Что такое обрыв нуля в трехфазной сети — причины и защита

Виды повреждений

На стояке подъезда

Для начала в общих чертах рассмотрим, что собой представляет электросеть городского многоэтажного дома. Источником питания в данном случае является трансформаторная подстанция, от которой протянуты провода к главному распределительному щиту постройки. Напряжение в главном щитке трехфазное, то есть сеть 380 Вольт. Отсюда уже выводятся группы проводов на каждую квартиру. В самих квартирах сеть уже однофазная – 220 В. Если произойдет обрыв общего нуля на стояке подъезда, это может стать причиной выхода бытовой техники из строя. Приводит это к неравенству — в трехфазной схеме питания произойдет перекос фаз и вместо симметричной нагрузки образуется несимметричная, проходящая в четырехпроводной цепи.

Простыми словами можно это объяснить так: от главного щитка в подъезде к каждой отдельной квартире подается одинаковое напряжение – 220 В. Если произойдет обрыв нулевого провода, может получиться так, что к одной квартире поступит 300 Вольт, а к другой 170 (как пример). Результат – перенапряжение и «недонапряжение» станет причиной выхода электроприборов из строя. Обычно если происходит повреждение нуля, ломается техника, имеющая двигатель: стиральная машина, холодильник, кондиционер и т.д. Помимо этого может произойти пожар, что еще хуже.

Что собой представляет перекос фаз

Внутри жилого помещения

Совсем противоположная ситуация может произойти при обрыве нуля в однофазной сети 220 Вольт, то есть внутри Вашей квартиры, частного дома либо на даче. В этом случае последствием может стать поражение человека электрическим током. Происходит это потому, что в розетке у Вас появиться одноименная фаза на обоих зажимах. Сейчас мы расскажем, чем вызвано появление так называемой второй фазы.

От Вашего вводного щитка ток проходит по фазному проводу, а так как большинство потребителей электроэнергии постоянно подключены к сети (та же люстра), при обрыве напряжение перейдет от фазы к нулю. Результат – в двух отверстиях розетки будет присутствовать электрический ток. Но это еще не самое страшное, т.к. главная опасность заключается в том, что удар током может произойти от любой техники. Причина этому – неправильная система заземления сети в квартире либо доме. Если Вы подключите «землю» в распределительном щитке к нулевой шине (чего делать нельзя), при прикосновении к заземленному корпусу бытовой техники Вас сразу же ударит током. Последствия, как Вы понимаете, могут быть плачевными. Сразу же предоставляем к Вашему вниманию правильный вариант защиты от обрыва нуля в доме — сеть с системой заземления TN-S:

Подведя итог по поводу последствий обрыва нуля в трехфазной и однофазной сети, следует отметить следующее: при повреждении нулевого провода на стояке подъезда опасность распространиться на бытовую технику, а при повреждении рабочего нуля в самой квартире угроза распространится на Вас.

Увидеть, что может произойти, если оборвется нулевая жила, Вы можете на данном видео:

Наглядный обзор неисправности

Функция рабочего ноля

В процессе изучения электричества ученые поняли, что земля (грунт, геологические породы и вся планета целиком) является неплохим проводником электрического тока. В принципе, для энергоснабжения было бы достаточного одного провода с электрическим потенциалом, а грунт бы выполнял функцию обратного участка цепи.

Кривая зависимости удельного сопротивления грунта от влажности

Но прогресс не пошел по этому направлению из-за необходимости создания систем заземления с большой контактной площадью, и при этом имеющих нестабильные характеристики и требующие постоянного обслуживания и защиты от влияния среды и электролитических процессов.

Поэтому дешевле и надежнее было провести два проводника, чтобы создать замкнутую цепь. Было решено один из проводов электрически соединить с землей, то есть, потенциал на данном проводнике относительно грунта равняется нолю. Данное решение было принято в целях электробезопасности ради зануления корпусов электрооборудования.

Схематическое отображение заземления и зануления

В наше время, функции защиты (зануления) выполняет защитный заземляющий проводник PE, а провод ноля используется только для протекания рабочего тока цепи. Термин «фазный провод» не имел бы смысла в однофазной сети, но, поскольку синусоидальное напряжение смещено по фазе относительно аналогичного параметра у других проводников электросети, данное название принято в обиходе.

В системах электроснабжения бытовых потребителей рабочий нулевой проводник всегда имеет контакт с землей (исключение: изолированная нейтраль). В цикле статьей о заземлении подробно описаны принципы разделения совмещенного нулевого провода на рабочий и защитный ноль в различных системах. Это означает, что напряжение относительно земли на рабочем ноле в однофазных и трехфазных системах нулевое (безопасное для людей и оборудования).

Схематическое отображение энергоснабжения жилого дома по системе заземления TN-C-S

Аварийное отключение рабочего ноля

Электрики знают, что и на нуле небольшой потенциал все же есть, и он зависит от величины протекающего тока (I) и удаленности от точки заземления. Чтобы понять данный процесс, нужно вспомнить задачу из школьного курса физики о расчете напряжений (делитель U₁, U₂ ) в точке соединения двух последовательно включенных сопротивлений (R₁, R₂). В нашем случае это будут сопротивления кабеля фазы и подключенной нагрузки (R₁,) и R₂ участка нулевого провода до точки заземления.

Делитель напряжения, образующий ноль в розетке

Если сопротивление нагрузки (R₁) многократно превышает аналогичный параметр (R₂) участка рабочего ноля, то потенциал на контакте ноля в розетке будет ничтожно малым. При большой протяженности рабочего нуля до точки заземления, напряжение U₂ гипотетически рассчитываем по школьной формуле из рисунка выше.  Но, если происходит обрыв нулевого провода, то при включенном в домашнюю сеть электрооборудовании на любом контакте ноля каждой розетки будет фазное напряжение U₁.

Казалось бы, при современных системах заземления, исключающим зануление, пропажа нуля, не несет никакой опасности, ведь корпусы оборудования надежно заземлены, а сами электроприборы перестанут работать из-за прекращения тока. В однофазной домашней электрической сети будет именно так, если ноль оторвался сразу при вводе в дом.

Влияние обрыва ноля на потребителей

Но, если случается обрыв нуля где-то на трехфазной линии, то на оставшейся цепи, от разрыва до дома формируется напряжение подключенной нагрузкой от других фаз соседних потребителей электроэнергии. Если бы ток нагрузки всех трех фаз был идентичен, то сформировавшийся потенциал на нулевом проводнике был бы близким к нолю.

В реальности, при аварийных ситуациях нагрузка на фазах неравномерная, что означает смещение напряжения на нулевом проводнике в сторону большего фазного тока. Соответственно, разница потенциалов между образовавшимся нулем и двумя другими фазами окажется значительно большей, чем обычное напряжение сети электропитания.

https://youtube.com/watch?v=QIMRwTeQ-bk

Как защититься от обрыва нуля

Как с этим бороться? Уберечь себя от повышенного напряжения при обрыве ноля, можно несколькими способами.

Первый способ – это выполнить надежное повторное заземление нулевого проводника. Забегая наперед скажу – способ этот плохой и вредный.

Данный метод можно использовать в частных домах

Не важно однофазный или трехфазный у вас ввод. Самое главное, сделать качественный заземляющий контур

После этого, соединяете отдельным проводником шинку нулевой жилы с этим контуром. В случае обрыва нулевого провода, электроснабжение ваших бытовых приборов останется в равновесии и никакого большого перекоса не случится.

Ток будет течь от фазы через сопротивление потребителя и уходить через нулевую шинку и его проводник на землю. И так по всем остальным фазам.

Небольшой перекос здесь конечно же будет присутствовать, но его величина будет зависеть от качества вашего контура заземления. Однако этот способ защиты имеет один жирный минус, который перечеркивает все его преимущества.

Безусловно, контур заземления делать нужно, с этим никто не спорит. Вопрос в том, соединять ли его с нулевым проводником.

Ведь если он будет качественным (10 Ом или даже 4 Ом) только у вас одного по всей улице, а обрыв нулевого провода случится не возле вашего дома, а в самом начале ВЛ, то на этот контур тут же “сядут” все ваши соседи.

Фактически весь суммарный ток пойдет через ваш нулевой проводник. Если вы ноль завели через двухполюсный или четырех полюсный автомат, то он скорее всего выбьет от перегрузки. В противном случае ждите пожара и оплавленной проводки. 

Поэтому правильно собранный щит (вводной автомат подобранный по нагрузке, заземляющий медный проводник сечением не менее 10мм2) – залог вашей безопасности. 

Еще один недостаток такой “контурной защиты” – опасность самому попасть под напряжение. Допустим, несколько лет назад вы сделали отличный контур.

Но по причине наличия солей в почве, он постепенно сгнил, а вы об этом даже и не догадываетесь.

В итоге при очередном обрыве нейтрали, все заземленное электрооборудование у вас дома окажется под напряжением. Никакой земли то уже нет. А потенциал фазы начнет гулять по корпусам приборов.

Пошел открыть холодильник – удар током, зашел в душ – попал под напряжение. 

Поэтому надежнее и безопаснее всего применять другой метод.

Зачем нужен ноль в электричестве

Ноль замыкает электрическую цепь. Без этого провода не может быть электрического тока в цепи, питающей приборы. В основном нейтральный провод заземлен.

Откуда берется ноль в электросети

Начало его нуля берется из комплектной трансформаторной подстанции 6 (10) / 0,4 кВ, где трансформатор подключен своей нулевой шиной к контуру заземления. Изначально именно земля является проводником с нулевым потенциалом, поэтому многие люди путают ноль с землей. Воздушная линия электропередачи (воздушная линия электропередачи), выходящая из КТП, имеет 4 провода — 3 фазы и ноль, который в начале линии подключается к нулю трансформатора. По всей ВЛ заземление осуществляется через опору, которая дополнительно соединяет ноль линии с землей, что обеспечивает более полное подключение цепи «фаза ноль», чтобы у конечного потребителя было не менее 220 В в точке продажа.

Фаза, ноль и земля в проводе

Зачем нужен нуль

Основное назначение нулевого провода — замыкание цепи для создания электрического тока для работы любого электроприбора. Фактически, для появления тока необходима разность потенциалов между двумя проводами. Ноль назван так потому, что потенциал на нем равен нулю. Отсюда уровень напряжения 220В — 230В.

Причины обрыва нулевого проводника

Обрыв или обгорание нейтрального рабочего проводника часто происходит в домах старой постройки, где электрическая сеть была спроектирована на низкую нагрузку не более 2 кВт на отдельную квартиру или дом. В современных условиях насыщенность объектов недвижимости мощной бытовой техникой объектов недвижимости резко увеличилась и электрическая проводка часто не выдерживает таких нагрузок. Где тонко, там и рвется! Чаще всего обгорание «нуля» происходит в месте соединения N-проводника с нулевой шиной в распределительном квартирном щите, но такая авария может произойти и в другом месте, например, на подстанции или в силовом трансформаторе.

Следует различать обрыв нулевого проводника в трехфазной и однофазной сетях. Однофазная электрическая проводка предназначена для энергоснабжения квартир и частных домов непосредственно внутри помещения. До распределительного щита, чаще всего, электроэнергия подается по трехфазной схеме и только в нем происходит разделение на однофазные линии питания. Для дачных поселков, как правило, используется однофазная магистральная линия доставки электроэнергии до потребителя от силового трансформатора. Все эти нюансы влияют на последствия, которые происходят после обрыва или обгорания «нуля».

Как и в однофазной, так и в трехфазной сети может произойти обрыв нейтрального проводника, но последствия будут разные. В любом случае причиной обрыва «нуля» может быть либо перегрузка, либо некачественный монтаж проводки или другие причины: коррозия, механическое повреждение нулевой жилы и так далее. В однофазных сетях «ноль» не склонен к обгоранию, но обрыв может произойти по другим причинам. Трехфазная сеть в большей степени склонна к обгоранию нулевого проводника. Ниже мы рассмотрим вопрос, почему происходит отгорание «нуля» в трехфазной сети.

Обрыв нейтрального проводника

Обрыв нулевого провода в 3-х фазной электрической сети самая неприятная авария, которая вызывает немедленно перекос фаз. Она является непосредственной причиной выхода из строя однофазного электрооборудования.

В этом случае величина напряжения становится 380 В, вместо положенных 220 В, что будет катастрофой для электроприбора, рассчитанного на данное напряжение.

На электрических подстанциях в силовых согласующих трансформаторах 3 имеющихся обмотки, соединены по схеме «звезда». Из общей точки их подключения исходит нулевой проводник. В случае его обрыва в электросети создается несимметрия напряжений, то есть перекос фаз, который находится в прямой зависимости от подключенной нагрузки. Ниже рисунок демонстрирует такую ситуацию.

Рисунок показывает: если все нагрузки RH одинаковы, то наиболее загруженной окажется фаза C, а разгруженная – фаза А. Обрыв нейтрального проводника вызывает неуправляемый процесс.

Последствия обрыва нулевого проводника

В конечном результате неуправляемого процесса последует перераспределение в фазных шинах разности потенциалов. Проводник фазы, которая подвержена наибольшей загрузке, будет выполнять роль нейтрального провода и напряжение в нем увеличится до 380 вольт. В фазной шине, загруженной по минимуму, напряжение «проседает» до 127 вольт и ниже.

Тогда, если в домашней электросети будут включены электроприборы, то индикатор будет показывать наличие в розетках двух фаз, то есть 380 В. Все потребители электроэнергии будут запитаны по принципу «Звезда без нуля».

Отсюда следует, что выйдут из строя первыми потребители энергии с двигателями. К их числу следует отнести: холодильники, вентиляторы, сплит-системы, стиральные машины, кондиционеры.

За ними последуют ИБП и приборы, в конструкцию которых включены нагревательные элементы. Точная радиоэлектронная аппаратура, которая содержит элементы локальной защиты пострадает меньше всего. Современный телевизор, скорее всего, отключится, но сгореть не должен.

В худшем положении окажутся потребители электроэнергии, находящиеся «в конце» данной цепочки. На этом участке сети будет наблюдаться превышение допустимых величин нагрузки и положение усугубляется тем, что далеко не все автоматы сработают в штатном режиме.

Тогда возрастает вероятность возгораний источников потребляемой мощности и электропроводки. В этом состоит исключительный эпизод перекоса фаз. Полная асимметрия напряжений сети приводит к поражению электрическим током, если к тому же отсутствует надежное дополнительное заземление.

Методы защиты

Одна из причин обрыва нейтрали указывает на неверное подсоединение нулевого проводника либо нарушение последовательности подключений проводов электриком. Однако аварийная ситуация также может создастся и без человеческого фактора.

Так, например, не исключено «отгорание» нейтрального проводника на электроподстанции или в силовом распределительном щите, обрыв жилы в электрическом кабеле и др. Когда нулевой проводник не надежно закреплен, то он нагревается, окисляется и в конечном итоге перегорает.

Использование больших номиналов предохранителей также может привести к аналогичному результату. Частенько нулевая жила обрывается от обледенений, проведения некачественных ремонтных работ, от сильного ветра и др.

Единственный выход из такого аварийного положения просматривается в немедленном отключении питающего напряжения. Это действие доступно сделать вручную, но не всегда можно успеть. С подобной задачей на высоком уровне справляются автоматические устройства защиты, которые способны моментально отключить сеть при возникновении в ней перенапряжения.

К таким устройствам относятся стабилизаторы, УЗО, в которых предусмотрена защита от повышенного напряжения, дифференциальные автоматы, реагирующие на обрыв нейтрали, автоматические выключатели.

Возможности автоматических выключателей расширяются, если совместно с ними используются расцепители напряжения, срабатывающие от допустимой максимальной и минимальной величины разности потенциалов. Нередко для предупреждения аварийных ситуаций используются специализированные реле напряжения.

Эффективен также ограничитель перенапряжения УЗИП. Он отключает электросеть при перенапряжении в электрической проводке, которое возникает из-за обрыва либо «отгорании» нейтрального проводника, при попадании разряда молнии и по ряду других причин. Часто используется в частных домовладениях.

Какие бывают последствия отгорания нуля?

Приходилось ли вам слышать о том, что у кого-то сгорела дорогостоящая аппаратура. Возможно, тебе лично пришлось испытать такую неприятность. Почему такое произошло? Причина оказалась в том, что на проводнике в какой-то момент, присутствовало не 220 В, а 380 В. Как такое возможно? Кого винить в произошедшем? Кто будет покрывать убытки?

Были такие случаи, когда пьяный электрик во время профилактических работ в контактных соединениях перепутал проводники, вместо проводника нуль подсоединил фазу, а между фазой и фазой напряжение составляет 380 Вольт.

Но чаще всего, 380В может поступить в наши обители с неожиданной стороны. Проблема кроется в отгорании нуля. Что это за таинственное отгорание нуля? Как оно происходит? Как защититься от нежданного “гостя”?

Как определить опасность?

Чтобы найти место повреждения нулевого провода, можно воспользоваться специальным тестером, который сможет точно показать, где произошел обрыв даже под отделкой стен, как показано на фото ниже (если проводка скрытая). О том, как найти провод в стене, мы рассказывали в соответствующей статье.

Еще один вариант поиска – визуальный осмотр всей цепи. Просмотрите все соединения проводов в распределительном щитке. Возможно, ноль отгорел на одном из автоматов, что не сложно определить и устранить. Если же обрыв нулевого провода произошел на стояке подъезда, тут уже дело не Ваше и поиском неисправности займется ЖКХ либо специальная служба, которую они вызовут для осмотра силового трансформатора и вторичной цепи в том числе.

Обрыв нулевого провода: последствия и защита

В трехрисфазных электросетях, широко распространенных в России, чаще всего нагрузка подключается «звездой», то есть с применением нулевого провода. В такой цепи напряжение между фазой и «нулем» составляет около 220В, а между фазами — около 380В.

Плохой контакт, или ошибка электрика, могут привести к опасной ситуации, которую называют «обрыв нулевого провода». Надо понимать, что собственно обрыв провода не вызывает поломки нагрузки, но вызывает изменение напряжения в сети. Так, если на щитке, входящем в дом, пропал контакт на нулевом проводе, и подключена равномерная нагрузка (например, трехфазный двигатель) то все будет нормально работать. Но на практике, нагрузки на фазах отличаются по номиналу. И чем больше это отличие, тем больше перекос фаз.

Дело в том, что номинал нулевого провода в доме (подъезде, цеху, или другом участке сети) сместится от фактического нуля в сторону наибольшей нагрузки (наименьшего сопротивления). Если на фазе А лампочка 40Вт, на фазе В компьютер 200 Вт, а к фазе С подключается обогреватель 3000 Вт, то напряжение в локальной сети на фазе С приблизится к нулю, на фазе А будет почти 380 В, а на фазе В — поменьше, например, 350 В. Понятно, что и для лампочки, и для компьютера это приведет к поломке. Пониженное напряжение на фазе также может привести к плачевным последствиям для подключенной нагрузки. Трехфазная нагрузка (например, электродвигатель насоса) подключенная к сети с таким перекосом, также будет повреждена.

Если обрыв нулевого провода произошел на более раннем участке сети, например, в щитовой большого цеха или поселка, то номинал подключенных нагрузок будет отличаться не так сильно, и потенциал на «нуле» будет «плавать» до тех пор, пока не приведет к поломкам и аварийному отключению сети. Кроме выхода из строя подключенных приборов, есть еще опасные моменты. Повышенное напряжение может привести к пожару! Не пытайтесь проверять сеть подключением другой нагрузки. Работайте с электрооборудованием, соблюдая правила безопасности. Помните, что на нулевом проводе может быть опасное для жизни напряжение до 220 В!

Если вы живете в квартире и пользуетесь подключением к однофазной сети, то не следует считать, что обрыв нулевого провода вас не коснется. Ваша однофазная сеть — это всего лишь участок одной из фаз большой трехфазной сети. Например, в подъезд входит три фазы, а на этаже они распределяются по квартирам. Таким образом, при обрыве нулевого провода, в некоторых квартирах будет заниженное напряжение, а в других — завышенное, что приведет, как минимум, к массовым поломкам электроприборов.

Как защититься от последствий обрыва нулевого провода? Нам необходимо отключить нагрузку при повышении напряжения между фазой и нулевым проводом (а также при понижении ниже установленного минимума). Для защиты трехфазных потребителей электроэнергии применяют трехфазные реле напряжения. Например, RN-03-02 (рис.1) отключит трехфазную нагрузку при помощи внешнего пускателя. Схема подключения на рис.2.

Рис.1. Реле напряжения RN-03-02

Рис.2. Схема подключения RN-03-02

Реле напряжения RN-03-30(рис.3) позволяет подключить нагрузку без применения пускателя, так как имеет три встроенных исполнительных реле.

Рис.3. Реле напряжения RN-03-30

Если у вас однофазная сеть или вы подключаете к трехфазной сети только однофазные нагрузки, то можно применить однофазное реле RN-01-02, RN-01-30, RN-01-63 (см.рисунки ниже). Эти реле отличаются максимальной мощностью подключаемой нагрузки. В случае однофазных нагрузок, подключенных к трехфазной сети, понадобится три реле. Реле RN-01-02 рассчитано на ток нагрузки до 10А, более мощные нагрузки подключаются через пускатель (схема приведена на рис.7).

Рис.4. Реле напряжения RN-01-02	Рис.5. Реле напряжения RN-01-30
Рис.6. Реле напряжения RN-01-63	Рис.7. Схема подключения RN-01-02

Кроме повышенного или пониженного напряжения в сети, трехфазные нагрузки подвержены другим опасным аварийным факторам. Их необходимо защищать от склеивания фаз, нарушения порядка чередования фаз. От таких аварийных ситуаций защитят реле контроля фаз RKF-03-02, реле защиты электродвигателя RZD-03-02, RZD-03-30. Эти приборы обеспечит наиболее полную защиту трехфазных нагрузок. Подключаются к сети также, как и реле напряжения..

Релейные приборы защиты сети обеспечивают отключение потребителей электроэнергии при аварийном отклонении напряжения в сети и, тем самым, спасают подключенные электроприборы от поломки, а саму сеть от повреждения и возможного пожара. После устранения причины аварийного отключения, реле напряжения проверяет параметры напряжения в сети, и подключит нагрузки.

Обрыв нуля в однофазной сети

Тут картина будет следующей:

Обрыв нуля в однофазной сети

Для нагрузки, которая работает на других фазах, вообще ничего не изменится. Это всё равно, как если в своей квартире выключить вводные автоматы – соседям будет по барабану.

Но если обрыв произошел, например, в щитке, то вся квартира, в том числе и оборванный конец нулевого провода, окажется под напряжением 220В!

Обрыв (отгорание) бывает вот из-за таких ржавых болтов, как вверху этого фото:

Плохой ноль. Пропадание нуля в квартире

Повторюсь – если заземление сделано правильно, либо его вообще нет – эта авария ничем не опасна. Ну и, конечно, не нужно трогать провода, не дожидаясь электрика – все они под смертельным потенциалом!

Хорошо, кто виноват – мы поняли. Что делать?