Фаза и нуль в электрике
Электроэнергия появляется в результате упорядоченного движения заряженных частиц в проводах — электронов. Рождаются эти электроны в огромных электростанциях — таких как, например, Волгоградская ГРЭС (гидроэлектростанция), Нововоронежская АЭС (атомная электростанция) и многих других в нашей стране. Далее по очень толстым проводам эта энергия передается на промежуточные подстанции (как правило, такие стоят по периферии городов), а от них — до местных КТП (комплектная трансформаторная подстанция), которые есть почти в каждом дворе.
Линия электропередач
Уровни напряжения в таких сетях варьируются от 750000 вольт до 380 вольт в конечной КТП. И именно последние делают так, что в розетке обычного дома появляется 220В. Казалось бы, все просто, но! В розетке находятся два провода. И из уроков физики каждый знает, что в электрике есть «фаза» и «нуль». Эти два слова дают нам свет, тепло, воду, газ и многое другое, чем мы пользуемся каждый день. Теперь по-порядку.
КТП
Фаза и нуль: понятия и отличие
Существует такое понятие, как напряжение. Это слово означает степень напряженности электрического поля в данной точке или цепи. Иначе его называют потенциалом. Если очень простыми словами, то это некий поршень, что дает толчок для электронов, чтобы они прошли по проводам и зажгли лампочку в люстре.
В общей цепи (фаза ноль), той, что приходит на люстру или розетку, есть два провода. Один из них и есть фаза. Именно этот провод находится под напряжением. Фаза в электротехнике сравнима с плюсом в автомобиле — это основное питание для сети.
Фаза, ноль, земля в розетке
Нуль — это провод, который не находится под напряжением (это именно то, чем отличается ноль от фазы). Он не перегружен в процессе отбора мощности, но, тем не менее, по нему так же течет электрический ток, только в направлении, обратном фазному. В отсутствии напряжения он является безопасным в плане поражения человека электротоком.
Переменное напряжение — три фазы и ноль
Начать стоит с основ — с переменного напряжения и тока, его природы и принципа передачи к конечным потребителям. Тема переменного тока заслуживает отдельного рассмотрения, но для понимания фазы, нуля и земли на бытовом уровне выделим основные моменты.
Мощные генераторы электростанции вырабатывают напряжение в десятки киловольт. Затем через повышающие и понижающие трансформаторы электроэнергия приходит в дома с привычными нам параметрами 220 Вольт 50 Герц. Последний промежуточный элемент между электростанцией и домом — понижающий распределительный трансформатор. Разбираться в особенностях его работы сейчас не будем. Но для понимания, заменим его, все промежуточные трансформации и генератор на электростанции обычным трехфазным генератором на 220 Вольт.
Трехфазный генератор упрощенно состоит из ротора (вращающегося магнита) и трех обмоток статора, смещенных друг относительно друга на 120° (три фазы — отсюда и пошло название фаза, обозначающее вывод начала обмотки). Начала и концы обмоток трехфазного генератора принято обозначать буквами A, B, C и X, Y, Z. Первыми буквами латинского алфавита обозначают начала обмоток, последними — концы. Концы обмоток соединяются звездой в один узел, называемый нейтральной или нулевой точкой. Тот же принцип и в понижающем распределительном трансформаторе — концы обмоток соединяются в нулевой точке, а начала обмоток — это три фазы с линейным напряжением 380 Вольт.
Ротор генератора, вращаясь, создает электродвижущую силу, которая при условии, что цепь замкнута, заставляет свободные электроны в проводах направленно перемещаться от зоны с большим потенциалом (избытком электронов) к зоне с меньшим потенциалом (недостатком электронов). Давайте условно остановим время и рассмотрим что происходит с напряжениями в каждой фазе. Нам известно, что напряжение в розетке между фазой и нулем 220 Вольт. Это действующее значение напряжения, и после перевода в амплитудное получим 312 Вольт. Примем, что это напряжение на выводе A генератора (или трансформатора). Для определения напряжения на двух оставшихся выводах также условно примем, что потребление по трем фазам симметричное. Тогда нулевой провод фактически не нужен, поэтому отсоединим его от генератора (трансформатора) — в жизни эта ситуация называется обрывом (отгоранием) общего нуля. Но ноль у нас никуда не делся. Важно понимать, что ноль — это не просто четвертый провод от трансформатора. Ноль это в первую очередь общая точка соединения трех фазных нагрузок. И ток в идеале не течет от фазы к нулю трансформатора и обратно. Ток течет между тремя фазами если нагрузки симметричные. И лишь когда нагрузки несимметричные (а в реальной жизни так всегда) только часть тока по четвертому проводу возвращается в трансформатор.
Допустив, что нагрузка у нас симметричная, а ноль — точка соединения начал обмоток трансформатора после нагрузок, теперь можно найти напряжения на оставшихся дух фазных выводах и понять суть переменного напряжения. Так как ток течет, точнее движение свободных электронов происходит между тремя фазами, то если напряжение на выводе А 312 Вольт (примем со знаком «+», напряжение на выводе — это разность потенциалов между началом и концом обмотки (нулевой точкой)), то на оставшихся двух выводах B и C должно быть (оно и есть) по -156 Вольт. То есть электроны в цепи начинают движение от области с потенциалом +312 Вольт к областям с потенциалами -156 Вольт. Если помните, мы остановили время и рассмотрели конкретный момент. Отключим остановку времени. Теперь ротор крутится и значения напряжений на выводах изменяются по синусоиде. Электроны все также движутся межу фазами, но периодически изменяют направления.
Завершая краткий экскурс в переменный ток хочется отметить, что говоря о движении электронов, нужно понимать не прохождение огромных расстояний со скоростью света, а скорее миллиметры (сантиметры). Электроны медлительные и они в проводах не перемещаются со скоростью света. Распространение со скоростью света происходит лишь у электрического поля, которое взаимодействует со всеми свободными электронами на любом участке провода.
Фаза, ноль, земля — что это
Рассмотрев кратко основы переменного тока определимся наконец с понятиями фаза, ноль, земля. С фазой, как правило, особых проблем в понимании нет. Все мы знаем, что она под напряжением и трогать ее не следует. Все системы с глухозаземленной нейтралью имеют заземленную нулевую точку в распределительном трансформаторе. Коснувшись фазы мы замыкаем цепь через землю и через тело проходит опасный ток.
Теперь разберемся с нулем. Как выше упоминалось, ноль — это точка соединение трех фаз с нагрузками. Также ноль — это точка соединения концов вторичных обмоток в трансформаторе. А все мы, как правило, под нулем понимаем четвертый провод, который соединяет две нулевые точки. Правильно ли это? Правильно, но нужно для полного понимания разделить все эти участки.
Рассмотрим ноль, как общую точку соединения фазных нагрузок. Почему ноль? Потому что, если нагрузка симметричная, то потенциал в этой точке равен 0 Вольт. И в самом деле, рассчитав разность потенциалов между тремя фазами со значениями напряжений +312, -156, -156 Вольт, получим 0 Вольт.
В реальной жизни все три фазы не могут быть нагружены одинаково. В связи с этим в нулевой точке уже появляется потенциал. А если неравномерность нагрузки значительная, этот потенциал может быть очень большим, а разброс напряжения у потребителей может быть от низких до очень высокими. И чтобы такого не происходило нулевые точки соединяются проводом. А так как нейтраль трансформатора глухозаземлена, то этот четвертый провод не что иное, как PEN проводник. По нему всегда течет ток, который равен геометрической сумме всех фазных токов.
На данном этапе уместно всех предупредить, не слушайте вредные советы многих некомпетентных электриков и никогда не трогайте нулевой (PEN) проводник. Он всегда под напряжением. Чаще под небольшим, но иногда бывает под опасно большим (при обрыве общего нуля). И то, что PEN проводник заземлен, никакой роли не играет. Ноль бьет током, так как PEN проводник имеет свое сопротивление. И чем он длиннее, тем больше сопротивление в удаленной от трансформатора точке. А если есть сопротивление, то будет разность потенциалов с землей, и дотронувшись до нулевого провода, через вас пройдет ток. И здесь не работает очередная глупость о том, что ток течет по пути наименьшего сопротивления. Ток в замкнутой цепи распределяется везде, только его сила обратно пропорциональна сопротивлению.
Завершим тему землей. Если рассматривать распространенную систему TN, то под разговорным названием «земля» нужно понимать защитное зануление. Защитное зануление в электроустановках напряжением до 1 кВ — это преднамеренное соединение открытых проводящих частей с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока, с глухозаземленным выводом источника однофазного тока, с заземленной точкой источника в сетях постоянного тока, выполняемое в целях электробезопасности. То есть ноль и земля соединены в какой-то точке до разделения. Поэтому как ноль, так и землю без предварительной проверки не нужно трогать.
Варианты определения проводников «фаза»/«ноль»
Итак, наступила, ситуация, когда необходимо, например, подключить новую розетку. Но совершенно не понятно, какой из проводов является фазным, а какой нулевым. Способов быстро решить проблему существует несколько — это можно сделать как с применением специальных приборов, так и без них.
Цветовая окраска проводов, как основной ориентир
Это самый легкий и быстрый способ. Для правильной классификации нуля и фазы следует знать, какой цвет провода к чему относится. Предварительно необходимо будет изучить информацию о том, где четко прописаны действующие стандарты для конкретной страны.
Данный метод весьма актуален в любых новостройках, поскольку сейчас вся электрическая проводка прокладывается специалистами, выполняющими свою работу согласно всем требованиям установленных стандартов. Так, например, в России еще в 2004 году был принят стандарт «IEC60446», в котором четко обозначена процедура разделения кабелей по цветам, а именно:
- защитным нулем стал обозначаться провод желто-зеленого цвета;
- рабочим нулем стали называть синий/сине-белый провод;
- фазу — провода других цветов (например, черного, красного, коричневого и прочие).
Такое обозначение актуально в настоящее время.
Если проводка уже довольна старая или ее прокладкой занимались непрофессиональные специалисты, правильнее будет все же воспользоваться иными методами определения.
Отвертка-индикатор — незаменимое приспособление
Данный инструмент является неотъемлемым прибором в наборе домашнего электрика-умельца. Она применяется как при выполнении электромонтажных работ, так и при установке осветительных приборов в помещении или даже в процессе обыкновенной замены лампочек.
Принцип ее работы заключается в прохождении емкостного тока сквозь корпус отвертки через тело оператора.
Элементы отвертки:
- корпус, выполненный из диэлектрического материала;
- наконечник из металла в форме плоской отвертки, который прикладывают к проводам при проверке;
- неоновый индикатор — лампочка, сигнализирующая о фазовом потенциале;
- ограничитель тока — резистор, понижающий ток до минимального значения и выполняющий роль защитного механизма: защищает человека от поражения током, а само устройство от выхода из строя;
- контактная металлическая площадка, создающая замкнутую цепь через человека на землю.
Методика работы настолько проста, что справиться с ней может любой человек, даже новичок. Работает индикаторная отвертка следующим образом. При прикосновении наконечником к фазному контакту (цветному проводу) происходит замыкание электрической цепи — неоновая лампа должна загореться. То есть, поступает «сообщение» о наличии сопротивления, следовательно, данный кабель является фазой. В то же время ни на заземлении, ни на нуле, она загораться не должна. Если это происходит, можно с уверенностью говорить о том, что в схеме подключения электропроводки есть ошибки.
Работа с отверткой-индикатором в светлое время суток потребует некоторой внимательности — днем свечение лампы плохо заметно, поэтому придется приглядываться.
При работе с подобными приспособлениями нужно быть крайне осторожным — нельзя дотрагиваться до оголенных участков проводников и выводов индикатора, находящихся под напряжением.
На заметку! Профессиональные электрики пользуются более дорогими многофункциональными индикаторами, свечением которых управляет схема на транзисторах, питающаяся от встроенных аккумуляторов напряжением в 3 В. Еще одним их характерным отличием от простых аналогов является отсутствие контактной площадки, к которой нужно прикасаться при выполнении замеров.
Устройства, помимо своего прямого назначения — проверки фазового провода — выполняют и ряд других вспомогательных задач: определение полярности источников постоянного напряжения, места обрыва электроцепи и так далее.
Мультиметр — надежный помощник
Чтобы вычислить фазу, используя тестер, его необходимо переключить в режим «вольтметр» и мерить напряжение между всеми парными выводами кабелей. Соединение щупов с защитным нулем и заземлением должно показывать отсутствие напряжения. Напряжение между фазой и любым другим проводов должно составлять 220 В.
Способы определения проводов:
Так, в первом случае вольтметр отклоняется от нулевой отметки в цепи «ноль/фаза». На другом рисунке он показывает отсутствие напряжения между нулем и землей. И на третьем, вольтметр между фазой и землей показывает «0 В» поскольку проводник еще не подсоединен к земле. Третий случай — это скорее исключение из правил. Такое возможно, например, в случаях, когда старые кабеля здания находится на этапе реконструкции. В нормальной работающей системе электропроводки вольтметр тоже должен показывать 220 В.
Использование лампы накаливания
Перед началом работы необходимо будет собрать приспособление для тестирования. Оно будет состоять из обыкновенной лампочки, патрона и проводов. Лампа вкручивается в патрон, а к клеммам патрона крепятся проводники. Один из проводов необходимо будет заземлить, например, подсоединить к батарее отопления.
Сущность метода заключается в поочередном прикладывании второго (свободного) проводника ко всем тестируемым жилам. Если лампочка вспыхнет — найден фазный провод.
Метод позволяет установить приблизительно наличие фазного кабеля среди остальных. Сигнал лампы точно сигнализирует о том, что среди этих проводников какой-то фазовый, а какой-то нулевой. Если же лампа не горит, значит среди кабелей нет фазного. Но может случиться, что нет как раз именно нулевого.
Поэтому в большей степени данный метод целесообразен для определения работоспособности электрической проводки и правильности монтажа.
В чем отличие фазного проводника от нулевого?
Назначение фазного кабеля – подача электрической энергии к нужному месту. Если говорить о трехфазной электросети, то в ней на единственный нулевой провод (нейтральный) приходится три токоподающих. Это обусловлено тем, что поток электронов в цепи такого типа имеет фазовый сдвиг, равный 120 градусам, и наличия в ней одного нейтрального кабеля вполне достаточно. Разность потенциалов на фазном проводе составляет 220В, в то время как нулевой, как и заземляющий, не находится под напряжением. На паре фазных проводников значение напряжения составляет 380 В.
Линейные кабели предназначены для соединения нагрузочной фазы с генераторной. Назначение нейтрального провода (рабочего нуля) заключается в соединении нулей нагрузки и генератора. От генератора поток электронов перемещается к нагрузке по линейным проводникам, а его обратное движение происходит по нулевым кабелям.
Нулевой провод, как было сказано выше, не находится под напряжением. Этот проводник выполняет защитную функцию.
Назначение нулевого провода заключается в создании цепочки с низким показателем сопротивления, чтобы в случае короткого замыкания величины тока хватило для немедленного срабатывания устройства аварийного отключения.
Таким образом, за повреждением установки последует ее быстрое отключение от общей сети.
В современной проводке оболочка нейтрального проводника бывает синей или голубой. В старых схемах рабочий нулевой провод (нейтраль) совмещен с защитным. Такой кабель имеет покрытие желто-зеленого цвета.
В зависимости от назначения электропередающей линии она может иметь:
- Глухозаземленный нейтральный кабель.
- Изолированный нулевой провод.
- Эффективно-заземленный ноль.
Первый тип линий все чаще используется при обустройстве современных жилых зданий.
Чтобы такая сеть функционировала правильно, энергия для нее вырабатывается трехфазными генераторами и доставляется также по трем фазным проводникам, находящимся под высоким напряжением. Рабочий ноль, являющийся по счету четвертым проводом, подается от этой же генераторной установки.
Наглядно про разницу между фазой и нолем на видео:
Домашняя электропроводка: находим ноль и фазу
Установить в домашних условиях, где какой провод находится, можно разными способами. Мы разберем только самые распространенные и доступные практически любому человеку: с использованием обычной электрической лампочки, индикаторной отвертки и тестера (мультиметра).
Про цветовую маркировку фазных, нулевых и заземляющих проводов на видео:
Проверка с помощью электролампы
Перед тем, как приступить к такой проверке, нужно собрать с использованием лампочки устройство для проверки. Для этого ее следует вкрутить в подходящий по диаметру патрон, после чего закрепить на клемме провода, сняв изоляцию с их концов стриппером или обычным ножом. Затем проводники лампы нужно поочередно прикладывать к тестируемым жилам. Когда лампа загорится, это будет означать, что вы нашли фазный провод. Если проверяется кабель на две жилы, уже понятно, что вторая будет нулевой.
Проверка индикаторной отверткой
Хорошим помощником в работе, связанной с электрическим монтажом, является индикаторная отвертка. В основе работы этого недорогого инструмента лежит принцип протекания сквозь корпус индикатора емкостного тока. В ее состав входят следующие основные элементы:
- Металлический наконечник, имеющий форму плоской отвертки, который прикладывается к проводам для проверки.
- Неоновая лампочка, загорающаяся при прохождении сквозь нее тока и сигнализирующая таким образом о фазовом потенциале.
- Резистор для ограничения величины электрического тока, который защищает устройство от сгорания под воздействием мощного потока электронов.
- Контактная площадка, позволяющая при прикосновении к ней создать цепь.
Профессиональные электромонтеры используют в своей работе более дорогие светодиодные индикаторы с двумя встроенными элементами питания, но простенькое устройство китайского производства вполне доступно любому человеку и должно иметься у каждого хозяина дома.
Если вы проверяете наличие напряжения на проводе с помощью этого прибора при дневном свете, то придется приглядываться в ходе работы более внимательно, так как свечение сигнальной лампы будет плохо заметно.
При касании жалом отвертки фазного контакта сигнализатор загорается. При этом ни на защитном нуле, ни на заземлении светиться он не должен, в противном случае можно сделать вывод, что в схеме подключения имеются неполадки.
Пользуясь этим индикатором, будьте внимательны, чтобы нечаянно не коснуться рукой провода под напряжением.
Про определение фазы наглядно на видео:
Проверка мультиметром
Для определения фазы с помощью домашнего тестера прибор нужно поставить в режим вольтметра и измерить попарно величину напряжения между контактами. Между фазой и любым другим проводом этот показатель должен составлять 220 В, а прикладывание щупов к заземлению и защитному нулю должно показывать отсутствие напряжения.
Фаза и ноль в современной розетке
В устройствах современного типа есть три провода. Фаза бывает любого цвета. Помимо фазы и нуля имеется еще один провод (защитный нулевой). Цвет этого проводника — зеленый или желтый.
Через фазу подается напряжение. Ноль используется для защитного зануления. Третий провод нужен как дополнительная защита — для забора лишнего тока во время замыкания. Ток перенаправляется в землю или в обратную сторону — к источнику электричества.
Обратите внимание! Не имеет практического значения, справа или слева расположены фаза и ноль. Однако чаще всего фаза расположена слева, а ноль — справа.
Перепутать фазу и ноль
На заре электрификации подключение светильника было простым процессом. Очень часто вся конструкция представляла собой патрон со встроенным выключателем, а иногда ещё и с розеткой.
Сейчас люстра может быть сложной конструкцией, неправильное подключение которой может привести к срабатыванию защиты или некорректной работе ламп. Ситуацию осложняет то, что провода в кабеле разные – нулевой, фазный и заземляющим.
подключение пятирожковой люстры
Если заземление присоединяется к корпусу светильника, то с оставшимися проводниками вопрос более сложный, поэтому при выполнении этих работ важно знать, что будет, если перепутать фазу и ноль при подключении люстры
Разница между нулем и землей
Последствия неправильной коммутации нулевого и заземляющего проводников могут быть разными:
- Неправильная работа приборов учета электроэнергии в меньшую или большую сторону. Соответственно в первом случае, когда компания-поставщик найдет ошибку, может быть начислен огромный штраф.
- Некорректная работа устройств защитного отключения и дифференциальных автоматов: при существенных перепадах напряжения будет постоянно перегорать бытовая техника.
- Отсутствие защиты человека от поражения током. Более того, неправильная схема может стать основной причиной удара.
