Что такое фаза, ноль, земля в электрике и зачем они нужны

Известно, что электрическая энергия вырабатывается на электрических станциях при помощи генераторов переменного тока. Затем, по линиям электропередач от трансформаторных подстанций электроэнергия поступает потребителям. Разберем подробнее, каким образом энергия подводится к подъездам многоэтажных домов и частным домам. Это даст понять даже чайникам в электрике, что такое фаза, ноль и заземление и зачем они нужны.

Простое объяснение

Итак, для начала простыми словами расскажем, что собой представляют фазный и нулевой провод, а также заземление. Фаза — это проводник, по которому ток приходит к потребителю. Соответственно ноль служит для того, чтобы электрический ток двигался в обратном направлении к нулевому контуру. Помимо этого назначение нуля в электропроводке — выравнивание фазного напряжения. Заземляющий провод, называемый так же землей, не находится под напряжением и предназначен для защиты человека от поражения электрическим током. Подробнее о заземлении вы можете узнать в соответствующем разделе сайта.

Надеемся, наше простое объяснение помогло разобраться в том, что такое ноль, фаза и земля в электрике. Также рекомендуем изучить цветовую маркировку проводов, чтобы понимать, какого цвета фазный, нулевой и заземляющий проводник!

Углубляемся в тему

Питание потребителей осуществляется от обмоток низкого напряжения понижающего трансформатора, являющегося важнейшей составляющей работы трансформаторной подстанции. Соединение подстанции и абонентов выглядит следующим образом: к потребителям подводится общий проводник, отходящий от точки соединения трансформаторных обмоток, называемый нейтралью, наряду с тремя проводниками, представляющими собой выводы остальных концов обмоток. Выражаясь простыми словами, каждый из этих трех проводников является фазой, а общий – это ноль.

Между фазами в трехфазной энергетической системе возникает напряжение, называемое линейным. Его номинальное значение составляет 380 В. Дадим определение фазному напряжению — это напряжение между нулем и одной из фаз. Номинальное значение фазного напряжения составляет 220 В.

Электроэнергетическая система, в которой ноль соединен с землей, называется «система с глухозаземленной нейтралью». Чтобы было предельно понятно даже для новичка в электротехнике: под «землей» в электроэнергетике понимается заземление.

Физический смысл глухозаземленной нейтрали следующий: обмотки в трансформаторе соединены в «звезду», при этом, нейтраль заземляют. Ноль выступает в качестве совмещенного нейтрального проводника (PEN). Такой тип соединения с землей характерен для жилых домов, относящихся к советской постройке. Здесь, в подъездах, электрический щиток на каждом этаже просто зануляют, а отдельное соединение с землей не предусмотрено. Важно знать, что подключать одновременно защитный и нулевой проводник к корпусу щитка весьма опасно, потому как существует вероятность прохождения рабочего тока через ноль и отклонения его потенциала от нулевого значения, что означает возможность удара током.

К домам, относящимся к более поздней постройке, от трансформаторной подстанции предусмотрено подведение тех же трех фаз, а также разделенных нулевого и защитного проводника. Электрический ток проходит по рабочему проводнику, а назначение защитного провода заключается в соединении токопроводящих частей с имеющимся на подстанции заземляющим контуром. В этом случае в электрических щитках на каждом этаже располагается отдельная шина для раздельного подключения фазы, нуля и заземления. Заземляющая шина имеет металлическую связь с корпусом щитка.

Известно, что нагрузка по абонентам должна быть распределена по всем фазам равномерно. Однако, предсказать заранее, какие мощности будут потребляться тем или иным абонентом, не представляется возможным. В связи с тем, что ток нагрузки разный в каждой отдельно взятой фазе, появляется смещение нейтрали. Вследствие чего и возникает разность потенциалов между нулем и землей. В случае, когда сечение нулевого проводника является недостаточным, разность потенциалов становится еще значительнее. Если же связь с нейтральным проводником полностью теряется, то велика вероятность возникновения аварийных ситуаций, при которых в фазах, нагруженных до предела, напряжение приближается к нулевому значению, а в ненагруженных, наоборот, стремится к значению 380 В. Это обстоятельство приводит к полной поломке электрооборудования. В то же время, корпус электрического оборудования оказывается под напряжением, опасным для здоровья и жизни людей. Применение разделенных нулевого и защитного провода в данном случае поможет избежать возникновения таких аварий и обеспечить требуемый уровень безопасности и надежности.

Напоследок рекомендуем просмотреть полезные видео по теме, в которых даются определения понятиям фазы, нуля и заземления:

Надеемся, теперь вы знаете, что такое фаза, ноль, земля в электрике и зачем они нужны. Если возникнут вопросы, задайте их нашим специалистам в разделе «Задать вопрос электрику«!

Рекомендуем также прочитать:

Ноль и земля в трехфазной сети. Для чего нужны фаза, ноль и заземление

О фазе часто можно услышать в разговоре об электричестве. Но, конечно, слово имеет гораздо более широкое значение. Что такое фаза, ее циклы, как она связана с заземлением. Об этом и многом другом узнаем в следующей статье.

Что такое фаза

В физике под фазой понимают одно из состояний вещества (например, вода бывает в жидком, жидкокристаллическом, кристаллическом и газообразном агрегатном состоянии). Кроме того, под ней понимается стадия в цикле колебания (к примеру, в волновом движении).

В астрономии слово имеет несколько иной смысл. Что такое фаза в этой науке, можно понять из наблюдений с Земли за небесным телом (к примеру, Луной). То есть ее можно обозначить как видимую часть освещенной полусферы небесного объекта с Земли.

В теории экономики широко известно, что такое фазы цикла. Это когда в определенный промежуток времени (цикл) наблюдается закономерная активность.

Рассмотрим, что подразумевает этот термин в электричестве.

Фаза в электричестве

А вы знаете, на электростанциях? Везде принцип его возникновения один и тот же: вращение магнита внутри катушки приводит к тому, что в ней появляется Этот эффект получил название ЭДС, или электродвижущая сила индукции. Вращающийся магнит называют ротором, а прикрепленные вокруг него катушки — статором.

Переменное напряжение получают от постоянного, когда последнее изгибают по синусу, в результате чего достигается то положительное, то отрицательное его значение.

Итак, магнит приходит в движение, например, благодаря потоку воды. При вращении ротора все время меняется. Поэтому и создается переменное напряжение. При трех установленных катушках каждая из них имеет отдельную электрическую цепь, а внутри нее появляется одинаковое переменное значение, где фаза напряжения сдвинута по окружности на сто двадцать градусов, то есть на треть относительно той, что расположена рядом.

А может, запитывать дома как раньше?

Такая схема получила название трехфазной. Но можно спокойно запитать дом и с помощью одной такой катушки. При этом первый конец катушки просто заземляют, а второй — ведут в дом, где этот провод подсоединяют, к примеру, к вилке чайника. Второй штырек вилки при этом заземляют. Получится то же самое электричество.

Распространение трехфазного тока

Трехфазный ток поступает в дома через линии электропередач (где напряжение достигает тридцати пяти киловольт). Считается, что он является наиболее экономичным и со всех сторон более выгодным по сравнению с обычным током.

В промышленности питание идет именно трехфазным током, так как вращающуюся конструкцию на нем соорудить легче, и вообще он более мобилен и имеет большую мощность.

Провода

Разберемся, что такое фаза, земля и нулевой провод, более подробно.

Легко представить себе с соединением по схеме «звезда». Точку фазного соединения называют нейтралью.

Обычно ее заземляют для увеличения безопасности, так как если прибор выйдет из строя, то при отсутствии заземления, создастся опасность для человека. При прикосновении к прибору его просто ударит током. Но при наличии заземления произойдет утечка лишнего тока и никакого риска не образуется.

Итак, все вместе — нулевой провод, земля и фаза провода необходимы для обеспечения безопасности людей. В новых строящихся домах предусмотрена именно такая система, в то время как в старых она отсутствует.

Определение фазы

Иногда бывает необходимо определить, где находится провод фазы. Для обычной розетки, это, может быть, и не нужно. А вот при подключении, например, люстры, фаза должна подаваться непосредственно на выключатель, а ноль — прямо к лампам. Тогда, если свет будет выключен, при замене лампы человека не ударит током. И даже при включенном приборе, если он случайно коснется лампы, хоть и будет горячо, зато удара не случится.

Есть очень простой и удобный прибор для определения фаз. По виду он напоминает обычную отвертку. Но внутри устройство имеет лампочку, которая при прикосновении к фазе загорится. При этом палец должен касаться в это время металлического пятачка прибора.

Некоторые смельчаки фазу решаются определять совершенно небезопасными методами. К таковым относится так называемая «контролька», когда провод подставляют под струю воды, касаются их неоновой лампочкой или приводят в контакт с батареей.

Стоит ли говорить, что лучше не прибегать к способам, которые становятся опасными не только для экспериментатора, но и для окружающих. Тем более в настоящее время стоит совсем недорого.

При правильном монтаже электрокабелей по помещениям провод синего цвета будет означать ноль, желто-зеленый — землю, а черным или любым другим цветом будет обозначена фаза. Но работа электриков, к сожалению, не всегда бывает добросовестной и квалифицированной. Поэтому цвета могут не совпадать с назначением.

Современные отвертки-индикаторы избавят от головной боли человека, пытающегося осмыслить, как определить фазу, ноль, землю. Замечены некоторые сложности, расскажем ниже. Для тестирования применяется сигнал, генерируемый отверткой. Понятно, внутри стоят батарейки. Старая советская отвертка-индикатор на базе одной газоразрядной лампочки негодна. Позволит безошибочно определить фазу. Следовательно, другая цепь будет ноль или земля.

Правильно определить фазу

Провода трехжильные

Начнем терминами. Слова ноль русский язык лишен. Зато употреблялось обиходом за счет легкого произношения. Ноль — искаженный нуль, восходящий корнями к латинскому языку. Программист знает: под термином NULL принято подразумевать пустые, неопределенные переменные (лишенные типа). Иногда вид данных удобен для составления алгоритмов (при передаче значений функции).

Теперь попробуем найти фазу. Типичная отвертка-индикатор образована стальным щупом, вслед идет высокоомное сопротивление (например, углерода), ограничивающее ток, источником света выступает газоразрядная лампочка малого размера. Мелочи, но незнающие термина контактная кнопка, определить ноль бессильны. На конце ручки отвертки-индикатора металлическая площадка. Это контактная кнопка, которую потрудитесь касаться пальцем. Иначе лампочка при прикосновении к фазе светиться

Фаза, ноль и земля – что это такое?

Электрическая энергия, которой мы пользуемся, вырабатывается генераторами переменного тока на электростанциях. Их вращает энергия сжигаемого топлива (угля, газа) на ТЭС, падающей воды на ГЭС или ядерного распада на АЭС. До нас электричество добирается через сотни километров линий электропередач, претерпевая по дороге преобразования с одной величины напряжения в другую. От трансформаторной подстанции оно приходит в распределительные щитки подъездов и далее – в квартиру. Или по линии распределяется между частными домами поселка или деревни.

Разберемся, откуда берутся понятия «фаза», «ноль» и «земля». Выходной элемент подстанции — понижающий трансформатор, с его обмоток низкого напряжения идет питание потребителю. Обмотки соединяются в звезду внутри трансформатора, общая точка которой (нейтраль) заземляется на трансформаторной подстанции. Отдельным проводником она идет к потребителю. Идут к нему и проводники трех выводов других концов обмоток. Эти три проводника называются «фазами» (L1, L2, L3), а общий проводник – нулем (PEN).

Система с глухозаземленной нейтралью

Поскольку нулевой проводник заземлен, то такая система называется «системой с глухозаземленной нейтралью». Проводник PEN называется совмещенным нулевым проводником. До выхода в свет 7-го издания ПУЭ ноль в таком виде доходил до потребителя, что создавало неудобства при заземлении корпусов электрооборудования. Для этого их соединяли с нулем, и это называлось занулением. Но через ноль шел и рабочий ток, и его потенциал не всегда равнялся нулю, что создавало риск поражения электрическим током.

Теперь из вновь вводимых трансформаторных подстанций выходят два нулевых проводника: нулевой рабочий (N) и нулевой защитный (РЕ). Функции их разделены: по рабочему протекает ток нагрузки, а защитный соединяет подлежащие заземлению токопроводящие части с контуром заземления подстанции. На отходящих от нее линиях электропередачи нулевой защитный проводник дополнительно соединяют с контуром повторного заземления опор, содержащих элементы защиты от перенапряжений. При вводе в дом его соединяют с контуром заземления.

Напряжения и токи нагрузки в системе с глухозаземленной нейтралью

Напряжение между фазами трехфазной системы называют линейным, а между фазой и рабочим нулем – фазным. Номинальные фазные напряжения равны 220 В, а линейные – 380 В. Провода или кабели, содержащие в себе все три фазы, рабочий и защитный ноль, проходят по этажным щиткам многоквартирного дома. В сельской местности они расходятся по поселку при помощи самонесущего изолированного провода (СИП). Если линия содержит четыре алюминиевых провода на изоляторах, значит, используются три фазы и PEN. Разделение на N и РЕ в таком случае выполняется для каждого дома индивидуально во вводном щитке.

К каждому потребителю в квартиру приходит одна фаза, рабочий и защитный ноль. Потребители дома распределяются по фазам равномерно, чтобы нагрузка была одинаковой. Но на практике этого не получается: невозможно предугадать, какую мощность будет потреблять каждый абонент. Так как токи нагрузки в разных фазах трансформатора не одинаковы, то происходит явление, называемое «смещением нейтрали». Между «землей» и нулевым проводником у потребителя появляется разность потенциалов. Она увеличивается, если сечения проводника недостаточно или его контакт с выводом нейтрали трансформатора ухудшается. При прекращении связи с нейтралью происходит авария: в максимально нагруженных фазах напряжение стремится к нулю. В ненагруженных фазах напряжение становится близким к 380 В, и все оборудование выходит из строя.

В случае, когда в такую ситуацию попадает проводник PEN, под напряжением оказываются все зануленные корпуса щитов и электроприборов. Прикосновение к ним опасно для жизни. Разделение функции защитного и рабочего проводника позволяет избежать поражения электрическим током в такой ситуации.

Как распознать фазные и защитные проводники

Фазные проводники несут в себе потенциал относительно земли, равный 220 В (фазному напряжению). Прикосновение к ним опасно для жизни. Но на этом основан способ их распознавания. Для этого применяется прибор, называемый однополюсным указателем напряжения или индикатором. Внутри него расположены последовательно соединенные лампочка и резистор. При прикосновении к «фазе» индикатором ток протекает через него и тело человека в землю. Лампочка светится. Сопротивление резистора и порог зажигания лампочки подобраны так, чтобы ток был за гранью чувствительности человеческого организма и им не ощущался.

Конструкция однополюсного указателя напряжения

Конструкция однополюсного указателя напряжения

1	корпус
2	разъемное соединение
3	пружина
4	индикаторная неоновая лампа
5	контакт для прикосновения
6	изолированная часть
7	резистор

Распознать фазные проводники можно по их расцветке, для них используются черный, серый, коричневый, белый или красный цвет. Сложнее всего со старыми электрощитами: в них проводники одного цвета. Но «фазу» с помощью индикатора определить можно всегда и без ошибок.

Нулевой рабочий проводник – синего (голубого) цвета, защитный маркируется желто-зелеными полосами. Напряжение на них отсутствует, но лучше без нужды их не касаться. Есть у электриков такой закон: если сейчас напряжения нет, то оно может появиться в любой момент.

Оцените качество статьи:

Что такое нулевая фаза в электричестве. Что такое фаза ноль и земля и зачем они нужны. Определение фазы, нуля и заземления контрольной лампой

Чтобы понять основы электрики, не обязательно углубляться в технические подробности электрической цепи. Достаточно знать, способы передачи электрического тока, которые бывают однофазными или трехфазными. Трехфазная сеть – это, когда электричество поступает по трем проводам, а еще по одному должно вернуться обратно, к источнику тока, которым может быть трансформатор, электрический счетчик. Однофазная сеть – это, когда электричество поступает по одному проводу, а по другому возвращается обратно к источнику питания. Такая система называется электрическая цепь, а ее основы проходят на уроках физики.

Электроэнергетика генерирует трехфазный электрический ток для передачи через электрическую сеть для снабжения жилых домов, предприятий и промышленности электроэнергией. Большинство жилых домов и малых предприятий используют только однофазную электроэнергию, но заводы часто используют трехфазную мощность для крупных двигателей и других целей. Трансформаторы, которые питают трехфазную мощность, имеют два разных метода проводки, называемых дельтами и звездами. Небольшие различия в напряжении существуют, в зависимости от метода подключения.

Вспомните – электрическая цепь состоит из источника, потребителей, соединительных проводов и других элементов. В любом источнике тока «работают» положительно и отрицательно заряженные частицы. Они накапливаются на разных полюсах источника, один из которых становится положительным, а другой отрицательным. Если полюса источника соединить, возникает электрический ток. Под действием электростатической силы частицы приобретают движение только в одном направлении.

Проверка трехфазного напряжения довольно проста и проста. Переведите выключатель двигателя в положение «Выкл.». Выверните винты, удерживающие крышку на выключателе, и снимите крышку. Если мультиметр не является автоматическим мультиметром, выберите диапазон напряжения выше напряжения, которое вы планируете проверить. Загляните в коробку выключателя двигателя. Вы увидите один набор из трех проводов и один комплект из трех проводов.

Особенности поиска неисправностей

Для каждого теста должно быть одинаково показание напряжения. Переведите рычаг выключателя в положение «Вкл.». На любом испытании напряжение не должно изменяться более чем на несколько вольт. Однофазное напряжение составляет половину напряжения, проверенного между парами линий. Трехфазный ток от преобразователя поворотной фазы может иметь одну фазу с другим напряжением от двух других. Это напряжение также будет меняться в зависимости от условий нагрузки, например, когда двигатель работает.

Для начала рассмотрите пример однофазной сети: квартира, в которой электричество к чайнику, микроволновке, стиральной машине поступает по одному проводу, а назад к источнику тока — по другому проводу. Если такую цепь разомкнуть, то, электричества не будет. Провод, подающий ток, называется фазовым или фазой, а провод, по которому ток возвращается – нулевым или нулем.

Помните, что вы делаете в любое время. Тестирование электрического тока подвергает вас потенциально опасным для жизни напряжениям и токам. Обратите внимание на то, что вы делаете, и не позволяйте другим отвлекать вас. Выключатель двигателя на некоторых двигателях также является выключателем стоп-старта. Имейте в виду, что при перемещении разъединителя двигателя в положение «Вкл.» Двигатель запускается в этом случае.

Существует три типа фазовых откликов, которые могут иметь фильтры: нулевая фаза, линейная фаза и нелинейная фаза. Пример каждого из них показан на рисунке 19 Как показано на рисунке, фильтр нулевой фазы характеризуется импульсной характеристикой, симметричной вокруг нулевой точки. Фактическая форма не имеет значения, только то, что отрицательные пронумерованные образцы являются зеркальным отображением положительных пронумерованных выборок. Когда преобразование Фурье берется из этой симметричной формы волны, фаза будет полностью нулевой, как показано на рисунке.

Если сеть трехфазная, электричество будет поступать по трем проводам, а возвращаться так же по одному. Трехфазные сети чаще бывают в домах загородного типа. Если в такой сети разомкнуть один провод, то, на других фазах ток останется.

То есть, фаза в электрике – это провод, который подает ток от источника питания, а ноль – это провод, который отводит ток обратно, к источнику питания. Если току не обеспечить постоянную цепь – случились аварии на линии, произошел обрыв проводов, то, приборы могут просто перестать работать или сгорят от перенапряжения в электрической сети. В электрике это явление называется «перекос фаз». Если оборвался ноль, напряжение может измениться как в наибольшую, так и в наиме

Фаза, ноль, заземление. Как их определить и что это такое

Давайте для начала разберемся что такое фаза и что такое ноль, а потом посмотрим как их найти.

В промышленных масштабах у нас производится трехфазный переменный ток, а в быту мы используем, как правило, однофазный.

Это достигается за счет подключения нашей проводки к одному из трех фазовых проводов (рисунок 1), причем, какая именно фаза приходит в квартиру нам, для дальнейшего рассмотрения материала, глубоко безразлично. Поскольку этот пример очень схематичен, следует кратко рассмотреть физический смысл такого подключения (рисунок 2).

Электрический ток возникает при наличии замкнутой электрической цепи, которая состоит из обмотки (Lт) трансформатора подстанции (1), соединительной линии (2), электропроводки нашей квартиры (3). (Здесь обозначение фазы L, нуля — N).

Еще момент — чтобы по этой цепи протекал ток, в квартире должен быть включен хотя бы один потребитель электроэнергии Rн. В противном случае тока не будет, но НАПРЯЖЕНИЕ на фазе останется.

Один из концов обмотки Lт на подстанции заземлен, то есть имеет электрический контакт с грунтом (Змл). Тот провод, который идет от этой точки является нулевым, другой — фазовым.

Отсюда следует еще один очевидный практический вывод: напряжение между «нулем» и «землей» будет близко к нулевому значению (определяется сопротивлением заземления), а «земля» — «фаза», в нашем случае 220 Вольт.

Кроме того, если гипотетически (На практике так делать нельзя!) заземлить нулевой провод в квартире, отключив его от подстанции (рис.3), напряжение «фаза» — «ноль» у нас будет те же 220 Вольт.

Что такое фаза и ноль разобрались. Давайте поговорим про заземление. Физический смысл его, думаю уже ясен, поэтому предлагаю взглянуть на это с практической точки зрения.

При возникновении по каким- либо причинам электрического контакта между фазой и токопроводящим (металлическим, например) корпусом электроприбора, на последнем появляется напряжение.

При касании этого корпуса может возникнуть, протекающий через тело электрический ток. Это обусловлено наличием электрического контакта между телом и «землей» (рис.4).

Чем меньше сопротивление этого контакта (влажный или металлический пол, непосредственный контакт строительной конструкции с естественными заземлителями (батареи отопления, металлические водопроводные трубы) тем большая опасность Вам грозит.

Решение подобной проблемы состоит в заземлении корпуса (рисунок 5), при этом опасный ток «уйдет» по цепи заземления.

Конструктивно реализация этого способа защиты от поражения электрическим током для квартир, офисных помещений состоит в прокладке отдельного заземляющего проводника РЕ (рис.6), который впоследствии заземляется тем или иным образом.

Как это делается — тема для отдельного разговора, например, в частном доме можно самостоятельно сделать заземляющий контур. Существуют различные варианты со своими достоинствами, недостатками, но для дальнейшего понимания этого материала они не принципиальны, поскольку предлагаю рассмотреть нескольку сугубо практических вопросов.

КАК ОПРЕДЕЛИТЬ ФАЗУ И НОЛЬ

Где фаза, где ноль — вопрос, возникающий при подключении любого электротехнического устройства.

Для начала давайте рассмотрим как найти фазу. Проще всего это сделать индикаторной отверткой (рисунок 7).

Токопроводящим жалом индикаторной отвертки (1) касаемся контролируемого участка электрической цепи (во время работы контакт этой части отвертки с телом недопустим!), пальцем руки касаемся контактной площадки 3, свечение индикатора 2 свидетельствует о наличии фазы.

Помимо индикаторной отвертки фазу можно проверить мультиметром (тестером), правда это более трудоемко. Для этого мультиметр следует перевести в режим измерения переменного напряжения с пределом более 220 Вольт.

Одним щупом мультиметра (каким — безразлично) касаемся участка измеряемой цепи, другим — естественного заземлителя (батареи отопления, металлические водопроводные трубы). При показаниях мультиметра, соответствующим напряжению сети (около 220 В) на измеряемом участке цепи присутствует фаза (схема рис.8).

Обращаю Ваше внимание — если проведенные измерения показывают отсутствие фазы утверждать что это ноль нельзя. Пример на рисунке 9.

1. Сейчас в точке 1 фазы нет.
2. При замыкании выключателя S она появляется.

Поэтому следует проверить все возможные варианты.

Хочу заметить, что при наличии в электропроводке провода заземления отличить его от нулевого проводника методом электрических измерений в пределах квартиры невозможно.

Как правило, провод, которым выполнено заземление имеет желто зеленый цвет, но лучше убедиться в этом визуально, например снять крышку розетки и посмотреть какой провод подсоединен к заземляющим контактам.

© 2012-2020 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Что такое фаза ноль земля в электрике и зачем они нужны фото

Все знают, что электроэнергия производится на разнообразных электростанциях, благодаря генераторам переменного тока. После она, используя линии электропередач, идет к трансформаторным подстанциям, оттуда поступает к потребителю, то есть нам.

Так вот чтобы понять, что собой представляет фаза, ноль, а также заземление, необходимо на элементарном уровне понимать, каким образом электроэнергия поступает в подъезд или частный дом. Все мы за нее платим, измеряя киловаттами, но ведь это не вода, у которой можно перекрыть кран. Потому давайте рассмотрим ситуацию подробнее.

Ликбез

Давайте разберемся, чем являются ноль и фаза, а затем перейдем к заземлению.

Фаза – это линия непосредственной подачи тока. Следовательно, используя ноль, ток возвращается в обратном направлении, а именно к нулевому контуру. Кроме того он выравнивает фазное напряжения, выполняя стабилизационную роль в фазной проводке.

Земля (заземляющий провод) — не под напряжением в принципе. У него есть одна функция – защита потребителя. Если сказать грубо, то «земля» в случае утечки отведет остаточный ток, не дав ему поразить человека.

Хотелось бы думать, что столь простое объяснение несколько прояснило ситуацию, и теперь вы понимаете какая роль у каждого проводника из комплекта: фаза, ноль, земля. Если вы планируете работать с проводами самостоятельно, то дополнительно, рекомендуем изучить цветовую палитру, которой производители отмечают предназначение полупроводников внутри кабеля.

Детальное рассмотрение

Трансформаторная подстанция выполняет важнейшую работу, а именно делает возможным питание потребителей благодаря обмотке низкого напряжения, которая понижает напряжение от «электросетевого» до «потребительского».

От подстанции к потребителю ведет общий проводник от нейтрали (точка соединение обмоток), и еще 3 проводника, которые являются остальными выводами обмотки. Таким образом каждый из трех проводников – это фаза, а нейтраль – ноль.

Трехфазная энергетическая схема подразумевает возникновение линейного напряжения, с номинальным напряжением в 380 В. Между фазой и нулем возникает фазное напряжение, его то значение и равняется, привычным нам, 220 В.

Как упоминалось выше под названием «земля» скрывается заземление, так и будем его называть. Так вот большинство электрических систем глухозаземленные, это значит, что ноль прямо соединен с землей. Физическая суть такого подключения в том, что в трансформаторе обмотки соединены по принципу «звезды», а нейтраль заземлена.

В данном случае ноль является совмещенным нейтрально-защитным проводником (PEN). Подобное повсеместно встречается в постройках советского времени. Неизвестно с чем это было связано, то ли с экономией, то ли с введением сомнительных инноваций, но в жилых домах того периода повсеместно занулены щитки, а отдельных заземлительных кабелей не предусмотрено.

Главная проблема такой конструкции в невозможности ее преобразования. Народные умельцы пытаются подключить дополнительный защитный кабель прямо к щитку, но это, по крайней мере, небезопасно.

Подобная самодельная «инновация» может привести к тому, что земля начнет простреливать и как душ, так и туалет начнут сопровождаться периодическими разрядами у всех жильцов дома.

Дома построенные в более позднее время, имеют электросеть отличающуюся следующими аспектами:

1. Вместо общего проводника к щитку идет два проводника, один из которых исполняет роль нейтрали, а второй земли.
2. Щиток в подъезде имеет отдельную шину-разделитель, которую с корпусом соединяют посредствам металлической связи, она предназначена для подключения нуля, земли и фазы.

Преимуществом подключения с заземлением является то, что заранее неизвестно, сколько тока будет потреблять каждая квартира, а предыдущая схема предполагает близкое к равномерному распределение. В незаземленной схеме возможно возникновение ситуации, когда одна квартира потребляет много, а вторая ничего.

Разность нагрузок начинает смещать нейтраль. Создается ситуация, когда в фазе ток стремится к нулю, а на проводнике-нейтрали напротив растет до 380 В. Кроме того что оборудование при возникновении подобной аварии будет испорчено, его корпус будет находится под напряжением, создавая реальную опасность для людей.

Полезное видео

Дополнительную информацию по данному вопросу вы можете почерпнуть из видео ниже:

Заключение

Будем надеяться, теперь вы знаете значение каждого, из озвученных в названии статьи терминов и как важен проводник «земля». Берегите себя, устанавливая электросеть у себя дома, побеспокойтесь о ней.

Что такое «фаза», «ноль» и «земля», и зачем они нужны.

Начнём с основ.
Допустим, на электростанции, вращается магнит (для примера — обычный, а в реальности — электромагнит), называемый «ротором», а вокруг него, на «статоре», закреплены три катушки (размазаны по статору).

Вращает этот магнит, скажем, поток воды на ГидроЭлектроСтанции.

Поскольку в таком случае магнитный поток, проходящий через катушки, меняется, то в катушках создаётся напряжение.
Каждая из трёх катушек — отдельная цепь, и в каждой из этих трёх цепей возникает одинаковое напряжение, сдвинутое на треть окружности друг относительно друга.
Получается «трёхфазный генератор».

Можно было бы с одной такой катушки два провода просто взять и вести к дому, а там от них чайник запитывать.

Но можно сделать экономнее: зачем тащить два провода, если можно один конец катушки просто тут же заземлить, а от второго конца вести провод в дом.
Этот провод назовём «фазой».
В доме этот провод подсоединить к одному штырьку вилки чайника, а другой штырёк вилки — заземлить.
Получим то же самое электричество.

Теперь, раз уж у нас три катушки, сделаем так: (например) левые концы катушек соединим вместе тут же, и заземлим.
А оставшиеся три провода и потянем к потребителю.
Получится, мы тянем к потребителю три «фазы».
Вот мы и получили «трёхфазный ток».
Точнее, генератор «трёхфазного тока».
Это «трёхфазное» напряжение идёт по проводам Линии ЭлектроПередач (ЛЭП) к нам во двор, в дворовую подстанцию (домик такой стоит, рядом с детской площадкой).

«Трёхфазный ток» был изобретён Николой Теслой.

Передача электричества в виде трёхфазного тока, некоторые говорят, экономичнее (я не знаю, чем), и там ещё, говорят, у него есть разные преимущества над обычным током для промышленного применения.
Например, все вращающиеся штуки на заводах — станки там, двигатели, насосы, и прочее — сделаны именно для трёхфазного тока, поскольку гораздо легче построить вращающуюся хрень на трёхфазном токе: достаточно просто точно так же подсоединить эти три фазы к трём катушкам на окружности, и в центр вставить металлический стержень с рамкой — и будет он сам крутиться, как только пойдёт ток.
Такой агрегат называется «трёхфазным двигателем».
Поскольку изначально электричеством заморачивались именно на заводах (не было тогда ещё в домах компьютеров, холодильников и люстр), то исторически всё идёт от промышленности в первую очередь.
Поэтому, видимо, ток из электростанции в ЛЭП пускают всегда трёхфазным, с напряжением 35 килоВольтов между фазами (а ток — около трёхсот Амперов).

Такое высокое напряжение нужно, потому что нужна большая мощность тока: весь город энергию ест, как-никак.
Большую мощность тока можно получить либо повышая силу тока, либо повышая напряжение.
При этом чем больше сила тока, тем больше энергии тратится впустую при преодолении сопротивления проводов (потерянная энергия равняется силе тока в квадрате, умноженной на сопротивление проводов).
Поэтому экономически целесообразно повышать мощность передаваемого тока наращивая напряжение.
Потребитель потребляет из розетки именно мощность (силу тока, умноженную на напряжение), а не что-то отдельное, поэтому его не волнует, каким образом эта мощность к нему в дом попадёт.

Кстати, интересный момент: над силой тока в линии электропередачи мы вообще говоря не властны: сила тока — это мера того, как сильно ток течёт по проводам.
Можно сравнить это с силой тока холодной воды по трубам: если все краны включат в ванных, то сила тока воды будет очень большой, а если, наоборот, все краны свои закроют, то вода по трубам вообще не будет течь, и мы никак не можем управлять этой силой тока.
А вот напряжению тока вообще без разницы, потребляет ли кто-нибудь ток, или нет — оно полностью в нашей власти, и только мы можем им управлять.

Поэтому в ЛЭП за основу берётся именно напряжение тока, и именно с ним работают: перед передачей тока по проводам, излишнюю силу тока, выработанного электрогенератором, перегоняют в напряжение, а при приёме тока в «подстанции» во дворе вашего дома — наоборот, излишнее напряжение перегоняют обратно в силу тока, поскольку весь путь успешно пройден током с минимальными потерями.

Прямо всю силу тока перекачать в напряжение не получится, потому что при гигантских напряжениях в проводах возникают свои сложности (может пробить через изоляцию, например, или зажарить человека, проходящего под проводом, или ещё чего-нибудь).
Кстати, забавное видео про короткое замыкание на линии ЛЭП:



Теперь рассмотрим подробнее «трёхфазный ток».
Это три провода, по которым течёт одинаковый ток, но сдвинутый на 120 градусов (треть окружности) друг относительно друга.
Какое напряжение у этого тока?
Напряжение всегда измеряется между чем-то и чем-то.
Напряжением трёхфазного тока называется напряжение между двумя его фазами («линейное» напряжение).
Там, где мы соединили все три фазы вместе в одной точке (это называется соединением по схеме «звезда»), мы получили «нейтраль» (G на рисунке).
В ней, как нетрудно догадаться (или посчитать по формулам тригонометрии) напряжение равно нулю.

Пока просто попробуем подключить генератор к нагрузке, стоящей рядом.
Если все три выходящие из генератора линии соединить, через сопротивления, во вторую «нейтраль» (точка G), то мы получим так называемый «нулевой провод» (от G до M).



Зачем нам нужен нулевой провод?
Можно было бы дома просто подсоединять одну из фаз на один шпенёк вилки, а другой шпенёк вилки соединять с землёй, и чайник бы кипел.
Вообще, как я понял, так и делают в старых советских домах: там есть только фаза и земля в квартирах.
В новых же домах в квартиры входят уже три провода: фаза, земля и этот «ноль».
Это европейский стандарт.
И правильно соединять именно фазу с нулём, а землю вообще оставить в покое, отдав ей только роль защиты от удара током («заземление»).
Потому что если все на землю ещё и ток будут пускать, то само заземление станет опасным — абсурд получится.
Ещё некоторые мысли по поводу того, зачем нужны все три провода, есть в конце этой статьи, можете сразу пролистать и прочитать.

Теперь попробуем посчитать напряжение между фазой и «нейтралью».
Вот ещё ссылка с расчётами.
Пусть напряжение между каждой фазой и «нейтралью» равно U.
Тогда напряжение между двумя фазами равно:
U sin(a) — U sin(a + 120) = 2 U sin((-120)/2) cos((2a + 120)/2) = -√3 U cos(a + 60).
То есть, напряжение между двумя фазами в √3 раз больше напряжения между фазой и «нейтралью».
Поскольку наш трёхфазный ток на подстанции имеет напряжение 380 Вольт между фазами, то напряжение между фазой и нулём получается равным 220 Вольтам.
Для этого и нужен «ноль» — для того, чтобы всегда, при любых условиях, при любых нагрузках в сети, иметь напряжение в 220 Вольт — ни больше, ни меньше.
Если бы не было нулевого провода, то при разной нагрузке на каждую из фаз возник бы «перекос» (об этом ближе к концу статьи), и у кого-то что-то могло бы сгореть.

Ещё один момент: выше мы рассмотрели введение нейтрали у генератора.

А откуда взять нейтраль на дворовой подстанции?
В дворовой подстанции трёхфазное напряжение снижается (трёхфазным) трансформатором до 380 Вольт на каждой фазе.
Это будет похоже на генератор: тоже три катушки, как на рисунке.
Поэтому их тоже можно друг с другом соединить, и получить «нейтраль» на подстанции. А из нейтрали — «нулевой провод».
Таким образом, из подстанции выходят «фаза», «ноль» и «земля», идут в каждый подъезд (своя фаза в каждый подъезд, наверное), на каждую лестничную площадку, в электрораспределительные щитки.

Итак, мы получили все три провода, выходящие из подстанции: «фаза», «ноль» («нейтраль») и «земля».
«фаза» — это любая из фаз трёхфазного тока (уже пониженного до 380 Вольт).
«ноль» — это провод от (заземлённой — воткнутой в землю — на подстанции) «нейтрали».
«земля» — это провод от заземления (скажем, припаян к длинной трубе с очень малым сопротивлением, вбитой глубоко в землю).

По подъездам получается такая разводка (если предположить, что подъезд = квартира):



На подстанции фазы с левой стороны все соединены и заземлены, образуя ноль, а в конечных точках — в конце подъезда, после того, как они пройдут по всем квартирам — вообще не соединены никуда.
Потому что если бы в конце каждая фаза была бы замкнута на «ноль», то ток гулял бы себе по этому пути наименьшего (нулевого) сопротивления, и в квартиры (под нагрузку) вообще бы не заходил.
А так, он вынужден будет идти через квартиры.
И делиться будет по правилу параллельного тока: напряжение в каждую квартиру будет идти одно и то же, а сила тока — тем больше, чем больше нагрузка.
То есть, в каждую квартиру сила тока будет идти «каждому по потребностям» (и проходить через счётчик, который это всё будет считать).
Но для того, чтобы ток был постоянным по мере включения и отключения новых потребителей, нужно, чтобы сила тока в общем проводе каждый раз сама подстраивалась под подлюченную нагрузку.

Что может быть, если все включат обогреватели зимним вечером?

Ток в ЛЭП может превзойти допустимые пределы, и могут либо провода загореться, либо электростанция сгорит (что и было несколько раз в москве, но летом).

Есть ещё один вопрос: зачем тянуть в дом все три провода, если можно было бы тянуть только два — фазу и ноль или фазу и землю?

Фазу и землю тянуть не получится (в общем случае).
Это выше мы посчитали, что напряжение между фазой и нулём всегда равно 220 Вольтам.
А вот чему равно напряжение между фазой и землёй — это не факт.
Если бы нагрузка на всех трёх фазах всегда была равной (см. схему «звезды»), то напряжение между фазой и землёй было бы всегда 220 Вольт (просто вот такое совпадение).
Если же на какой-то из фаз нагрузка будет значительно больше нагрузки на других фазах (скажем, кто-нибудь включит супер-сварочную-установку), то возникнет «перекос фаз», и на малонагруженных фазах напряжение относительно земли может подскочить вплоть до 380 Вольт.
Естественно, техника (без «предохранителей») в таком случае горит, и незащищённые провода тоже, что может привести к пожару.
Точно такой же перекос фаз получится, если провод «нуля» оборвётся или отгорит на подстанции.
Поэтому в домашней сети нужен ноль.

Тогда зачем нам в доме нужен провод «земли»?
Для того, чтобы «заземлять» корпусы электроприборов (компьютеров, чайников, стиральных и посудомоечных машин), для того, чтобы от них не било током.
Приборы тоже иногда ломаются.
Что будет, если провод фазы, где-нибудь внутри прибора, отвалится и упадёт на корпус прибора?
Если корпус прибора вы заранее заземлили, то возникнет «ток утечки» (упадёт ток в основном проводе фаза-ноль, потому что почти всё электричество устремится по пути меньшего сопротивления — по почти прямому замыканию фазы на ноль).
Этот ток утечки будет замечен «Устройством Защитного Отключения» (УЗО), и оно разомкнёт цепь.
УЗО наблюдает за входящим в квартиру током (фаза) и изходящим из квартиры током (ноль), и размыкает цепь, если эти токи не равны.
Если эти токи разные — значит, где-то «протекает»: где-то фаза имеет какой-то контакт с землёй.
Если эта разница резко подскакивает — значит, где-то в квартире фаза замкнула на землю.
Если бы в щитке не стояло УЗО, и вышеупомянутый провод фазы внутри корпуса, скажем, компьютера, отвалился бы, и замкнулся бы на корпус компьютера, и лежал бы так себе, а, потом, через пару дней, человек стоял бы рядом, и разговаривал по телефону, оперевшись одной рукой на корпус компьютера, а другой рукой — скажем, на батарею отопления, то догадайтесь, что бы стало с этим человеком.
Так что «земля» тоже нужна.

Поэтому нужны все три провода: «фаза», «ноль» и «земля».

В квартире к каждой розетке подходит своя тройка проводов «фаза», «ноль», «земля».
Например, из щитка на лестничной площадке выходят три этих провода (вместе с ними ещё телефон, витая пара для интернета и мб какое-нибудь кабельное ТВ), и идут в квартиру.
В квартире на стене висит внутренний щиток.
Там на каждую «точку доступа» к электричеству стоит свой «автомат».
От каждого автомата своя, отдельная, тройка проводов уже идёт к «точке доступа»: тройка к печке, тройка к посудомойке, тройка на зальные розетки и свет в люстре, и т.п..
Каждый «автомат» изготовлен на заводе под определённую максимальную силу тока.
Поэтому он «вырубается», если вы даёте слишком большую нагрузку на «точке доступа» (например, включили слишком много всего мощного в розетки в зале).
Также, автомат «вырубится» в случае «короткого замыкания» (замыкания фазы на ноль), чем спасёт вашу квартиру от пожара.
Вас самих он не спасёт (слишком медленный). Вас спасёт толькоУЗО.

Под конец, просто так, напишу немного про «трансформатор» (читать не обязательно).

Я пробовал несколько раз понять, как он работает, но так и не понял…

Сила тока в цепи всегда подстраивается под подключённую нагрузку.
Для понимания этого факта можно рассмотреть, как работает трансформатор на подстанции.

Трансформатор — это сердечник, на котором две катушки: по одной ток входит, а по другой — выходит.

Если мы не выводим оттуда ток, то вводящая катушка — сама по себе, и она создаёт магнитный поток, который в свою очередь создаёт «сопротивляющееся напряжение» (это называется «ЭДС самоиндукции»), равное напряжению во вводящей цепи, и сводящее его в ноль.
Это «природное» свойство катушки («индуктивности») — она всегда сопротивляется какому бы то ни было изменению напряжения.
И по подключенному участку вводящей цепи ток практически не идёт (этот участок отводится от ЛЭП параллельно, чтобы, если в нём ток пропадёт, то у всех остальных ток остался), и практически нет потерь на таком «холостом ходу» трансформатора.

Потеряется только малость энергии, в том числе энергия, потраченная на «гистерезис» сердечника и на разогрев сердечника вихревыми токами (поэтому особо мощные трансформаторы погружают в масло для постоянного охлаждения).

Магнитный поток, распространяясь по сердечнику внутрь выводящей катушки, создаёт в ней тоже напряжение, которое могло бы вызвать протекание тока, но поскольку в данном случае к выводящей цепи мы ничего не подключили, то тока там не будет.

Если же мы начинаем выводить ток — замыкаем выводящую цепь — то по выводящей катушке начинает идти ток, и она тоже начинает создавать своё магнитное поле в сердечнике, противоположное магнитному полю, создаваемому вводной катушкой. Из-за этого ЭДС самоиндукции вводной катушки уменьшается, и более не компенсирует напряжение во вводной цепи, и по вводной цепи начинает течь ток. Ток нарастает до тех пор, пока магнитный поток «не станет прежним». Как это — я хз, в википедии так написано, а сам я так и не понял, как этот трансформатор работает.

Поэтому получается, что ток на выходе из трансформатора сам себя регулирует: если нет нагрузки, то там не течёт ток; если есть нагрузка — то ток течёт соответствующий нагрузке.
И если мы смотрим телевизор, а потом соседи включают пылесос, то у нас обоих ничего не «вырубается», так как сила тока тут же подстраивается под нас — потребителей электроэнергии.