Назначение нулевого провода в трехфазных системах
Нулевой провод — это провод, который подключается к общей точке трехфазных нагрузок и служит для поддержания симметрии и баланса напряжения в системе. Нулевой провод также выполняет следующие функции:
- Защита от перенапряжений и коротких замыканий, поскольку он обеспечивает путь для утечки тока.
- Заземление и предотвращение электрических ударов, поскольку он соединяет корпуса электрооборудования с землей.
- Влияние на работу электрооборудования, поскольку он позволяет подключать однофазные потребители к трехфазной сети.
Нулевой провод имеет ряд свойств, таких как сечение, цвет, обозначение и способ подключения, которые регламентируются правилами и нормами использования электрической энергии.
Одной из важнейших экономических проблем электроснабжения является уменьшение веса проводов электрической сети при заданной передаваемой мощности и определенном проценте потерь в сети. Оно может быть достигнуто не только повышением напряжения в сети, но также путем объединения нескольких независимых сетей, причем в части проводов можно создать токи, взаимно компенсирующие друг друга. Это дает возможность уменьшить либо число проводов, либо их сечение.
Уже в первые годы развития электротехники, когда электропередача производилась при постоянном напряжении, указанная идея была использована в так называемой трехпроводной системе, предложенной Доливо-Добровольским.
Пусть имеются два одинаковых (по напряжению и мощности) источника постоянного напряжения U , каждый из которых обслуживает своих потребителей.
Сеть состоит из четырех проводов. Если объединить два провода в так называемый уравнительный (нулевой) провод, то в нем будут суммироваться противоположно направленные токи, поэтому сечение провода можно будет значительно уменьшить.
При симметричной нагрузке ( I1=I2 ) уравнительный провод оказывается излишним, и экономия в проводах достигает 50°. При изменении нагрузок (без уравнительного провода) напряжение будет перераспределяться между ними, что нежелательно .
Уравнительный провод в значительной степени уменьшает несимметричное распределение напряжения. Если можно пренебречь внутренним сопротивлением источников и сопротивлением линии, то несимметрия устраняется практически полностью. Подобная же идея лежит в основе построения многофазных систем переменного тока.
Многофазной симметричной системой называется совокупность нескольких переменных напряжений равной амплитуды и частоты, симметрично сдвинутых по фазе со времени. Практическое распространение получила трехфазная система (смотрите — Трехфазная система ЭДС).
Трехфазная (и всякая многофазная) система по сравнению с однофазной имеет ряд преимуществ: она позволяет выиграть в весе проводов электрической сети, обеспечивает более равномерную нагрузку двигателя, вращающего электрический генератор трехфазного напряжения, и, наконец, позволяет создать вращающееся магнитное поле, широко применяющееся в электродвигателях.
Если бы вместо трехфазной системы применялась однофазная (той же мощности и того же напряжения), то потребовалось бы только два провода, но их сечение пришлось бы рассчитывать на втрое больший ток. По сравнению с однофазной системой трехфазная дает экономию в весе проводов на 30 — 40%.
Независимо от схемы включения генератора (обычно неизвестной потребителю) нагрузка трехфазной системы также может включаться двумя способами — треугольником или звездой.
В первом случае напряжение на каждом из потребителей равно линейному и не меняется при нарушении симметрии нагрузок. Ток в потребителе (фазовый) отличается от тока в линии.
При включении же потребителей звездой ток в каждой нагрузке равен соответствующему линейному току, но напряжение на каждой нагрузке (фазовое) отлично от линейного.
При изменениях нагрузок токи автоматически перераспределяются, причем сумма их (получающаяся в общей точке нагрузок) всегда обращается в нуль. Одновременно происходит соответственное перераспределение напряжений между неравными нагрузками.
Этот недостаток устраняется, если имеется нулевой провод (присоединяемый к общей точке нагрузок), так как он позволяет сумме трех фазовых токов оставаться отличной от нуля т. е. при несимметричной нагрузке нулевой провод трехфазной системы способствует поддержанию постоянства напряжения на нагрузках.
Таким образом, нулевой провод в трехфазных системах имеет важное значение для обеспечения надежной и безопасной работы электрооборудования, но также требует применения дополнительных мер по его защите.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.
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.
зачем нужен 0 в трехфазной цепи?
Все очень просто, ток течет только по замкнутой цепи, а нулевой провод является замыкающим для трех цепей сразу и называется он нулевым, потому что три разные фазы этих цепей соединяясь вместе в одном проводе гасят друг друга создавая ноль не опасный для человека и без которого ни одна фаза работать не будет, так как цепь окажется разомкнутой без нулевого провода.
Dmitriy KonopskyУченик (101) 7 лет назад
Совершенно «Профессор» не прав!
Ноль является «выравнимателем» между 3-мя фазами!
Профессор Мастер (1275) Интересно и что с чем он выравнивает?
Остальные ответы
заземление
чтобы цепь работала, 0 почти всегда нужен.
Для того чтобы протекал ток необходима разность потенциалов, для того 0 и нужен
Это зануление, а не заземление. Разные вещи. В случае пробоя на корпус ток пойдёт не через прикоснувшегося к оборудованию человека, а через нулевой провод. Т. е. безопасность.
Для разности потенциалов. А еще для защиты он нужен. Фаза + ноль (напрямую) = короткое замыкание. К примеру асинхронный двигатель. Три фазы на питание и ноль на корпус. Если фаза случайно попадет на корпус (а на нем ноль) , произойдет КЗ и ток резко возрастет, в итоге должна сработать защита двигателя и он должен обесточится, чтоб ты этот движок под напругой не потрогал случайно.
елизавета elizavetishnaМастер (1307) 6 лет назад
Так он наоборот ток увеличивает . Или не так поняла?
Просто в случае внештатной ситуации, по нулевой шине будет протекать ток, который зафиксируют зашиты, а отключат неисправную сеть.
З. Ы. Товарисч Barre тоже прав.
Этот провод общий для всех 3 фаз. Нужен он к примеру, чтоб получить привычные нам 220 вольт, между фазой и 0.Это кратко и » на пальцах».
Назначение нулевого провода
Нулевой провод в общем случае — это провод, по которому происходит возвращение остаточного тока по замкнутому контуру.
Не смотря на название, нулевой провод может обладать потенциалом в некоторые моменты времени. На схемах нулевой провод обычно обозначают буквой $N$.
Роль нулевого провода
Зачем же нужен нулевой провод в трехфазной цепи? Назначение нулевого провода в трехфазных цепях следующее: нулевой провод используется для выравнивания фазных напряжений.
Определение 2
Фазное напряжение — это напряжение между нулём и фазным проводом.
Если нагрузка на каждом из фазных проводов одинаковая (то есть одинаковая потребляемая мощность у каждого из потребителей фазного тока от фазных проводов 1-3) — то система будет оставаться рабочей даже в случае обрыва нулевого провода, так как в каждый момент времени разница потенциалов между нулевым и любым из фазных проводов будет одинаковой.
Получи помощь с рефератом от ИИ-шки
ИИ ответит за 2 минуты
Роль нулевого провода при неравномерной нагрузке
Если нагрузка на каждой фазе будет разной — то необходимо обязательно подключать нулевой провод.
В случае его обрыва или внезапного повышения сопротивления на нём, напряжение распределится согласно потребляемым мощностям на каждую из нагрузок трёхфазной цепи и, соответственно, чем меньше потребляемая мощность — тем большее фазное напряжение получит потребитель тока.
Это неприемлемо для многих электроприборов и может вызвать их неисправность и даже пожар, именно для избегания таких неприятностей к каждой розетке подведён нулевой провод.
Роль нулевого провода при соединении звездой
Определение 3
Звезда — это особый способ соединения концов обмоток генератора, при котором все они соединяются в одну точку, называемую нейтралью.
При этом провода на выходе у потребителя также соединяются в аналогичную точку, а провод, соединяющий две нейтрали, называется нулевым. Провода же, соединяющие начало фазы у потребителя и генератора называются линейными.
«Назначение нулевого провода» ��
Помощь эксперта по теме работы
Решение задач от ИИ за 2 минуты
Помощь с рефератом от нейросети
В случае подключения трёхфазного двигателя нагрузка для всех трёх фазовых проводов будет одинаковая, соответственно, возвращение остаточного тока на генератор возможно по одному из фазовых проводов, на котором фазовое напряжение в данный момент времени равно нулю.
Если же нагрузки на стороне потребителя неодинаковые, остаточный ток после каждой нагрузки будет выходить разным и, соответственно, фазовое напряжение тоже будет разное.
Если говорить упрощённо, в каждый момент времени оно будет равно напряжению между проводом, который в данный момент времени не является несущим фазовый ток, и фазовым проводом — то есть оно будет разным.
Использование же нулевого провода в таком случае поможет предотвратить эти перепады и таким образом исключить возникновение неисправностей в сети.
Рисунок 1. Роль нулевого провода в трехфазной цепи при соединении звездой
На рисунке представлена схема подключения трёхфазной цепи при подключении звездой.
Ток по нейтральному проводу, соединяющему между собой две нейтрали, будет течь только при включении (или выключении) всей системы и старте работы первой из обмоток генератора.
В остальное время он будет возвращаться на генератор по фазовым проводам по очереди.
Фазовое напряжение на рисунке обозначено с помощью букв $U_A$, $U_C, U_B$, ЭДС на обмотках генератора — $E_C, E_A$ и $E_B$, а ток, текущий по фазовым проводам — буквами $I_C, I_A$ и $I_B$.
Сам генератор обозначен буквой $G$, а потребитель буквой $M$. Сопротивления у потребителя обозначены буквами $Z_A, Z_B$ и $Z_C$.
Линейные напряжения — то есть напряжения между фазами — обозначены соответственно $U_CA, U_AB, U_BC$. На рисунке стрелками показаны провода, к которым нужно подключить вольтметр для измерения линейного напряжения.
Маркировка нулевых проводов
Для того чтобы сделать нулевой провод легко отличаемым от остальных, соответственно ГОСТ для них принято использовать кабели бело-голубого или просто голубого цвета.
При совмещении нулевого провода с заземлением используются полосатые жёлто-зелёные кабели с концами проводов, обозначенными синим цветом:
Рисунок 2. Маркировка нулевого провода