Про фазу, нуль и заземление.

(Размышления старого электрика.)

Вернуться

Все очень просто. Принята такая система электроснабжения по которой один из проводов имеет нулевой потенциал, да еще, в добавок ко всему, этот провод заземлен. Нулевой потенциал этот проводник получает в результате соединения на понижающей трансформаторной подстанции обмоток этого самого трансформатора на низкой стороне специальным способом. Этот способ называется "звезда". Вот центральная точка этой звезды и становится безпотенциальной, то есть нейтральной, имеющей нулевой потенциал: в просторечии - нуль. (Примечание: даже для бытовых нужд используют 3-х фазные трансформаторы, потому, что 3-х фазный способ передачи электроэнергии является общепринятым)

    Зачем вся эта чехарда? Неспециалист скажет: дайте мне два провода с напряжением, я подключу к ним компьютер и буду сидеть в Интернете... и не надо мозги пудрить! Но, однако же, чтобы не "стукнуло", придется разобраться, хотя бы в основах.

    Еще раз вернемся к обычной жизни. Сколько простому человеку нужно электричества? Чем больше, тем лучше - ответ дилетанта. Да, электричество это очень удобно, но это еще и очень опасно! Поэтому давать электричество потребителю нужно дозировано.

    Система электроснабжения с глухо заземленной нейтралью решает ДВЕ задачи, и первая это защита этой самой системы от перегрузки - ведь мощность источника электричества не бесконечна. Опять же, большое неконтролируемое потребление энергии это авария, в результате - перегрев... потом пожар...

Установив на провод питания устройство, которое контролирует ток потребителя, можно в аварийной ситуации этого потребителя отключить. Цепочка в которую устанавливается выключатель от перегрузки состоит из: источника, питающего провода с высоким потенциалом, автоматического выключателя, который контролирует ток идущий к потребителю, потребителя (еще говорят о нагрузке), провода с низким потенциалом (нулевого), другого контакта источника энергии. В случае аварии (превышения заданного уровня тока) мы потребителя отключаем . Электроэнергия перестает поступать, и это обеспечивает защиту данного участка электросети.

    Мы защитили систему электроснабжения, проконтролировав чрезмерное увеличение электротока, но... для поражения человека этим самым током нужно совсем незначительное его количество. Как же быть тут? Дальше в действие вступает вторая задача: защита человека от поражения электрическим током.

    Как же система с глухо заземленной нейтралью работает в этом случае? И здесь все происходит очень просто. Если вы не суете пальцы в розетку, то "стукнуть" вас может только от металлического (токопроводящего) корпуса какого то электроприбора, которым вы пользуетесь. Нормально то на корпусе никакого напряжения быть не должно, а если оно там, почему то, появилось? Давайте рассмотрим этот вопрос подробнее.

Один из проводников от источника электричества у нас является нейтральным (нулем). Как он таковым становится я уже рассказал выше. А чтобы этот проводник "нулевым" стал по-настоящему, его соединяют с "землей". Фактически мы надежно подключаем этот провод к нашей матушке планете Земля. Согласитесь, сделать так, чтобы Земля получила какой то потенциал практически невозможно, а поэтому, подключив провод к Земле, можно с уверенностью считать, что он имеет нулевой потенциал. Теперь мы знаем, что одна из дырочек в розетке всегда будет иметь безопасный - нулевой потенциал относительно земли. Это является одной из составных частей механизма защиты человека от поражения электротоком.

     Это все, конечно же, общие фразы, потому что не совсем понятно, как можно провод подсоединить к Земле, чтобы его потенциал стало равным нулю? Да, абсолютный нуль недостижим, но нам этого и не нужно, важно, чтобы потенциал нулевого проводника стал безопасен для человека, а вот это уже, при современной технике, задача вполне выполнимая.

    Соединение провода или какого то токопроводящего объекта с землей является техническим действием и называется заземлением данного устройства. Здесь уже "земля" должна восприниматься, как кусок земляного покрова рядом с устройством, которое нужно заземлить. По простому, процесс заземления происходит следующим образом. Корпус электрооборудования соединяется с заземляющим устройством, то есть с чем то, что может "ухватиться" за "нулевой" потенциал земли.

На практике все снова прозаично: в увлажненных почвах, а у нас все таки не Сахара, в землю забиваются (вкапываются) два (не менее) металлических стержня, где то от двух метров и больше (для уточнения загляните в ПУЭ (правила устройства электроустановок) - уж очень часто меняются не только сами правила, но даже и их название). И вот именно это и является заземляющим устройством. Надежность этого самого заземляющего устройства должна проверятся на пригодность специальными приборами, и очень часто требуется не просто два стержня, а серьезные затраты, чтобы «подключиться к Земле» для обеспечения надлежащей безопасности. Итак, мы выяснили, как заземляется нулевой проводник. А как же защитить человека, если фазное напряжение попадает на токопроводящий корпус какого либо устройства.

 
    И снова все просто. Нормально то наше электрооборудование имеет изоляцию, и корпус этого оборудования можно трогать безбоязненно. А вот если эта изоляция повредится то на корпусе может появиться напряжение, а, и не страшно. А все  потому, что токопроводящие корпуса электрооборудования тоже соединяют с "землей",  а "земля" гасит высокий потенциал. Случайное прикосновение к такому поврежденному оборудованию не причинит вреда человеку. В данном случае мы рассматриваем ситуацию, когда попадание напряжения на корпус не ведет к перегрузке системы электроснабжения и оборудование не отключается от питания автоматическим выключателем защиты.

Выводы... промежуточные... В электроснабжении дома участвуют два провода: провод с высоким потенциалом - его еще называют "фазным" и нулевой, который имеет низкий потенциал. Провод заземления  токопроводящих корпусов электрооборудования совершенно особый (не фазный и не нулевой, а третий) - это то, что соединяет этот самый корпус устройства с "землей", но мы то знаем, что, на самом деле, с заземляющим устройством.

 
    Фазным (или просто фазой) провод стали называть, когда начали использовать переменный ток. Этот ток не течет от плюса к минусу (вообще то, это чистая условность), как постоянный. Но для нас важно, что бы он протекал по тем электроприборам, которые мы используем, а в какую сторону он в данный момент течет, какая нам разница. А еще переменный ток имеет очень много преимуществ по сравнению с постоянным с точки зрения его использования. Его напряжение очень легко понизить или повысить с помощью трансформатора. Высокое напряжение снижает потери при передаче электричества на дальние расстояния, но оно опасно при использовании в быту.

    Но самую большую пользу людям принес так называемый 3-х фазный ток. В 3-х фазном токе электричество передается по 3-м проводникам, а в системе с глухо заземленной нейтралью по 4-м. Амплитуда, максимальное значение (ток то переменный) в каждом из 3-х проводов возникает со сдвигом по времени (фазе). 3-х фазный ток стали применять из-за того, что конструкция электрического двигателя в этом случае получается очень простой, так как три напряжения со сдвигом по фазе создают, так называемое, вращающееся магнитное поле.

    И еще, для самых продвинутых: напряжение в 3-х фазной системе между любыми двумя проводниками из 3-х называется линейным, а вот между любым из проводников и нейтральной (нулевой) точкой - фазным.

    Как же можно отличить фазу от нуля в жизни? Конечно же при помощи индикатора напряжения. Фазный (провод с высоким потенциалом) будет показывать этого потенциала наличие.

    Итак, выводы окончательные.

    Питание - фаза и нуль это две дырки в нашей розетке. В обычной жизни мы их не различаем. В последнее время, особенно в новых домах, электрические розетки имеют не только две дырки, но и еще один контакт - заземляющий. Заземление это совершенно отдельный проводник, предназначенный для нашей защиты. Если вилка вашего электрического устройства 3-х контактная и втыкаете ее вы в такую же 3-х контактную розетку, то корпус вашего электрооборудования, который может оказаться под напряжением соединяется с заземляющим устройством, то есть с "землей". Таким образом нашу защиту можно считать обеспеченной.

    Вопрос на засыпку. Раз у нас нейтраль (нулевой провод) глухо заземлен, то его можно считать заземляющим? Считать можно, но использовать, как заземляющий не разрешается. Что это означает? А вот что: провод с нулевым потенциалом, который приходит к розетке, нельзя прикручивать к корпусу какого либо электрооборудования, используя его таким образом, как заземляющий проводник.

    А почему? А потому! Где этот провод глухо заземлен? Рядом с источником. А где находится этот источник? Возможно, в нескольких десятках километров от нас. Можем ли мы утверждать, что потенциал "нулевого" провода, пришедшего в наш дом, именно таковым является - НЕТ. Можно ли быть уверенным, что этот "нулевой" провод будет всегда таковым? Практика показывает, что уверенным быть нельзя. При ремонте или замене электропроводки назначение проводов, идущих к потребителю фазным и нулевым является случайным. Если вчера в правой "дырке" вашей розетки был нуль, то завтра он может стать фазой. Существуют правила, но в жизни они очень часто игнорируются, вероятно и из-за того, что с обычной вилкой это правило не работает.

    В случае, если потребитель находится очень далеко от основного источника, у которого нейтраль заземлена, поступают просто - делают повторное заземление, то есть соединяют приходящий "нуль" с еще одним заземлением (заземляющим устройством). И в этой ситуации тоже: проводник от заземляющего устройства (повторного), в любом случае, является совершенно отдельным.

    Вот теперь вы прекрасно разбираетесь, что такое "земля", и для чего она нужна: для защиты человека в случае повреждения изоляции электрооборудования и попадания фазного напряжения на корпус этого оборудования.

    Это, конечно хорошо, но от случайного прикосновения к фазному проводу "земля" нас, увы, не защитит. Но такое вполне может случиться, например, когда повреждается изоляция питающего провода. И как же защитить человека в этом случае?

    А давайте посмотрим, что происходит, когда человек попадает под напряжение. Вот стоит он на земле (любой пол это ведь тоже земля) и касается провода с напряжением. С фазы ток потечет через человека, потом в землю, ведь земля имеет нулевой потенциал, а ток всегда протекает между двумя точками у которых есть разность потенциалов. Что бы предусмотреть защиту и в этой ситуации, ставят приборчик, который контролирует ток по "нулевому" и "фазному" проводникам. Речь идет о двух проводниках к какому ни будь электроустройству. Совершенно понятно, что ток от фазного провода проходит через какое то электрооборудование, а затем по нулевому проводнику возвращается к источнику энергии. И в ситуации, когда эти токи отличаются, ведь часть тока из фазного проводника при прикосновении к нему "утекает" через человека по другой ветке, электрооборудование отключают. Этот вышеуказанный приборчик называют устройством защитного отключения (УЗО) и уже давно повсеместно используют. Вот так работает защита человека от прямого попадания под напряжение.

    Специалистов от электричества прошу сильно не ругать меня за излишнюю подробность и некоторое упрощенное изложение электрических понятий.