Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

Электрик Инфо - мир электричества. Электрика в квартире и доме, электроснабжение, электромонтаж, ремонт, освещение, домашняя автоматизация, практическая электроника. Статьи про устройство и ремонт домашней электропроводки, розетки и выключатели, провода и кабели, источники света, интересные факты и многое другое для начинающих электриков и домашних мастеров.
Кейсы, схемы, примеры и технические решения, обзоры интересных электротехнических новинок.
 
 

Сайт электрика

Новые статьи

Избранные статьи » Секреты электрика

Почему греется нулевой провод

Нагрев нулевого провода может привести к его отгоранию и аварии в электросети. Чаще всего это происходит при неравномерном распределении нагрузок по фазам в трехфазной электросети и из-за плохого контакта. В этой статье мы расскажем почему греется нулевой провод и что делать в этой ситуации.

Ток в трёхфазной цепи

Чтобы причины нагрева нуля нужно понять, как работает трехфазная сеть. Нагрузка в трёхфазной сети может быть соединена звездой и треугольником, также могут быть соединены обмотки питающего трансформатора. У обмотки есть два вывода — конец и начало.

Ток в трёхфазной цепи

Если концы обмоток трехфазного трансформатора соединяются в одной точке — тогда говорят, что это схема соединения звездой. В точке их соединения (О), согласно законам Кирхгофа, ток будет всегда равен нулю, то есть перетекать от фазы к фазе. Если нагрузка в каждой из фаз (a, b, c) одинакова, то будут равны и напряжения на началах обмоток (A, B, C) как и ток в них. Что проиллюстрировано на векторной диаграмме ниже, где фазы токов и напряжений обозначены векторами и сдвинуты на треть периода друг относительно друга (120 градусов).

R1=R2=R3

I=I1+I2+I3=0

Векторная диаграмма

Примечание:

Симметричной называют такую трехфазную нагрузку, у которого сопротивление нагрузки (соответственно и потребляемый ток или мощность) каждой из трех фаз одинаково.

Но как только ток в фазах начинает отличаться, когда нагрузка по фазам отличается мощностью, то и напряжения на фазах начинают отличаться друг от друга. Это называется перекосом фаз.

Перекос фаз на векторной диаграмме

Чтобы решить эту проблему к точке соединения звезды трансформатора подключают точку соединения звезды нагрузки. Это называется нейтраль, или нулевой провод, или просто ноль.

Электрическая сеть

Электроснабжение в быту для чайников

Мы плавно подошли к практике, при подключении однофазных потребителей в трёхфазную сеть нагрузки зачастую неравны, то есть несимметричны.

Электроснабжение в быту

Такое зачастую встречается в многоквартирных домах. В дом заводятся три фазы и ноль, в каждую квартиру заводится одна фаза и ноль. В одной квартире включён только холодильник и лампочка, в другой работает мощный электрообогреватель, а в третьей вообще ничего не включено. То есть нагрузки в фазах не одинаковы. В настоящее время часто в квартирах встречается и трёхфазный ввод, но ситуация от этого не изменяется.

В частных домах ситуация аналогична — на улице по опорам проходит трехфазная ЛЭП, а в дома заводится 1—3 фазы и ноль.

Ввод в дом

Всё-таки почему греется

В результате неравномерного распределения нагрузки по фазам в домах и квартирах по нулевому проводнику начинает протекать ток. Вы замечали, что в толстых 4 жильных кабеля 3 «фазных» жилы с одинаковой площадью поперечного сечения, а четвертая жила «нулевая» или «земляная» обычно тоньше?

Жилы электричсекого кабеля

Это как раз-таки связано с тем, что при симметричной нагрузке по ней вообще не будет протекать ток, а при не симметричной нагрузке ток должен быть меньше чем в фазной жиле. Но так бывает не всегда.

При нелинейных нагрузках, а также нагрузках, которые потребляют ток прерывисто (импульсные блоки питания, а они сейчас используются повсеместно) токи в фазах не компенсируют друг друга, к тому же они насыщаются различными гармоническими составляющими... Всё это является причиной того, что токи в точке соединения звезды просто не компенсируются и может оказаться так, что ток в нулевом проводе будет больше чем в фазном.

Ток нулевого провода

При протекании электрического тока проводник нагревается, это безупречная работа закона Джоуля-Ленца на практике. Он гласит, что чем больше сопротивление проводника и чем дольше протекает электрический ток, тем больше выделится тепла на нём.

Также вспомним, о том, что чем меньше сечение проводника и чем больше его длина, тем больше сопротивление. Кроме того, от качества контактов на соединении клемм и проводов также зависит переходное сопротивление. Простыми словами, чем больше площадь соприкосновения контактов и чем сильнее они прижаты друг к другу – тем меньше переходное сопротивление и тем меньше их нагрев.

В таком контакте как на рисунке ниже поверхности плоские, площадь будет равна площади наконечника, касающейся шайбы, плюс сопротивление самой шайбы и площадь её соприкосновения с медной шиной. Если все составляющие в хорошем состоянии, не имеют окислов и нагара – итоговое переходное сопротивление будет низким.

Электрические контакты

Если поверхности подгорели, окислены или ржавые, контакт получается таким как изображено на иллюстрации ниже. Здесь явно видно, что касания происходят в отдельных точках, а не по всей площади.

Электрический контакт

В клеммниках типа ВАГО и других пружинных клеммниках площадь касания пластины с круглой токопроводящей жилой достаточно маленькая, поэтому основная сфера применения таких клеммников — цепи с током 8-16 Ампер, за редкими случаями, когда клеммник конструктивно способен пропустить больший ток. 

В винтовых клеммниках и шинах площадь контакта в большей степени определяется площадью винта, которым прижимается токопроводящая жила. Ниже вы видите клеммники в полиэтиленовой оболочке.

Клеммники в полиэтиленовой оболочке

Внутри полиэтиленового корпуса расположена втулка из материала похожего на латунь и два винта. Из-за конструкции винтовыми клеммниками нельзя соединять голые многопроволочные провода. Их нужно лудить или обжимать наконечниками НШВИ.

Поэтому при аналогичном принципе действия клеммная колодки на карболитовом основании обеспечивают контакт лучше, за счет прижимной квадратной пластины-шайбы. Кроме того, вы можете сделать кольцо из провода и обернуть им винт или использовать наконечники типа НКИ.

Электрический клеммник

Если вам интересны способы и средства для соединения проводов – пишите в комментариях и мы сделаем обзор всех видов с перечислением преимуществ и недостатков каждого из них.

Где греется

Почему греется ноль мы разобрались, а теперь давайте разберемся где это происходит чаще всего. В первую очередь ноль может отгореть в распределительном щите на вводе в здание. Это самая распространенная ситуация, потому что в этом месте на нулевой провод ложится нагрузка со всех квартир и со всех трёх фаз.

Далее часто возникают проблемы на нулевой шине в подъездном электрощите. Если шины вообще есть, и не подсоединено как на фотографии ниже.

Ноль на скрутках

Часто шина закреплена непосредственно на корпусе подъездного электрощита, тогда это выглядит так как показано ниже.

Нулевая шина

В клеммниках автоматических выключателей греется ноль, вплоть до обугливания частей его корпуса.

Если у вас старая электропроводка и установлены пробки с предохранителями или автоматические пробки, то обратите внимание как на винтовые клеммники, так и на сам цоколь пробки. Резьба и центральный контакт могут окисляться и подгорать, что проиллюстрировано на рисунке ниже.

Резьба и центральный контакт могут окисляться и подгорать

Общие шины очень часто подвержены проблеме подгорания нуля. Это связано с их устройством и соблюдением правил работы с ними. Винтовой способ подключения проводников, хоть и безусловно удобен, но такие контакты нужно хотя бы изредка ревизировать – зачищать и протягивать, иначе вы получите то что изображено на рисунке ниже.

Подгорание нуля

А в нормальном состоянии она должна выглядеть так:

Контактные шины в электрощите

Решение проблем вызванных нагревом простое — зачистить контакты, проводники и заново протянуть. Если клеммник был сильно перегрет — заменить его, если провод грелся в автомате, возможно автомат тоже нужно будет заменить!

Что происходит дальше и как избежать последствий?

По мере нагрева начинает подгорать и ухудшаться контакт. Ослабевают винтовые зажимы в связи с тепловым расширением и последующим охлаждение после снятия нагрузки. Это вызывает лавинообразный процесс роста сопротивления и нагрева соединения. В результате ноль рано или поздно отгорает полностью. При этом внешне может казаться что он всё еще находится в клеммнике, а фактически все прилегающие поверхности будут покрыты слоем окислов и нагара.

После чего происходит то явление о котором мы говорили в начале статьи – перекос фаз.

Примечание:

О том что ноль скоро отгорит можно косвенно судить по участившимся просадкам и возрастаниям напряжения, особенно если у вас выполнен трёхфазный ввод и установлены вольтметры или реле напряжения и индикацией величины напряжения в сети. Если напряжения постоянно стабильны (или отклонения несущественны) – у вас всё впорядке с проводкой.

При перекосе фаз нагрузка, в нашем случае частные дома или квартиры оказываются включенными последовательно на 380 Вольт. Напряжения распределятся согласно закону Ома – там где будет включена бОльшая нагрузка – напряжение просядет (сопротивление нагрузки маленькое), а в той квартире где включен минимум электроприборов напряжение повысится (сопротивление нагрузки высокое).

Последствием перекоса фаз в лучшем случае будет отгорание проводников на вводе, выбивание автомата и прочее. В худшем случае из-за возросшего тока может оплавиться изоляция электропроводки и произойти возгорание.

Чтобы обезопасить своё жильё от последствий отгорания нуля рекомендуем установить реле контроля напряжения, а еще лучше в паре с УЗИП. Стабилизатор напряжения на вводе в квартиру в этой ситуации может не решить проблему и сам выйти из строя.

Схему подключения реле напряжения вы видите ниже.

Схемы подключения реле напряжения

В качестве таких устройств мы можем порекомендовать популярные модели:

  • УЗМ-50Ц (комбинированное устройство с функцией вольт-амперметра);

  • Digitop VA-32 (недорогой, но надёжный вариант, модель может отличаться в зависимости от номинального тока);

  • РН-106.

Алексей Бартош



Поделитесь этой статьей с друзьями:

Вступайте в наши группы в социальных сетях:

ВКонтакте Facebook Одноклассники

Смотрите также на Электрик Инфо:

  • Не работает розетка, что делать?
  • Обрыв общего нулевого провода в подъездном электрощите: опасность перенапря ...
  • Защита домашней электропроводки от обрыва нуля
  • Эксплуатация и ремонт электромагнитных реле
  • Что такое переходное контактное сопротивление и как с ним бороться

  •  
      Комментарии:

    #1 написал: Alex Gall | [цитировать]

     
     

    Не думаю что в статье до конца разобрались в вопросе "почему греется нулевой провод.

    Несиметрия нагрузок действительно вызывает ток в нулевом проводе трехфазной системы. Именно трехфазной, т.е. на обычного "однофазного пользователя" это никак не влияет и у него ноль не перегревается. Это происходит до него, в 3ф питающей линии и никак от него не зависит.
    Но надо учесть, что в трехфазной линии такая несимметрия не может дать ток в нуле больший чем ток в фазном проводе. НЕ МОЖЕТ! Потому что есть сдвиг напряжения в разных фазах на 120 градусов, который просто не позволит этому произойти. Именно поэтому при равномерной нагрузке по фазам ток в нулевом проводе будет равен нулю, даже если во всех фазах он будет максимально возможным для данной линии.  То есть токи разных фаз как бы взаимо вычитаются в нейтрали.

    А вот  нелинейные нагрузки, все импульсные потребители, включая газоразрядные лампы (люминисцентное освещение) может привести к перегреву нуля. Таких нагрузок сейчас действительно очень много и при их значительной доле в общей потребляемой мощности во всех трех фазах, ток в нулевом проводе может увеличиться в три раза по сравнению с током в фазах.
    Почему? Все очень просто, виноваты те самые "гармонические составляющие", о которых сказано в статье. А еще точней их третьи (и кратные трём) гармоники - 3, 9 и т.д. В основном конечно третья влияет, поскольку по величине самая заметная. Если нарисовать на синусоидах всех трех фаз их третьи гармоники, то станет видно, что если основные гармоники разных фаз взаимо вычитаются в нуле, то токи третьей гармоники арифметически складываются. Поэтому ток в нуле и может быть теоретически в три раза больше чем в фазном. Но это в тех сетях, которые полность нагружены  импусными потребителями.
    "На пальцах" это сложновато для понимания, но подробней об этом можно почитать (посмотреть картинки) в книге Е.А. Каминского "Звезда, треугольник, зизаг". Ссылок на эту книгу в сети - море, много раз переиздавалась.

    Добавление комментария
    Имя:*
    Комментарий:
    Введите код: *


    Электрика дома  | Электрообзоры  | Энергосбережение
    Секреты электрика | Источники света | Делимся опытом
    Домашняя автоматика | Электрика для начинающих
    Практическая электроника | Электротехнические новинки

    Copyright © 2009-2019 electrik.info Андрей Повный (об авторе)
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях. За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.