Зачем нужен ноль, если можно получить те же 220 от фазы и земли

В квартирный щиток приходит три провода — фаза, нейтраль и заземление, причём 220В можно получить не только от фазного и нулевого провода, но и между фазой и заземлением. В таком случае, зачем нужен ноль? Может быть, выполнить электропроводку из двух проводов, а функцию нейтрали «доверить» контуру заземления?

Откуда берется ноль в электросети

Для того чтобы понять, зачем нужен ноль в 3-х фазной сети, следует разобраться, откуда он берётся. Как правило, электростанции находятся на значительном расстоянии от потребителей и для передачи электроэнергии по ЛЭП используется высокое напряжение.

Поэтому питание жилых домов осуществляется при помощи понижающих трёхфазных трансформаторов, имеющих три вторичные обмотки.

У каждой из катушек есть начало и конец и они могут быть соединяться между собой тремя способами:

  • Звездой (Y). При этом концы обмоток соединены вместе, а к началам подключаются линейные провода.
  • Звездой с заземлённым нулем (Y0). Такая схема называется TN или система с глухозаземлённой нейтралью и именно она используется для электроснабжения большинства промышленных и всех жилых объектов.
  • Треугольником (Δ). В этой схеме конец одной обмотки соединён с началом следующей, и линейные провода присоединены к углам получившегося треугольника. Нейтраль в такой системе электропитания отсутствует.

подключение нагрузки треугольником и звездой

Условно трёхфазный трансформатор можно представит в виде трёх однофазных. Первоначально трёхфазная система электроснабжения состояла именно из трёх отдельных аппаратов и шести проводов, позже Доливо-Добровольский предложил соединить концы обмоток и вместо трёх нулевых проводов использовать один.

напряжение фазное-линейное

Современные вторичные обмотки понижающих трансформаторов имеют общую клемму, которая является средней точкой звезды. Это нейтраль, а провод, отходящий от неё, является нулевым проводником.

Откуда течёт ток и куда он утекает

Для протекания электрического тока необходима замкнутая цепь, поэтому в однофазной сети к электроприборам подходят фазный и нулевой провод и ток идет от линейного выхода трансформатора по фазному проводнику через нагрузку и возвращается по нейтрали к средней точке звезды.

В системах TN нейтраль питающего трансформатора подключена к контуру заземления на подстанции и от неё (нейтрали) отходит нулевой провод.

Первоначально эти схемы не предусматривали отдельного заземления, они выполнялись по четырёхпроводной схеме и назывались TN-C. В более современных схемах TN-S этих проводников два — рабочая нейтраль N и защитное заземление PE.

С точки зрения электротехники они являются равнозначными, но у них различное назначение, поэтому они разного сечения и имеют различные схемы подключения.

В жилых домах может использоваться так же система TN-C-S. В такой схеме к зданию подходит совмещённый нулевой провод PEN, выполняющий функции обоих проводов одновременно, а во вводном щитке он разделяется на нейтраль и заземление.

Зачем нужен ноль

Электромонтёры, изучавшие основы электротехники, знают, что такое фаза и ноль и чем отличаются линейные проводники, нулевой и заземление. В проводах, подходящих к дому, потенциал относительно заземления равен выходному напряжению трансформатора — 220В на линейных контактах и 0 на нейтрали независимо от распределения нагрузки по фазам.

При одинаковой мощности потребителей ток в разных фазах одинаковый и, благодаря сдвигу на 120° компенсирует друг друга и ток в нейтрали отсутствует. Поэтому к обмоткам трёхфазных электродвигателей ноль не подключается.

симметричная нагрузка по фазам

При неодинаковой нагрузке в разных фазах по нулевому проводу протекает уравнительный ток, поэтому при обрыве нейтрали или её отсутствии напряжение в розетках может колебаться в диапазоне 0-380 В и главное, зачем нужен ноль, это обеспечение стабильного напряжения в сети.

неравномерная нагрузка

При подключении несимметричной нагрузки по схеме звезды обязательно должен быть подключен нулевой провод. Он нужен для протекания уравнительных токов и выравнивания напряжения по фазам.

Почему наличие нулевого провода обязательно? Если к фазному напряжению (220 Вольт) подключается несимметричная нагрузка, без нулевого провода происходит так называемый «перекос фаз», из-за которого техника может оказаться подключенной к произвольному напряжению, диапазон которого может колебаться от нуля до линейного значения (380 Вольт).

зачем нужен ноль в электричестве

Думаю не нужно рассказывать, что будет с холодильником или телевизором, если их подключить к напряжению 380 Вольт. Повышенное напряжение является частой причиной выхода из строя электронной техники.

Каким образом нулевой (уравнительный) провод уменьшает несимметричное распределения напряжения?

Рассмотрим две схемы подключения – треугольник и звезду. При подключении треугольником каждый потребитель подключается на линейное напряжение. Оно не будет меняться не зависимо от того симметричной будет нагрузка или нет.

зачем нужен ноль

При подключении звездой, напряжение на нагрузке будет отличаться от линейного. Ток на каждой нагрузке равен соответствующему линейному току.

По схеме соединения «треугольник» напряжение у потребителя будет равно линейному. Его значение не будет меняться при несимметричной нагрузке.

Если подключить потребителей по схеме «звезды», напряжение на каждой нагрузке будет отличаться от линейного. Токи при этом будут равны линейному току соответствующей фазы.

Если менять нагрузку в фазах (по схеме «звезды») токи в фазах будут распределяться, в связи с этим также будет соответствующее перераспределение напряжений на нагрузке.

При изменениях нагрузок токи автоматически перераспределяются, причем сумма их (получающаяся в общей точке нагрузок) всегда обращается в нуль.

зачем нужен ноль в 3-х фазной сети

Одновременно происходит соответственное перераспределение напряжений между неравными нагрузками. Устранить этот недостаток можно с помощью нулевого проводника, который поддерживает постоянное напряжение у потребителя при неравномерной нагрузке.

То, зачем нужен ноль в электричестве, отличается от назначения земли. Нейтраль используется для протекания по нему уравнительного тока и в аварийных ситуациях на нейтральной клемме может появиться высокое напряжение, поэтому нулевой проводник в однофазной сети подключается к оборудованию через двухполюсный автомат или разъединитель.

Согласно ПУЭ п.6.6.28 эти провода должны отключаться одновременно, поэтому использовать для этой цели два однополюсных устройства запрещено.

Основная функция заземления это защита от поражения электричеством. Поэтому в ПУЭ п.1.7.145 указано, что заземление должно подключаться к электроприборам без каких-либо автоматов и разъединителей, за исключением заземляющей клеммы в штепсельных разъёмах.

Что будет если подключить «землю» вместо ноля

Оба варианта подключения обеспечат стандартную величину напряжения в розетке. Однако использование заземления вместо нейтрали приведёт к ускоренному выходу контура из строя и другим нежелательным последствиям.

Выбивает УЗО

Сразу после подключения вместо нейтрали заземления на участке проводки, находящемся после дифзащиты или соединения этих проводников между собой и включения одного из электроприборов произойдёт срабатывание УЗО.

Это связано с принципом работы таких аппаратов — сравнении силы тока в фазном и нулевом проводниках. В обычной ситуации они равны, но при появлении тока утечки равенство нарушается, что приводит к аварийному отключению.

При использовании земли вместо ноля или соединении этих клемм через неё начинает протекать ток, что уменьшает его силу в нейтрали, проходящей через УЗО. Это явление аналогично повреждению изоляции и появлению тока утечки.

Для предотвращения этого явления такое подключение следует производить выше дифреле, однако это не поможет предотвратить другие негативные последствия.

Опасность поражения электрическим током

При протекании электрического напряжения по контуру заземления ток идёт через землю. Данная ситуация аналогична падению провода на поверхность земли, при котором на поверхности появляется шаговое напряжение.

Это может привести к травмированию людей проходящих над местом установки заземлителей. Поэтому такие конструкции должны находиться в местах, в которых прохождение людей маловероятно, например, под клумбой с цветами.

Кроме того, при одновременном заземлении корпусов электроприборов и использовании земли вместо ноля при обрыве в цепи заземления или неисправности контура металлические части аппаратов окажутся под напряжением через включённые или подключенные к розеткам устройства.

Преждевременный выход из строя контура заземления

При использовании контура в штатном режиме ток по нему проходит очень редко и кратковременно, до срабатывания защиты. Однако в случае подключения земли вместо нейтрали по заземлителям начинает протекать электрический ток и из-за нахождения конструкции во влажной почве начинаются процессы электрокоррозии.

Это приводит к появлению ржавчины и полному разрушению отдельных элементов.

Ситуацию не спасает даже замена конструкции из углеродистой стали на нержавеющую. Элементы из нержавейки при электрокоррозии разрушаются как простое железо.

Важно! При использовании контура заземления вместо нейтрали в однофазной сети его разрушение приведёт к отсутствию питания в розетках, а в трёхфазной сети к колебаниям напряжения аналогично ситуации обрыва нейтрали.

Штраф от энергокомпании

Существует мнение, что подключение земли вместо нейтрали уменьшает показания электросчётчика. На самом деле прибор учёта постоянно измеряет два параметра — напряжение в сети между фазой и нолём и ток в фазном проводе, поэтому такая замена, произведённая после счётчика не влияет на его показания.

Для остановки электросчётчика необходимо не только подключить ноль к земле, но и отключить его от счётчика, как в подходящем, так и в отходящем кабелях.

Даже если выполнить эту операцию в труднодоступном месте отсутствие показаний и оплаты приведёт к появлению инспектора электрокомпании и наложению штрафа за хищение электроэнергии.

Вывод

Как видно из материалов статьи, ответ на вопрос, зачем нужен ноль достаточно простой – для уменьшить перекос фазного напряжения при неравномерной нагрузке, а также для безопасного и надёжного получения в розетке 220В.

Все способы получать питание от фазного провода и земли являются ненадёжными и опасными, они могут привести к срабатыванию дифзащиты, поражению электрическим током и преждевременному выходу из строя контура заземления.

Похожие материалы на сайте:
  • 5 способов отличить фазу от нуля
  • Почему нулевой провод бьется током
  • Цветовое обозначение проводов
Ссылка на основную публикацию