
Вообще, как я понял, так и делают в старых советских домах: там есть только фаза и земля в квартирах.
В новых же домах в квартиры входят уже три провода: фаза, земля и этот «ноль».
Это европейский стандарт.
И правильно соединять именно фазу с нулём, а землю вообще оставить в покое, отдав ей только роль защиты от удара током («заземление»).
Потому что если все на землю ещё и ток будут пускать, то само заземление станет опасным — абсурд получится.
Ещё некоторые мысли по поводу того, зачем нужны все три провода, есть в конце этой статьи, можете сразу пролистать и прочитать.

Теперь попробуем посчитать напряжение между фазой и «нейтралью».
Вот ещё ссылка с расчётами.
Пусть напряжение между каждой фазой и «нейтралью» равно U.
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 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.
Если бы не было нулевого провода, то при разной нагрузке на каждую из фаз возник бы «перекос» (об этом ближе к концу статьи), и у кого-то что-то могло бы сгореть.

Ещё один момент: выше мы рассмотрели введение нейтрали у генератора.


А откуда взять нейтраль на дворовой подстанции?
В дворовой подстанции трёхфазное напряжение снижается (трёхфазным) трансформатором до 380 Вольт на каждой фазе.
Это будет похоже на генератор: тоже три катушки, как на рисунке.
Поэтому их тоже можно друг с другом соединить, и получить «нейтраль» на подстанции. А из нейтрали — «нулевой провод».
Таким образом, из подстанции выходят «фаза», «ноль» и «земля», идут в каждый подъезд (своя фаза в каждый подъезд, наверное), на каждую лестничную площадку, в электрораспределительные щитки.

Итак, мы получили все три провода, выходящие из подстанции: «фаза», «ноль» («нейтраль») и «земля».
«фаза» — это любая из фаз трёхфазного тока (уже пониженного до 380 Вольт).
«ноль» — это провод от (заземлённой — воткнутой в землю — на подстанции) «нейтрали».
«земля» — это провод от заземления (скажем, припаян к длинной трубе с очень малым сопротивлением, вбитой глубоко в землю).

По подъездам получается такая разводка (если предположить, что подъезд = квартира):



На подстанции фазы с левой стороны все соединены и заземлены, образуя ноль, а в конечных точках — в конце подъезда, после того, как они пройдут по всем квартирам — вообще не соединены никуда.
Потому что если бы в конце каждая фаза была бы замкнута на «ноль», то ток гулял бы себе по этому пути наименьшего (нулевого) сопротивления, и в квартиры (под нагрузку) вообще бы не заходил.
А так, он вынужден будет идти через квартиры.
И делиться будет по правилу параллельного тока: напряжение в каждую квартиру будет идти одно и то же, а сила тока — тем больше, чем больше нагрузка.
То есть, в каждую квартиру сила тока будет идти «каждому по потребностям» (и проходить через счётчик, который это всё будет считать).
Но для того, чтобы ток был постоянным по мере включения и отключения новых потребителей, нужно, чтобы сила тока в общем проводе каждый раз сама подстраивалась под подлюченную нагрузку.

Что может быть, если все включат обогреватели зимним вечером?


Ток в ЛЭП может превзойти допустимые пределы, и могут либо провода загореться, либо электростанция сгорит (что и было несколько раз в москве, но летом).

Есть ещё один вопрос: зачем тянуть в дом все три провода, если можно было бы тянуть только два — фазу и ноль или фазу и землю?

Фазу и землю тянуть не получится (в общем случае).
Это 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»), 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, что может привести к пожару.
Точно такой же перекос фаз получится, если провод «нуля» оборвётся или отгорит на подстанции.
Поэтому в домашней сети нужен ноль.

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.
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» (упадёт ток в основном проводе фаза-ноль, потому что почти всё электричество устремится по пути меньшего сопротивления — по почти прямому замыканию фазы на ноль).
Этот ток утечки будет замечен «Устройством Защитного Отключения» (УЗО), и оно разомкнёт цепь.
УЗО наблюдает за входящим в квартиру током (фаза) и изходящим из квартиры током (ноль), и размыкает цепь, если эти токи не равны.
Если эти токи разные — значит, где-то «протекает»: где-то фаза имеет какой-то контакт с землёй.
Если эта разница резко подскакивает — значит, где-то в квартире фаза замкнула на землю.
Если бы в щитке не стояло УЗО, и вышеупомянутый провод фазы внутри корпуса, скажем, компьютера, отвалился бы, и замкнулся бы на корпус компьютера, и лежал бы так себе, 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, то догадайтесь, что бы стало с этим человеком.
Так что «земля» тоже нужна.

Поэтому нужны все три провода: «фаза», «ноль» и «земля».

В квартире к каждой розетке подходит своя тройка проводов «фаза», «ноль», «земля».
Например, из щитка на лестничной площадке выходят три этих провода (вместе с ними ещё телефон, витая пара для интернета и мб какое-нибудь кабельное ТВ), и идут в квартиру.
В квартире на стене висит внутренний щиток.
Там на каждую «точку доступа» к электричеству стоит свой «автомат».
От каждого автомата своя, отдельная, тройка проводов уже идёт к «точке доступа»: тройка к печке, тройка к посудомойке, тройка на зальные розетки и свет в люстре, и т.п..
Каждый «автомат» изготовлен на заводе под определённую максимальную 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.
Вас самих он не спасёт (слишком медленный). Вас спасёт толькоУЗО.

Под конец, просто так, напишу немного про «трансформатор» (читать не обязательно).



Я пробовал несколько раз понять, как он работает, но так и не понял…

Сила тока в цепи всегда подстраивается под подключённую нагрузку.
Для понимания этого факта можно рассмотреть, как работает трансформатор на подстанции.

Трансформатор — это сердечник, на котором две катушки: по одной ток входит, а по другой — выходит.



Если мы не выводим оттуда ток, то вводящая катушка — сама по себе, и она создаёт магнитный поток, который в свою очередь создаёт «сопротивляющееся напряжение» (это называется «ЭДС самоиндукции»), равное напряжению во вводящей цепи, и сводящее его в ноль.
Это «природное» свойство катушки («индуктивности») — она всегда сопротивляется какому бы то ни было изменению напряжения.
И по подключенному участку вводящей цепи ток практически не идёт (этот участок отводится от ЛЭП параллельно, чтобы, если в нём ток пропадёт, то у всех остальных ток остался), и практически нет потерь на таком «холостом ходу» трансформатора.

Потеряется только малость энергии, в том числе энергия, потраченная на «гистерезис» сердечника и на разогрев сердечника вихревыми токами (поэтому особо мощные трансформаторы погружают в масло для постоянного охлаждения).

Магнитный поток, распространяясь по сердечнику внутрь выводящей катушки, создаёт в ней тоже напряжение, которое могло бы вызвать протекание тока, но поскольку в данном случае к выводящей цепи мы ничего не подключили, то тока там не будет.

Если же мы начинаем выводить ток — замыкаем выводящую цепь — то по выводящей катушке начинает идти ток, и она тоже начинает создавать своё магнитное поле в сердечнике, противоположное магнитному полю, создаваемому вводной катушкой. Из-за этого ЭДС самоиндукции вводной катушки уменьшается, и более не компенсирует напряжение во вводной цепи, и по вводной цепи начинает течь ток. Ток нарастает до тех пор, пока магнитный поток «не станет прежним». Как это — я хз, в википедии так написано, а сам я так и не понял, как этот трансформатор работает.

Поэтому получается, что ток на выходе из трансформатора сам себя регулирует: если нет нагрузки, то там не течёт ток; если есть нагрузка — то ток течёт соответствующий нагрузке.
И если мы смотрим телевизор, а потом соседи включают пылесос, то у нас обоих ничего не «вырубается», так как сила тока тут же подстраивается под нас — потребителей электроэнергии.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *