Что такое обрыв нуля в трехфазной сети — причины и защита

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

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

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.

Дополнительные рекомендации

Обратите внимание на кнопку «Тест», с помощью которой можно протестировать такое защитное устройство на предмет корректной работы.
Не всегда есть необходимость устанавливать дифференциальный автомат в электрическую сеть дома или квартиры. И если уж установка производится

То монтаж лучше проводить на розеточные группы. Освещение, а также контур, питающий электрическую варочную плиту, этим устройством не оснащаются.
Правилами ПУЭ установлено, что дифавтоматы необходимо обязательно устанавливать в сетях, где присутствует заземляющий контур «PE».

Обратите особое внимание не только на выбор дифференциального автомата, но и на грамотно проведенный его монтаж. Именно от этого чаще всего зависит, как будет работать вся электрическая сеть, насколько она будет безопасной

Поэтому сборкой распределительного щита должен заниматься профессиональный электрик. Хотя самостоятельно провести этот процесс несложно.

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.

Защита от обрыва нуля в трехфазной сети

Обрыв нулевого провода в системе заземления TN-C-S имеет свои особенности. Эта система электроснабжения наиболее распространена.

Система заземления TN-C-S

От трансформатора подстанции к потребителю электроэнергии подходят четыре проводника. Это три фазных провода L1, L2, L3 и проводник PEN, который совмещает функции рабочего нуля N, и защитного провода PE. У трансформатора подстанции проводник PEN заземлен. На входе в здание на ВРУ (вводное распределительное устройство) или в силовом щите проводник PEN разделяют на рабочий ноль N и защитный PE.

На лестничную площадку каждого этажа подводят 3 фазы, рабочий ноль и защитный провод. Далее 3 фазы стараются равномерно распределить по квартирам. Нагрузки в квартирах далеко не одинаковые, но напряжения по фазам примерно одинаковые. Это вызвано тем, что сдвиг фазы трехфазного тока составляет 120 градусов и при одинаковых нагрузках на 3 фазах ток нейтрали будет равен 0. При расхождении нагрузки на фазах, на нейтрали появится небольшой ток.

То есть, в этом случае нейтраль является компенсатором при расхождении нагрузок по фазам. Если произошел обрыв проводника PEN распределительного устройства в системе электроснабжения TN-C-S, то напряжение по фазам в квартирах может очень сильно отличаться. Напряжение в квартирах, где включена большая нагрузка (духовка, печь) может быть небольшим, а в квартирах, где нагрузка небольшая, напряжение может вырасти до максимума 380 В. Повышенное напряжение, появляется на нейтральном проводнике через нагрузку соседней квартиры, с другой фазой.

Подключение РН-113 в электрощитке

Высокое напряжение выведет из строя все включенные электроприборы и освещение. Так как в системе TN-C-S проводники N и PE соединены вместе, то при появлении напряжения на проводнике N вызовет напряжение на защитном проводнике PE, который соединен с корпусами электроприборов. При прикосновении человека к корпусу электроприбора и одновременном касании открытых частей металлических конструкций (металлические трубы, раковины, ванны) имеющих другой потенциал, получит удар током.

В некоторых домах возможно повторное заземление ВРУ или домовых электрощитов. В этом случае на корпусах электроприборов будет находиться уравнивающий потенциал, что значительно снизит вероятность поражения человека током. Для защиты от обрыва нуля в квартирах нижних этажей можно устанавливать заземляющий контур.

Однако индивидуальные контура заземления не способны в полной мере защитить человека от поражения электрическим током в виду недостаточной влажности и состава почвы, сопротивления заземления, не соблюдения правил монтажа контура и его обслуживания

Поэтому важно устанавливать в квартирных щитках реле напряжения, которое защитит электроприборы и человека от поражения током.  Для полноты защиты наряду с реле напряжения устанавливают УЗО (устройство защитного отключения)

Пример квартирного щитка с УЗО и реле напряжения

Если произойдет обрыв нуля в квартирном щитке или в электропроводке квартиры, то есть обрыв нуля в однофазной сети 220 вольт, то такая неисправность не страшна для электроприборов, так как электрическая цепь не замкнута, в результате чего прибор работать не будет. Для человека обрыв нуля в однофазной сети 220В может нести опасность, если:

– нулевой провод используется как защитное заземление и присоединен к корпусу электроприборов (что запрещено):

– оголенный нулевой провод касается корпуса электроприбора.

Для защиты также рекомендуется устанавливать УЗО и реле напряжения в квартирный щиток.

Перекос фаз: определение, причины его возникновения и способы защиты

В однофазном режиме значение напряжения должно составлять 220 вольт, а при трёхфазном — 380 вольт. Но в реальности эти числа практически не встречаются.

Поэтому проверив значение напряжения в розетке, можно наглядно убедиться в существовании перекоса фаз.

Чтобы приблизить значение напряжения к стандартным значениям, необходимо понимать, что подразумевается под словосочетанием «перекос фаз», его причинами и возможными способами устранения.

  • Суть понятия
  • Причины возникновения
  • Способы защиты
  • Последствия перекоса

Фаза — это электрическая цепь с некоторым значением синусоидальной электродвижущей силы.

Трёхфазная цепь, в свою очередь, состоит из трёх электрических цепей, которые владеют синусоидальной электродвижущей силой с одинаковой амплитудой и частотой тока.

Трёхфазная сеть состоит из трёх синусоидальных токов или напряжений, которые имеют одну частоту и сдвинуты по фазе на угол, равный 120 градусам.

Если потребителей электрической энергии подключить к фазам сети неравномерно — например, большинство сосредоточить в одной, а в двух других их будет гораздо меньше — это приведёт к асимметрии напряжения. При этом в трёхфазных четырёхпроводных сетях несимметричность параметров будет менее заметна, так как нулевой провод выравнивает неравномерность напряжения по фазам.

Причины возникновения

Нарушение симметричности напряжений в трёхфазной цепи — нежелательная ситуация. Поэтому для того чтобы её устранить, необходимо понять, почему она может возникнуть. Причины перекоса фаз в трёхфазной сети сводятся к основным трём обстоятельствам:

  • неравномерное группирование потребителей;
  • отсоединение нулевого провода;
  • замыкание фазного провода на землю.

При неправильном распределении потребителей в трёхфазной трёхпроводной цепи, напряжение на них будет существенно отличаться. Потребители, обладающие наименьшим сопротивлением, окажутся под повышенным напряжением. Токоприёмники с большим значением сопротивления будут иметь напряжение, не достигающее оптимального значения.

На источниках электроэнергии неравномерное распределение напряжения по фазам скажется в виде увеличенного потребления энергии, повреждений изоляции, износа, сокращение срока службы. При использовании автономного дизельного генератора увеличится расход топлива и охлаждающего вещества.

Снижение качества электрической изоляции для потребителей чревато такими последствиями:

  • повреждение, поломка бытовых приборов или электрической проводки;
  • возникновение пожара;
  • получение травм;
  • выход из строя электроприборов.

Способы защиты

Устранить нежелательное явление перекоса можно с помощью организационных мероприятий и установкой защитной аппаратуры.

К организационным мероприятиям относится правильное распределение нагрузки по всем фазам с учётом мощности. Недостатком является тот факт, что при всём желании проектировщика произвести очень точное размещение, особенно при подключении квартир, домов, невозможно.

Защитная аппаратура, которую можно установить:

  • Трёхфазный автоматический выключатель.
  • Трёхфазный стабилизатор напряжения.
  • Реле контроля фаз. Особенно целесообразно использовать реле совместно со стабилизаторами напряжения.
  • Симметрирующие трансформаторы. По строению они отличаются от силовых тем, что имеют дополнительную обмотку, которая включается между заземлением средней точки и нулём.

Недостатки трёхфазных стабилизаторов:

  • излишний расход электроэнергии;
  • низкая надёжность работы из-за частой смены деталей;
  • принцип работы, способствующий появлению перекоса фаз.

Последствия перекоса

Наиболее просто обнаружить неравномерность напряжения даже без вольтметра в быту. При его пониженном значении бытовые приборы могут не включаться, осветительные приборы будут гореть очень тускло.

Последствия неравномерного распределения нагрузки:

  • ухудшение качества электроэнергии;
  • появление уравнительных токов, из-за которых потери электроэнергии увеличиваются;
  • неэффективная работа электрооборудования, снижение качества электрической изоляции и, как следствие, уменьшение срока службы аппаратуры.

Перекос фаз — явление крайне нежелательное, но, к сожалению, довольно распространённое при работе электрооборудования. Полностью искоренить его почти невозможно. Поэтому необходимо следить, чтобы отклонения значения напряжений всегда находились в допустимых пределах. Это обеспечит длительный срок службы электроприборов и сохранит здоровье и жизнь обслуживающему персоналу.

Обрыв нуля и его последствия

Что же произойдет, если случится обрыв нуля? Не важно где, в этажном стояке, в самой трансформаторной будке, либо вообще на воздушной линии, если это частный сектор с ВЛ или ВЛИ. Почувствуют это все, кто будет подключен после данного обрыва

Так вот, в этом случае ток, начав свой путь от одной фазы, проходит через своего потребителя и уходит к источнику питания не через ноль, потому что там обрыв, а возвращается через другую фазу и сопротивление второго потребителя.

Фактически у нас мгновенно получается вместо параллельной схемы, последовательная схема, рассмотренная ранее. Со всеми ее недостатками и перераспределением напряжения в зависимости от мощности потребителя.

И здесь уже нужно отталкиваться не от 220 вольт, а считать начиная от 380 вольт. Ноля то в цепочке нет, и все электроприемники оказываются включенными между двух фаз.

Если их мощности будут примерно одинаковыми, то напряжение равномерно распределится между всеми розетками в квартирах, и вполне возможно, что никто ничего даже и не заметит. 

Но стоит кому-то включить у себя что-то помощнее, вот тут то и произойдет моментальный скачок. У данного потребителя в квартире напряжение резко упадет (из-за его мощного токоприемника), а у всех других подскочет.

У кого было меньше всего включено бытовых приборов по фазе, как раз и появится близкое к 380в напряжение. Явление это мы рассматривали ранее при изучении последовательного подключения.

Чем меньше мощность в последовательной цепи, тем больше сюда приходится напряжения. Более мощные потребители получают меньший перекос, менее мощным – достается самое высокое напряжение.

Если вы хотите разрывать ноль на вводе, то всегда используйте автоматы, которые это делают только с одновременным отключением всех фаз (двух полюсный или четырехполюсный автомат с общим “язычком”).

Поделитесь в социальных сетях:FacebookTwittervKontakte
Напишите комментарий