Чем опасен обрыв нулевого провода

В чем опасность обрыва нулевого провода в доме или в квартире

Обрыв нулевого провода в трехфазной электрической сети — опасное явление, которое может вывести из строя бытовые электроприборы и поразить людей электрическим током. От подстанции (ТП) к потребителю, в данном случае в дом, электричество поступает по четырем проводникам – трем фазным и проводнику, который совмещает функции рабочего нулевого и защитного заземляющего проводника. Ток поступает по наиболее распространенной системе заземления TN-C-S.

Система данного типа предусматривает заземление нейтрали источника питания – трансформатора подстанции. После ввода в здание совмещенный проводник разделяется на рабочий нулевой проводник и защитный, а затем распределяется между квартирами. Три фазы электрической сети при вводе в дом распределяются на примерно равное количество квартир. Но при нормальном режиме работы электрической сети нагрузка по трем фазам неравномерная, так как жители квартир по-разному эксплуатируют электроприборы, и в разные промежутки времени нагрузка по фазам отличается, причем значительно. При этом напряжение по фазам практически равное, так как нулевой провод играет роль балансира, снижает так называемое напряжение смещения нейтральной точки практически до нуля.

В случае обрыва нулевого провода на линии электропередач тут же возникает дисбаланс — возникает перекос фазных напряжений. При этом по одной фазе, где нагрузка меньше напряжение резко возрастает, а на самой загруженной фазе наоборот – падает. При этом в зависимости от перекоса, напряжение на фазах может колебаться от нескольких десятков вольт до значения линейного напряжения трехфазной сети — 380 В. В данном случае все зависит от величины перекоса нагрузок по фазам электрической сети.

Последствия таких перепадов напряжения наверняка всем известны. Значительное превышение напряжения в бытовой сети приведет к выходу из строя практически всей техники, которая в данный момент работала от сети. Чрезмерно низкое напряжение за считанные минуты выведет из строя компрессор холодильника или кондиционера, электродвигатель стиральной машины и другие электроприборы, конструктивно имеющие электродвигатели. Ненормальный режим работы электроприборов может закончиться выходом их из строя с последующим возгоранием.

Выход из строя бытовой техники — это не самое страшное. В случае перегорания нуля до ввода в дом, то есть до разделения его на нулевой и заземляющий проводник, на всех заземленных элементах оборудования, бытовых электроприборах появляется фазное напряжение. В случае прикосновения к таким электроприборам человек будет поражен электрическим током.

Если в доме реализована система уравнивания потенциалов, которая предусматривает электрическое соединение с заземляющей шиной всех металлических элементов конструкции, металлических трубопроводов, то вероятность поражения электрическим током снижается, так как человек не будет касаться двух точек с разным потенциалом. Но, как показывает практика, такая система в большинстве домов не реализована и в случае появления на корпусе электроприбора опасного потенциала и прикосновения человека одновременно к данному электроприбору и металлическому предмету, имеющему другой потенциал, человек будет поражен электрическим током.

Как защитить себя и бытовые электроприборы от вышеописанных последствий?

Основная мера защиты от возможных перепадов напряжения — это установка реле напряжения на вводе домашнего распределительного щитка. В случае чрезмерного снижения или увеличения напряжения реле напряжения мгновенно обесточит электропроводку, защитив при этом включенные в сеть электроприборы.

В случае повреждения нулевого провода и появления опасного потенциала на корпусе оборудования, ни одна из систем заземления сети не даст гарантированную защиту. В сети системы TN-C-S защиты от возможного появления опасного потенциала на корпусе оборудования в случае повреждения нуля до места его разделения нет. В данном случае гарантировать безопасность эксплуатации заземленных электроприборов можно только в том случае, если снабжающая организация выполняет периодические проверки состояния сетей от питающей подстанции непосредственно до главного распределительного щитка дома и своевременно устраняет возможные нарушения.

В электрической сети, где реализована система TT, обрыв нулевого провода не приводит к появлению опасного потенциала на корпусе оборудования. Но при этом перекос напряжений по фазам может возникнуть, поэтому реле напряжения в данных сетях также необходимо установить для защиты бытовых электроприборов.

Решением данной опасной ситуации будет устройство, измеряющее дифференциальную утечку тока и при превышении определенного уровня отключит электрическую линию. Это устройство защитного отключения или дифференциальный автомат. В данном случае при возможной утечке тока на заземленный корпус УЗО моментально обесточит электропроводку. Ни в коем случае не устанавливайте электронное УЗО, а только электромеханическое, т.к. первое при обрыве нуля становится бесполезным прибором. Электронная схема в электронном УЗО при обрыве нуля перестает работать, а с ней весь прибор. Электромеханическое УЗО не имеет такового недостатка и четко отрабатывает пропадание нуля, отключая контролируемую линию.

Наиболее полным техническим решением защиты от обрыва нуля в любой системе электрической сети по нашему мнению будет совместное использование в схеме электропитания реле контроля напряжения и электромеханического УЗО (дифференциального автомата).

Даже те, кто не имеет электротехнического образования, наверняка слышали о такой аварийной ситуации, как перекос фаз. В некоторых предыдущих публикациях мы уже упоминали, чем грозит обрыв нуля, и кратко упоминали о способах защиты от несимметрии фазных напряжений. Сегодня мы более подробно рассмотрим данную тему.

Что такое обрыв нуля?

Для полноценного ответа на этот вопрос необходимо привести примеры штатной работы трехфазной схемы ввода электроснабжения. В качестве примера приведем упрощенный вариант с вводом для этажного распределительного щита.

Схема 1. Штатная работа системы

Как видно из рисунка, каждая из квартир на этаже запитана от отдельной фазы (L₁ – L₃) и общего нуля. Что формирует в бытовой сети каждой квартиры фазное напряжение 220 вольт (L₁N=L₂N=L₃=220 В.). В данном случае используется схема питания TN-C-S, где задействована шина заземления PE, соединяемая в РУ здания с нулем. Приведенная система сбалансированная, поскольку ток нагрузки в фазных проводах суммируется через нулевую линию, что снижает вероятность перекоса фазных напряжений.

Заметим, что полностью исключить данное явление довольно сложно, поскольку сопротивление нагрузок на каждой фазе может различаться. К примеру, в квартире_1 включен кондиционер и стиральная машина, в квартире_2 хозяин запустил бойлер и электропечку, а в квартире_3 жильцы отсутствуют и все бытовые приборы отключены от сети. По итогу, в трехфазной системе питания возникнет несимметрия напряжений.

Теперь рассмотрим работу сети в нештатном режиме, когда происходит отгорание нуля.

Что происходит в электросети при обрыве нуля?

Рассмотрим отдельно, изменение режима работы трехфазной сети при обрыве магистрального нуля и как поведет себя однофазная электрическая проводка, если отгорание нулевого проводника произойдет на вводе.

Отгорание нуля в трехфазной сети

Внесем изменения в рисунок 1, вызванные аварией, а именно отключением нуля .

Оборвался нулевой магистральный проводник

В данном случае обрыв общего нулевого провода приведет к тому, что движение электрического тока по нему прекратиться. В результате все квартиры R₁-R₃ будут запитаны по типу подключения «звезда без нулевой магистрали». Другими словами, при обрыве нуля на каждую квартиру будет поступать не фазное, а линейное напряжение.

Контур из квартир 1 и 2

Для примера предлагаем рассмотреть, как сложится ситуация в квартирах 1 и 2. Нагрузка электрических приборов суммируется в данном контуре при прохождении через него тока I₁₂. Соответственно, уровень напряжения для квартир установится в зависимости от нагрузки подключенных к сети приборов. То есть: U₁ = I₁₂*R₁, а U₂ = I₁₂* R₂. Из этого следует, что суммарная величина силы тока составит I₁₂ = U₁₂ / (R₁+R₂) :

Обратим внимание, что суммарное напряжение контура будет равно линейному в данной электросети, то есть U₁₂ = 380 вольт. Но при этом показатели U₁ и U₂ могут варьироваться в диапазоне 0-380 вольт и, естественно, существенно отличаться друг от друга. На данные значения может влиять как нагрузка подключенных приборов в каждой из квартир, так и ее активная и пассивная составляющая.

В результате если произойдут проблемы с нейтралью трансформатора (нулем источника), велика вероятность выхода из строя подключенных к сети приборов. Причина – повышение уровня напряжения в сети.

Обрыв нуля в однофазной сети

В данной ситуации последствия будут не такими печальными, как в описанном выше случае, но, тем не менее, если отгорает вводный ноль в системе TN-C, это может представлять серьезную опасность для жизни человека.

Отгорание нуля в схеме однофазного потребителя

Для однофазных нагрузок обрыв нуля будет аналогичен отключению напряжения, за исключением того фактора, что на фазном проводе останется потенциал, представляющий опасность для жизни. Причем, он также проявится там, где был ранее защитный ноль в контактах розеток. Если корпуса электроприборов заземлялись рабочим нулем, то весьма велика вероятность негативных последствий. В системах TN-C-S фактор риска существенно сокращается, за счет использования PEN проводника.

Как защититься?

Узнав об опасности, представляемой потерей нуля, предлагаем рассмотреть варианты защиты от данного явления:

• Начать необходимо с грамотного монтажа электропроводки. Если для питания объекта планируется задействовать трехфазную схему электроснабжения, то ее расчет должен быть произведен таким образом, чтобы минимизировать вероятность перекоса фаз. То есть, необходимо планомерно распределить нагрузку на каждую линию.
• Следует задействовать в управлении сетью приборы, выравнивающие нагрузку на каждую из фаз. Причем, в идеале, эта работа должна осуществляться без привлечения операторов, то есть, выполняться автоматически при обрыве нуля.
• Должна иметься возможность оперативного изменения схемы подключения потребителей. Это позволяет внести корректировки, если на этапе проектирования не была должным образом учтена нагрузка на каждый участок или увеличилась мощность потребления в связи с вводом новых объектов. То есть, при возникновении критической ситуации должна иметься возможность изменения мощности. В качестве примера можно привести вариант, когда многоквартирный дом переводится на линию с большей нагрузкой для «разбавления» перекоса фаз, возникающего при обрыве нуля.

В приведенных выше вариантах мы рассматривали защиту от перекосов в глобальных масштабах, конечный потребитель может обеспечить должный уровень защиты значительно проще. Для этого достаточно установить реле контроля напряжения, в котором указать допустимый минимальный и максимальный уровень. Как правило, это ±10% от нормы.

Подведем итоги

Безусловно, что вероятности аварий носят случайный характер, максимум, что можно сделать в таких ситуациях, – принять необходимые меры для обеспечения защиты. Но помимо этого не будет лишним вовремя определить аварийную ситуацию по характерным признакам. В первую очередь отгорание нулевого магистрального провода приводит к перенапряжению сети. Обнаружив первые признаки этого явления, следует отключить все электроприборы.

Сделать это оперативно и самостоятельно практически нереально. Временной промежуток для этого слишком коротким, поэтому следует установить на электрическом щитке специальные приборы, реагирующие на обрыв нуля. Как только напряжение выйдет за установленные пределы, реле контроля напряжения произведет защитное отключение.

Полностью доверять системе защиты не стоит. Может случиться так, что при наличии характерных признаков перепадов напряжения, отключение питания не произойдет. Поэтому имеет смысл перечислить наиболее вероятные проявления для данного явления:

• Мерцание ламп накаливания. Они наиболее чувствительны к перепаду уровня напряжения, возникающего при обрыве нуля. Энергосберегающие осветительные приборы и светодиодные лампы не настолько реагируют на изменения.
• Электронные приборы, имеющие встроенную защиту, как правило, отключаются от сети питания. Или не запускаются. Такие действия предусмотрены реакцией защиты импульсных БП на броски напряжения. Характерно, что такая реакция может сработать раньше, чем реле напряжения. Но это, во многом зависит от производителя и схемы реализации защиты электросетей, а также надежности электрического соединения.
• Еще один характерный признак – повышение температуры выключателя. Даже если Вы не обратили внимания на мерцание ламп, то данное проявление должно вызвать опасения.
• Искрение, при попытке подключения электроприбора, может говорить об обрыве нуля на вводе однофазного потребителя. Даже, если оно вызвано другим фактором, а не обрывом нуля, это очень нехороший признак.
• Самопроизвольные срабатывания вводных автоматов, также могут указывать на перенапряжение. Такая реакция на обрыв нуля характерна при включении электронагревательных приборов, например электропечи, бойлера, чайника и т.д.
• Характерные звуки во вводном электрическом щите также могут указывать на перепады напряжения. В такой ситуации рекомендуется отключить ввод питания и дождаться приезда аварийной бригады. Велика вероятность, что авария обрыва нуля имела место в электросети поставщика.
• Обязательно установите на вводе электрической сети реле напряжения. В идеале желательно продублировать данную систему стабилизатором напряжения для дома или квартиры. Такое устройство, работая в паре с реле, позволит поддерживать заданный уровень напряжения, не отключая питание.

Собственно, только многоуровневая защита может обеспечить максимальную безопасность.

Последствия обрыва нуля в трехфазных и однофазных сетях

К домовому электрощиту многоквартирного дома подходит 3- х фазное напряжение 380 В. К подъездному щиту также подводится три фазы, для отдельной сети квартиры используется одна фаза и нейтраль. Такая система электропитания TN-C применялась для старых построек и существует до сих пор.

Двухпроводная сеть частного дома с защитным заземлением

В новых домах используется система питания TN-C-S с третьим, дополнительным защитным проводником. В многоквартирном доме все фазы распределены по квартирам равномерно таким образом, чтобы нагрузки на все три фазы были одинаковыми и перекос фаз был бы минимальным.

Однако при обрыве нулевого провода происходит перераспределение напряжения по фазам и возникает перекос фаз. В результате в одной квартире возможно напряжение поднимется до 380 В, а в другой будет занижена до 170 В. В обоих случаях бытовые электроприборы и техника выходят из строя.

Особенно чувствительны к таким перекосам фаз бытовые приборы, имеющие электродвигатели — это стиральные машины, холодильники, кондиционеры, вентиляторы, пылесосы и т. д. Величина напряжения при перекосе фаз зависит от числа подключенных потребителей электроэнергии на всех фазах и их мощности.

Что происходит при обрыве нуля? Напряжение с другой фазы, через подключенные приборы других квартир, поступает на общий нулевой провод и в квартирах в розетках появляется напряжение не 220 В (фаза – ноль, как должно быть), а напряжение 380 В (фаза — фаза).

В результате, подключенные бытовые приборы выходят из строя из-за перекоса напряжения сети. Хуже еще если в электропроводке старых построек с системой электропитания TN-C в качестве защитного проводника используется нулевой провод, который присоединяется к корпусу бытовых приборов.

Система энергоснабжения TN-C-S с дополнительным проводником заземления PE применяемая в новых постройках

Тогда при прикосновении к корпусу, человек получит опасный удар током. В новых домах система заземления TN-C-S с проводником защитного заземления, на корпусах бытовых приборов опасного напряжения не будет, опасности поражения током нет.

Если обрыв нуля в однофазной сети произошел у вас в квартире, то опасности для бытовых приборов не будет, а вот при касании корпуса прибора вас поразит током (старая электропроводка TN-C) если использовать рабочий ноль в качестве защитного заземления.

Если в дом подведена трехфазная сеть, то при обрыве нулевого провода в трехфазной сети возникнет опасность выхода из строя бытовых приборов, не зависимо где произошел обрыв в магистральной линии или у вас в доме.

Причины возникновения обрыва нуля

Причин достаточно много — это обрыв нейтрали на подстанции, в домовых и подъездных щитах, неопытность электриков, отсутствие обслуживания электросетей и далее. Основной причиной обрыва нейтрали — это некачественное крепление провода.

При слабом креплении нейтрали провод нагревается, окисляется (что увеличивает сопротивление перехода нейтраль — корпус) и перегорает. Также возможно обгорание нейтрали при использовании больших номиналов предохранителей.

Нередко обрывается нейтраль при сильных порывах ветра, обледенений, ремонтных работах и т. д. Как видно имеется масса причин обрыва нейтрали. Чтобы избежать последствий от этой неисправности нужно выбрать правильный вариант защиты.

Защита от обрыва нуля

Электропроводка в старых постройках системы заземления TN-C не имеет никакой защиты от обрыва нуля и представляет с собой большую опасность при использовании нейтрали в качестве заземляющего проводника корпусов электроприборов.

Система TN-C. Обрыва нуля нет. Опасности нет

Система TN-C. Последствия при обрыве нуля

В новых постройках системы электроснабжения TN-C-S с отдельным заземляющим проводником, вероятность поражения опасным для жизни током уменьшается. Уменьшить сопротивление заземления, и улучшить качество защиты позволяют дополнительные повторные заземления у каждого дома.

Однако эта система заземления не защитит ваши бытовые приборы при обрыве нуля. Для защиты приборов, техники и поражения током человека помогут реле контроля напряжения или стабилизаторы напряжения. Реле напряжения отключит вашу электросеть при опасных перенапряжениях и минимальных значениях напряжения в сети. Помогут еще и УЗО, дифавтоматы с защитой от обрыва нуля.

Сработает ли УЗО при обрыве нуля

УЗО отключит электросеть при касании корпуса человеком, если в качестве заземляющего проводника использована нейтраль. В этом случае через человека потечет ток утечки, на которую среагирует УЗО. Обычные УЗО и дифавтоматы, если у них нет функции защиты от перенапряжений, не защитят от поломок бытовых электроприборов.

Вывод. Для защиты человека от поражения опасным высоким напряжением и выхода из строя электробытовых приборов, техники, ламп освещения поможет УЗО или дифавтомат с защитой от обрыва нуля. Также можно поставить реле напряжения и обычные УЗО, дифавтомат или реле контроля напряжения с отдельным защитным заземлением.