Отгорание нуля в трёхфазной сети

отгорел нольХотя часто питание бытовых потребителей происходит в однофазном режиме, но снабжение электроэнергией всё же осуществляется по трёхфазным кабелям. Вся качественная кабельная продукция рассчитывается на определённые условия прокладки и эксплуатации, поэтому её безопасное использование также подразумевает допустимые параметры нагрузки и применения.

«Отгорел ноль!», — такую фразу из уст электрика-профессионала слышат многие, но понимают – единицы. Но почему в трёхфазной сети ноль отгорает так часто, а в однофазной – нет? Каковы тенденции на будущее: будет этот «ноль» работать или нет? Рассмотрение этого вопроса поможет всем владельцам трёхфазного электроснабжения в домах и других объектах не только понимать суть происходящего, но и предотвратить, по мере возможности, возможные действия, ведущие к отгоранию ноля и тем самым значительно уменьшить связанные с этим проблемы.

Ноль в однофазной цепи

В однофазных цепях «нулём» называется один из двух проводников, не имеющий высокого потенциала по ношению к «земле». Фаза – второй проводник – как раз имеет этот потенциал, в бытовых цепях он равен приблизительно 220 В. Ток, текущий по фазе всегда равен току, текущему по «нулю» и тенденций к проблематичному отгоранию «нуля» в однофазной линии не наблюдается. К тому же, такие линии надёжно защищаются специальной недорогой автоматикой.

Вот как это выглядит на схеме:

ноль в однофазной сети

Ноль в трёхфазных цепях

Вкратце упомянем, что трёхфазные линии бывают двух типов подключения нагрузки к фазам: «треугольник» и «звезда». В первом случае – соединение «треугольник» - ноля нет физически, поэтому и отгореть он никак не может, а вот в трёхфазном присоединении нагрузки по схеме «звезда» он и появляется как особый проводник, работу которого мы и рассмотрим подробнее.

1. Вот как выглядит трёхфазная линия электропередач с нагрузкой по схеме «звезда»:

сосредоточенная трехфазная нагрузка

По каждой из трёх фаз в случае симметричной (равной по значению) нагрузке проходят переменные токи равных значений, но сдвинутые по временной фазе на 1200 или одну треть периода. В сумме такие равные, но смещённые значения векторов токов дают нулевое суммарное значение, и в этом случае нагрузка называется трёхфазной сосредоточенной. Но такой нулевой ток по нулевому проводу может быть только в идеальном случае. И в идеале обесточенный «ноль» как таковой не нужен вовсе.

Но идеала не существует, так как нагрузки всех фаз хоть немного, но всё-таки отличаются, а, значит, и суммарный вектор токов отличен от нулевого. Компенсация токов не происходит, и по нулевому проводнику начинает течь сравнительно небольшой уравнительный ток. По этой самой причине незначительности уравнительного тока во многих трёхфазных кабелях есть четвёртая жила – нулевая – с сечением, вдвое меньшим сечения фазных проводников, для экономии дорогостоящей электротехнической меди или алюминия. И даже при этом таких токов явно недостаточно, чтобы вызвать упомянутое выше «отгорание нуля». В чём же тогда дело?

2. А дело в том, что в трёхфазную линию включаются несимметричные (не равные по значению) однофазные нагрузки. Причём различие в величине нагрузок на каждую фазу может быть настолько значительным, что речь уже идёт о явлении, называемом «перекосом фаз». И хотя проектанты стремятся максимально уравнять нагрузки на фазы, но… Как мощности не распределяй, а время включения мощных бытовых приборов по одной фазе практически невозможно предугадать или компенсировать по остальным, так что настоящего равенства не получается.

А уж мы, обыватели, включая стиральную машинку и электрочайник, разве думаем о благе кабельных линий и их несимметричной нагрузке? Мы норовим то включить что-то, то выключить, абсолютно не думая об уравнительных токах в нулевой жиле, бессовестные!

Но даже в этих случаях, когда сумма фазных токов не равна нулю, экстремальных токов в нулевом проводе практически не бывает, неприятно, но терпимо. Ноль отгорит крайне редко.

Когда же отгорает ноль?

И вот тут пытливый читатель должен воскликнуть: «Так что же вы мне морочите тогда голову своим отгоревшим нулём, господа-электрики?», и будет по-своему прав. Если бы не одно, казалось бы такое маленькое «но»: для экономии электроэнергии в 1990-х годах внедрили важное и полезное ноу-хау – импульсный блок питания. И куда его, родимого, только не ставят, да практически везде: в компьютеры, телевизоры и в большинство другой бытовой техники.

А знаете ли вы, что в таких блоках питания ток проходит на протяжении всего лишь одной трети от длительности одного полупериода? Что и делает токопотребление загадочным для сети в отличие от обычной нагрузки с определёнными последствиями, какими?

1. В трёхфазных сетях начинают течь ничем не скомпенсированные импульсные токи, уходящие в нулевой провод абсолютно бесконтрольно.

2. По нулю продолжают течь токи от асимметричной нагрузки на разных фазах.

А если просуммировать всё это, то и получится, что ток, протекающий по «нулю», может иметь значение близкое, или даже превышающее номинальное фазное значение тока. И что? Вот оно, отгорание нуля, свершилось! И хорошо, если трёхфазный кабель в этом случае имеет сечение нуля такое же, как и фазы, а если нет?

Единственное, что может спасти ситуацию, – надёжная, умная и быстрая защитная автоматика. Но и тут не всё гладко, ведь часто ради экономии покупают трёхфазные автоматы без «нулевой» клеммы. А так как по каждой фазе течёт ток в номинальных пределах, то автомат просто продолжает стоять на страже безопасности для фаз, а про «ноль» позаботиться некому.

3. Обрыв одной из фаз при больших нагрузках. Ещё одна причина, по которой отгорает ноль. Суммарное значение токов двух фаз окажется гораздо больше допустимого, что также приведёт к отгоранию ноля.

сосредоточенная трехфазная нагрузка

Количество приборов с импульсным питанием неуклонно растёт, что увеличивает опасность возникновения отгорания нулевого провода, и ситуация лишь ухудшается.

Важно! Не ставьте отдельный автомат на нулевой провод, это крайне опасно, так как при его отключении уравнительные токи будут искать себе выход через фазные провода, что приведёт к непредсказуемым, но всегда печальным результатам!

Будет лучше, если вы обратитесь к специалистам, готовым составить технически грамотный проект, учитывающий все нюансы, и провести качественный монтаж и запуск электрической сети любой протяжённости и сложности.