Защита от обрыва нуля в однофазной сети

Обрыв нулевого провода в трехфазной электрической сети – опасное явление, которое может привести к различным негативным последствиям для бытовых электроприборов, а также для людей, которые их эксплуатируют. В данной статье рассмотрим последствия обрыва нулевого провода на конкретном примере и соответствующие способы защиты домашней электропроводки от обрыва нуля.

Последствия обрыва нулевого провода

В качестве примера рассмотрим многоквартирный дом, питающийся по наиболее распространенной системе заземления TN-C-S. Система данного типа предусматривает заземление нейтрали источника питания – трансформатора подстанции.

От подстанции к потребителю, в данном случае в дом, электричество поступает по четырем проводникам – трем фазным и проводнику, который совмещает функции рабочего нулевого и защитного заземляющего проводника.

После ввода в здание совмещенный проводник разделяется на рабочий нулевой проводник и защитный, а затем распределяется между квартирами.

Три фазы электрической сети при вводе в дом распределяются на примерно равное количество квартир. Но при нормальном режиме работы электрической сети нагрузка по трем фазам неравномерная, так как жители квартир по-разному эксплуатируют электроприборы, и в разные промежутки времени нагрузка по фазам отличается, причем значительно.

При этом напряжение по фазам практически равное, так как нулевой провод играет роль балансира, снижает так называемое напряжение смещения нейтральной точки практически до нуля.

В случае обрыва нулевого провода на линии электропередач тут же возникает дисбаланс – возникает перекос фазных напряжений. При этом по одной фазе, где нагрузка меньше напряжение резко возрастает, а на самой загруженной фазе наоборот – падает.

При этом в зависимости от перекоса, напряжение на фазах может колебаться от нескольких десятков вольт до значения линейного напряжения трехфазной сети – 380 В. В данном случае все зависит от величины перекоса нагрузок по фазам электрической сети.

Последствия перепадов напряжения наверняка всем известны. Значительное превышение напряжения в бытовой сети приведет к выходу из строя практически всей техники, которая в данный момент работала от сети. Чрезмерно низкое напряжение за считанные минуты выведет из строя компрессор холодильника или кондиционера, электродвигатель стиральной машины и другие электроприборы, конструктивно имеющие электродвигатели. Ненормальный режим работы электроприборов может закончиться выходом их из строя с последующим возгоранием.

Выход из строя бытовой техники – это не самое страшное. В случае перегорания нуля до ввода в дом, то есть до разделения его на нулевой и заземляющий проводник, на всех заземленных элементах оборудования, бытовых электроприборах появляется фазное напряжение. В случае прикосновения к таким электроприборам человек будет поражен электрическим током.

Если в доме реализована система уравнивания потенциалов, которая предусматривает электрическое соединение с заземляющей шиной всех металлических элементов конструкции, металлических трубопроводов, то вероятность поражения электрическим током снижается, так как человек не будет касаться двух точек с разным потенциалом.

Но, как показывает практика, такая система в большинстве домов не реализована и в случае появления на корпусе электроприбора опасного потенциала и прикосновения человека одновременно к данному электроприбору и металлическому предмету, имеющему другой потенциал, человек будет поражен электрическим током.

Защита от обрыва нуля

Как защитить себя и бытовые электроприборы от вышеописанных последствий? Основная мера защиты от возможных перепадов напряжения – это установка реле напряжения на вводе домашнего распределительного щитка. В случае чрезмерного снижения или увеличения напряжения реле напряжения мгновенно обесточит электропроводку, защитив при этом включенные в сеть электроприборы.

Что касается заземления в сети системы TN-C-S, то защиты от возможного появления опасного потенциала на корпусе оборудования в случае повреждения нуля до места его разделения нет.

По сути, если линия электропередач находится в неудовлетворительном состоянии и вероятность повреждения совмещенного провода до точки разделения в доме высока, то эксплуатация такого заземления опасна. В любой момент заземленные корпуса оборудования могут оказаться под напряжением. Есть ли выход в данной ситуации?

Владельцам квартир на первом этаже, а также в частных домах можно сделать индивидуальный заземляющий контур, который будет электрически независим от совмещенного нейтрального проводника электрической сети. В данном случае сеть будет конфигурации TT.

В электрической сети, где реализована система TT, обрыв нулевого провода не приводит к появлению опасного потенциала на корпусе оборудования. Но при этом перекос напряжений по фазам может возникнуть, поэтому реле напряжения в данных сетях также необходимо установить для защиты бытовых электроприборов.

Вообще, если говорить о надежности заземления в сети системы TN-C-S, то в данном случае гарантировать безопасность эксплуатации заземленных электроприборов можно только в том случае, если снабжающая организация выполняет периодические проверки состояния сетей от питающей подстанции непосредственно до главного распределительного щитка дома и своевременно устраняет возможные нарушения.

Также следует отметить, что как в системе TT, так и в системе TN-C-S, соответствующее всем требованиям защитное заземление не может обеспечить абсолютной защиты от поражения электрическим током в случае появления опасного потенциала, поэтому необходимо в обязательном порядке устанавливать в распределительный щиток устройство защитного отключения.

В данном случае при возможной утечке тока на заземленный корпус УЗО моментально обесточит электропроводку. Некоторые типы устройств защитного отключения имеют дополнительную функцию защиты от перепадов напряжения, то есть такое устройство будет совмещать в себе функции двух защитных аппаратов.

Даже те, кто не имеет электротехнического образования, наверняка слышали о такой аварийной ситуации, как перекос фаз. В некоторых предыдущих публикациях мы уже упоминали, чем грозит обрыв нуля, и кратко упоминали о способах защиты от несимметрии фазных напряжений. Сегодня мы более подробно рассмотрим данную тему.

Что такое обрыв нуля?

Для полноценного ответа на этот вопрос необходимо привести примеры штатной работы трехфазной схемы ввода электроснабжения. В качестве примера приведем упрощенный вариант с вводом для этажного распределительного щита.

Схема 1. Штатная работа системы

Как видно из рисунка, каждая из квартир на этаже запитана от отдельной фазы (L₁ – L₃) и общего нуля. Что формирует в бытовой сети каждой квартиры фазное напряжение 220 вольт (L₁N=L₂N=L₃=220 В.). В данном случае используется схема питания TN-C-S, где задействована шина заземления PE, соединяемая в РУ здания с нулем. Приведенная система сбалансированная, поскольку ток нагрузки в фазных проводах суммируется через нулевую линию, что снижает вероятность перекоса фазных напряжений.

Заметим, что полностью исключить данное явление довольно сложно, поскольку сопротивление нагрузок на каждой фазе может различаться. К примеру, в квартире_1 включен кондиционер и стиральная машина, в квартире_2 хозяин запустил бойлер и электропечку, а в квартире_3 жильцы отсутствуют и все бытовые приборы отключены от сети. По итогу, в трехфазной системе питания возникнет несимметрия напряжений.

Теперь рассмотрим работу сети в нештатном режиме, когда происходит отгорание нуля.

Что происходит в электросети при обрыве нуля?

Рассмотрим отдельно, изменение режима работы трехфазной сети при обрыве магистрального нуля и как поведет себя однофазная электрическая проводка, если отгорание нулевого проводника произойдет на вводе.

Отгорание нуля в трехфазной сети

Внесем изменения в рисунок 1, вызванные аварией, а именно отключением нуля .

Оборвался нулевой магистральный проводник

В данном случае обрыв общего нулевого провода приведет к тому, что движение электрического тока по нему прекратиться. В результате все квартиры R₁-R₃ будут запитаны по типу подключения «звезда без нулевой магистрали». Другими словами, при обрыве нуля на каждую квартиру будет поступать не фазное, а линейное напряжение.

Контур из квартир 1 и 2

Для примера предлагаем рассмотреть, как сложится ситуация в квартирах 1 и 2. Нагрузка электрических приборов суммируется в данном контуре при прохождении через него тока I₁₂. Соответственно, уровень напряжения для квартир установится в зависимости от нагрузки подключенных к сети приборов. То есть: U₁ = I₁₂*R₁, а U₂ = I₁₂* R₂. Из этого следует, что суммарная величина силы тока составит I₁₂ = U₁₂ / (R₁+R₂) :

Обратим внимание, что суммарное напряжение контура будет равно линейному в данной электросети, то есть U₁₂ = 380 вольт. Но при этом показатели U₁ и U₂ могут варьироваться в диапазоне 0-380 вольт и, естественно, существенно отличаться друг от друга. На данные значения может влиять как нагрузка подключенных приборов в каждой из квартир, так и ее активная и пассивная составляющая.

В результате если произойдут проблемы с нейтралью трансформатора (нулем источника), велика вероятность выхода из строя подключенных к сети приборов. Причина – повышение уровня напряжения в сети.

Обрыв нуля в однофазной сети

В данной ситуации последствия будут не такими печальными, как в описанном выше случае, но, тем не менее, если отгорает вводный ноль в системе TN-C, это может представлять серьезную опасность для жизни человека.

Отгорание нуля в схеме однофазного потребителя

Для однофазных нагрузок обрыв нуля будет аналогичен отключению напряжения, за исключением того фактора, что на фазном проводе останется потенциал, представляющий опасность для жизни. Причем, он также проявится там, где был ранее защитный ноль в контактах розеток. Если корпуса электроприборов заземлялись рабочим нулем, то весьма велика вероятность негативных последствий. В системах TN-C-S фактор риска существенно сокращается, за счет использования PEN проводника.

Как защититься?

Узнав об опасности, представляемой потерей нуля, предлагаем рассмотреть варианты защиты от данного явления:

• Начать необходимо с грамотного монтажа электропроводки. Если для питания объекта планируется задействовать трехфазную схему электроснабжения, то ее расчет должен быть произведен таким образом, чтобы минимизировать вероятность перекоса фаз. То есть, необходимо планомерно распределить нагрузку на каждую линию.
• Следует задействовать в управлении сетью приборы, выравнивающие нагрузку на каждую из фаз. Причем, в идеале, эта работа должна осуществляться без привлечения операторов, то есть, выполняться автоматически при обрыве нуля.
• Должна иметься возможность оперативного изменения схемы подключения потребителей. Это позволяет внести корректировки, если на этапе проектирования не была должным образом учтена нагрузка на каждый участок или увеличилась мощность потребления в связи с вводом новых объектов. То есть, при возникновении критической ситуации должна иметься возможность изменения мощности. В качестве примера можно привести вариант, когда многоквартирный дом переводится на линию с большей нагрузкой для «разбавления» перекоса фаз, возникающего при обрыве нуля.

В приведенных выше вариантах мы рассматривали защиту от перекосов в глобальных масштабах, конечный потребитель может обеспечить должный уровень защиты значительно проще. Для этого достаточно установить реле контроля напряжения, в котором указать допустимый минимальный и максимальный уровень. Как правило, это ±10% от нормы.

Подведем итоги

Безусловно, что вероятности аварий носят случайный характер, максимум, что можно сделать в таких ситуациях, — принять необходимые меры для обеспечения защиты. Но помимо этого не будет лишним вовремя определить аварийную ситуацию по характерным признакам. В первую очередь отгорание нулевого магистрального провода приводит к перенапряжению сети. Обнаружив первые признаки этого явления, следует отключить все электроприборы.

Сделать это оперативно и самостоятельно практически нереально. Временной промежуток для этого слишком коротким, поэтому следует установить на электрическом щитке специальные приборы, реагирующие на обрыв нуля. Как только напряжение выйдет за установленные пределы, реле контроля напряжения произведет защитное отключение.

Полностью доверять системе защиты не стоит. Может случиться так, что при наличии характерных признаков перепадов напряжения, отключение питания не произойдет. Поэтому имеет смысл перечислить наиболее вероятные проявления для данного явления:

• Мерцание ламп накаливания. Они наиболее чувствительны к перепаду уровня напряжения, возникающего при обрыве нуля. Энергосберегающие осветительные приборы и светодиодные лампы не настолько реагируют на изменения.
• Электронные приборы, имеющие встроенную защиту, как правило, отключаются от сети питания. Или не запускаются. Такие действия предусмотрены реакцией защиты импульсных БП на броски напряжения. Характерно, что такая реакция может сработать раньше, чем реле напряжения. Но это, во многом зависит от производителя и схемы реализации защиты электросетей, а также надежности электрического соединения.
• Еще один характерный признак – повышение температуры выключателя. Даже если Вы не обратили внимания на мерцание ламп, то данное проявление должно вызвать опасения.
• Искрение, при попытке подключения электроприбора, может говорить об обрыве нуля на вводе однофазного потребителя. Даже, если оно вызвано другим фактором, а не обрывом нуля, это очень нехороший признак.
• Самопроизвольные срабатывания вводных автоматов, также могут указывать на перенапряжение. Такая реакция на обрыв нуля характерна при включении электронагревательных приборов, например электропечи, бойлера, чайника и т.д.
• Характерные звуки во вводном электрическом щите также могут указывать на перепады напряжения. В такой ситуации рекомендуется отключить ввод питания и дождаться приезда аварийной бригады. Велика вероятность, что авария обрыва нуля имела место в электросети поставщика.
• Обязательно установите на вводе электрической сети реле напряжения. В идеале желательно продублировать данную систему стабилизатором напряжения для дома или квартиры. Такое устройство, работая в паре с реле, позволит поддерживать заданный уровень напряжения, не отключая питание.

Собственно, только многоуровневая защита может обеспечить максимальную безопасность.

Всем известно, что ток в электрической сети течет по замкнутому контуру, питая при этом разнообразную бытовую технику и промышленное оборудование. Сеть подачи электроэнергии в частные дома, квартиры и дачи является одним из направлений распределения электричества в глобальной системе энергоснабжения разнообразных объектов. Все это говорит о том, что для питания бытовых электроприборов необходимы как минимум два электрических проводника, которые создадут замкнутую цепь электропитания домашней техники.

Эти проводники называются фазным (L) и рабочим нулевым (N). «Ноль» не опасен для человека при прикосновении к нему, так как на нем отсутствует напряжение сети. Но это не значит, что через него не протекает электрический ток. В идеальном случае, в однофазной сети, величина тока, проходящего через фазный проводник полностью совпадает со значением этого параметра, протекающего через нейтральный провод. В этой статье мы рассмотрим вопрос, причины обрывы или обгорания нулевого проводника, что происходит в случае такой аварийной ситуации, последствия этой аварии и какая защита от обрыва «нуля» способна исключить такое негативное явление.

Внимание! Обгорание нейтрального проводника в трехфазной магистральной линии электроснабжения способен вызвать изменение величины напряжения от минимального до максимального значения в 380 В, а обрыв «нуля» внутренней электропроводки обесточит сеть с появлением фазы на нулевом контакте розетки.

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.

Внимание! Нейтральный проводник отгорает, как правило, при его плохом контакте с другими элементами сети. Поэтому необходимо уделять особое внимание монтажу нулевой жилы при различных переходах как в распределительном щите, так и в монтажных коробках.

Обрыв нулевого проводника в трехфазной сети

В однофазной электрической сети «нулем» является тот проводник, на котором отсутствует напряжение сети, но ток через него при подключенной нагрузке равен току через фазный провод. В случае трехфазной сети все совершенно по-другому! Главная загвоздка в том, что все сети электропередач построены по трехфазной системе и подключение потребителей выполняется по традиционной схеме «звезда». Вот здесь то и появляется термин «нулевой проводник»! Если нагрузка на каждую фазу одинаковая, то токи всех отдельных фаз компенсируются, так как они сдвинуты на 1/3 по отношению друг к другу. В этом случае, через нейтральный проводник, подключенный к средней точки «звезды», ток не течет и обгореть он не может.

Но это только в идеале! Даже в одной квартире к разным фазам могут быть подключены различные нагрузки, что уж говорить о многоквартирном доме. Невозможно предсказать, какую нагрузку может подключить к сети каждый из потребителей. Один включит одну люстру, запитанную от одной фазы, а следующий подключит несколько электроприборов, сидящих на другой фазе. Все это приводит к колебанию мощности нагрузок, поэтому в определенный момент одна из фаз будет сильно перегружена при отсутствии тока в других фазных проводниках. При таком раскладе в нулевом проводнике возникнет сильный ток, уравнивающий систему, что может привести к обгоранию нуля. Чтобы этого не произошло необходима защита от отгорания «нуля» в трехфазной сети.

Последствия при обрыве «нуля»

Последствия при обрыве нейтрального проводника могут быть совершенно разные. Все зависит от того в какой сети произошло аварийное отключение нуля: трехфазной или однофазной. Рассмотрим оба случая отдельно друг от друга.

Трехфазная сеть. Отгорание или обрыв нейтрального проводника в трехфазной сети может привести к полному перекосу питающих фаз в результате которого на одной линии электропроводки, питающей бытовую технику и осветительные приборы может возникнуть повышенное напряжение в 380 В, а на другой понизиться вплоть до нулевой величины. Перенапряжение, а также снижение напряжения электрической сети, является опасным для любых электроприборов и электронных устройств. Предельные величины напряжения в электропроводке могут вызвать возгорание как самих проводов, так и электроприборов, что приведет к пожару в помещение.

Важно! Обрыв или отгорание «нуля» в трехфазной сети приводит к большим и непредсказуемым перепадам напряжения, в ту или другую сторону. В результате этого явления могут выйти из строя дорогостоящие бытовые приборы и электронная техника, для которых очень опасны как повышение напряжения, так и его понижение относительно нормального уровня в 220 В!

Важно! Если монтаж заземления в квартире выполнен с нарушениями, то от корпуса электроприбора можно получить удар электрическим током. При правильном заземлении бытовой техники обрыв «нуля» в однофазной сети не принесет никаких негативных последствий, кроме обесточивания помещения и отключения всей бытовой техники и осветительных приборов!

Как мы видим, при обрыве нейтрального провода в любой сети как трехфазной, так и однофазной, может возникнуть ряд негативных и опасных последствий. Что делать, чтобы исключить такое развитие событий? Конечно, выход есть! Необходима защита от отгорания «нуля» или его обрыва! Ниже мы рассмотрим все виды защиты от обрыва или отгорания «нуля» в трехфазных и однофазных сетях.

Защита от обгорания или обрыва нуля

Итак, обрыв и отгорание нейтрального проводника является очень опасным и довольно частым происшествием. Есть ли необходимость в защите электросети от этого негативного явления? Конечно же, есть! Защита от отгорания «нуля» в трехфазной сети позволит вам сохранить свою дорогостоящую бытовую технику в рабочем состоянии. Защита от обрыва «нуля» в однофазной сети обеспечит вашу личную безопасность. Все эти виды обеспечения безопасности человека и бытовых электроприборов от последствий, возникающих при обрыве нейтрального проводника, выполняются с использованием специального оборудования и приемов электромонтажа, которые мы рассмотрим ниже.

1. Реле максимального и минимального напряжения. Это основное устройство, которое следует использовать для защиты электросетей от обгорания или обрыва нулевого проводника. Применяется на всех типах недвижности. Промышленность изготавливает модели реле напряжения как для однофазных, так и трехфазных сетей. Принцип действия устройства заключается в разрыве цени электроснабжения при отклонении величины напряжения в сети сверх установленных значений.
2. УЗИП — ограничитель перенапряжения. Это устройство для защиты и отключения оборудования при перенапряжении в электропроводке, возникающего вследствие обрыва или отгорания «нуля», удара молнии и по некоторым другим причинам. В основном используется в частных домовладениях. Принцип работы устройства заключен в увеличении собственного внутреннего сопротивления электротоку при больших перепадах напряжения.
3. Устройство защитного отключения (УЗО). Такой модуль, имеющий сокращенное название УЗО, способен создать эффективную защиту для человека от удара электрическим током при обрыве нейтрального проводника в однофазных линиях. УЗО мгновенно обесточит сеть при попадании фазы на нулевой провод в том случае, если заземление бытовых приборов выполнено с нарушением ПУЭ (правил устройства электроустановок).
4. Дифференциальный автомат с расширенными функциями. Дифавтомат — это защитное модульное устройство, позволяющее одновременно отключать фазу и нейтральный провод при возникновении любых аварийных ситуаций. Этот модуль совмещает в своей конструкции автоматический выключатель при КЗ (коротком замыкании) в нагрузке и защитное устройство (УЗО). При обгорании «нуля» в магистральных сетях с тремя фазами и обрыве нулевого провода в однофазных линиях он способен защитить электрические приборы и другую технику от выхода из строя, а человека от удара электротоком.
5. Многократное повторное заземление. Этот технологический прием способен защитить бытовые приборы и человека от последствий обрыва и обгорания «нуля», но он сложен в исполнении, решает ограниченный спектр задач и применяют его в основном специалисты энергоснабжающих организаций на магистральных линиях электропередач.

Заключение

Полностью застраховать себя от проблем, возникающих в процессе эксплуатации электрических сетей, никто не в состоянии. Даже если электрическая проводка в частном доме, квартире или на даче выполнена с соблюдением всех правил и норм, нейтральный проводник может оборваться или обгореть по независящим от вас причинам. Поэтому заранее позаботьтесь о защите своей бытовой техники и собственной жизни от последствий, которые могут возникнуть вследствие обрыва «нуля»!

Видео по теме