Транспортировка электроэнергии в трехфазных сетях от источника, например трансформаторной подстанции потребителю, как правило, реализована на кабелях, состоящих из трех фазных проводников и одного нулевого. Для монтажа трехфазных линий, реализованных по схеме питания TN-C-S, кабели оснащены пятыми, защитными проводниками PE. При разводке в многоквартирных домах каждая из квартир подключается к отдельной фазе и нулевому проводу, тем самым получая фазное напряжение 220 В, таким образом нагрузка равномерно распределена между фазами.
При симметричной нагрузке в трехфазной сети величины фазных токов скомпенсированы и ток нулевых проводов равен нулю, появляется он там при отличии однофазных нагрузок, в случаях соответствующих перекосу фаз, да и то величина его значительно меньше фазных токов. Не случайно сечение нулевых проводников в трехфазных кабелях в два раза меньше сечения фазных проводов.
Почему отгорают нулевые проводники
Обрывы нуля для воздушных линий явление не редкое, однако, применение кабельных линий электропередач эту вероятность нивелируют. Значительно чаще обрывы нулевого провода в кабеле происходят по причине отгорания нуля. Попробуем разобраться в этом явлении.
Как уже упоминалось выше, при сбалансированной нагрузке величина тока через нулевую жилу равна нулю, это справедливо для идеальной активной нагрузки, но в реальной жизни все обстоит иначе. Каждая из фаз питает отдельные квартиры, где существует огромное количество нагрузок в виде различных электронных приборов, сложнобытовой техники и прочей аппаратуры, главной особенностью которых является применение импульсных источников питания.
Современные безтрансформаторные (импульсные) блоки питания бытовых электроприборов позволили сделать аппаратуру легче, компактнее, дешевле, они предоставляют возможность существенно экономить электроэнергию, правда, обладают одним недостатком – являются источником импульсных помех и гармоник, накладываемых на значения фазных напряжений. Паразитные токи не компенсируются в фазных проводах, а суммируются в нулевом проводе, таким образом, суммарный ток, протекающий через нейтраль, может не только приближаться к значениям фазных токов, но и значительно их превышать.
Высокие токи и не рассчитанное на них сечение провода – главное условие, вызывающее отгорание нуля, а происходит оно в слабых местах (изломах, ненадежных соединениях и пр.).
Что происходит при отгорании нулевой жилы и как от этого защититься
Теперь посмотрим, что произойдет при обрыве или отгорании нуля. Предположим что к каждой из фаз трехфазного кабеля подключено по квартире, внутренняя сеть которых запитывается фазным напряжением от фазы и нуля, равным 220 В. Представим каждую из квартир в виде нагрузочного сопротивления. Схематически они получаются связанными друг с другом через нулевой провод, поскольку тот является общим для всех трех.
Теперь если разорвать контакт между точкой соединения нулевых проводов всех трех квартир и нулем кабеля (что соответствует его обрыву или отгоранию), то все три квартиры оказываются включенными «звездой» в трехфазную сеть. На вводных проводах в каждое жилище оказываются не фазные 220, а линейные 380 В. Возможно дальше не стоит продолжать.
Можно ли защититься от подобных неприятностей, точнее защитить от порчи дорогостоящую аппаратуру, которая массово гибнет в случае отгорания нуля? Оказывается можно и делается это довольно просто путем установки в распределительный щиток реле контроля напряжения, которое мгновенно отключит электрическую сеть квартиры в случае превышения напряжением заданного порога. Потратив на установку несколько тысяч рублей, можно легко защитить аппаратуру стоимостью десятки, а то и сотни тысяч.