Откуда берётся ноль в розетке?
Сейчас может буквально каждый ответить на детский вопрос: «А откуда берётся электроэнергия?». Разумеется, электроэнергия вырабатывается на электростанциях.
Однако мы знаем, что в простой розетке кроме, фазы, есть ещё и ноль. Откуда же он берётся? Почему нулевой проводник, обычно греется сильнее, чем фазный провод? Между прочим, хотя вопросы и простые, но не все смогут ответить правильно. Исправим это!
Что такое нейтраль?
Сначала нужно понять, что такое нейтральный или нулевой проводник? Если очень просто, то это проводник в электрической цепи, который необходим для обеспечения обратного пути тока к источнику. В трёхфазных системах нулевой проводник позволяет уравновесить нагрузку между фазами и снизить перекос.
Как правило, нейтраль соединяется с нейтральной точкой трансформатора и относительно земли имеет напряжение, близкое к нулю. Однако не стоит путать нейтраль с защитным заземлением, которое предназначено для безопасности.
Если говорить строго по терминологии, то нейтраль - это один из выводов трансформатора, к которому подключается нейтральный проводник.
Разумеется, что такое определение подходит для классических электростанций, например, тепловых или атомных электростанций. Для солнечных электростанций такое определение не будет точным, ведь там вырабатывается постоянный ток, который затем при помощи инверторов преобразуется в переменный ток.
Генерация электроэнергии
Возьмём обычную тепловую электростанцию, на которой есть обычный генератор. Из генератора выходят 3 фазы, при этом никакого нулевого или нейтрального проводника нет.
Конечно, есть нюанс: на генераторе имеется средняя нейтральная точка, которая соединена с землёй. Также к ней подключают измерительные трансформаторы или дугогасящие катушки. Однако она не может быть нейтралью в полном смысле слова. Ведь эта точка нужна только для нормальной работы защит.
Передача энергии высокого напряжения
Итак, от генератора получаем напряжение в 10–20 кВ, но для передачи на значительные расстояния, такое напряжение не годится. Для того чтобы снизить потери электроэнергии при передаче, напряжение нужно повысить до 330, 500 или 750 кВ.
Если приходилось видеть такие ЛЭП, то никакого нулевого проводника там нет. По опорам идут три фазных провода!
Конечно, для электроустановок переменного тока напряжение повышают при помощи трансформаторов. Однако и здесь нейтраль, соединённая с землёй, которая служит для нормальной работы защит. Никакого рабочего нулевого проводника в такой сети нет.
Распределение
Соответственно, нет нулевого проводника и на подстанциях, где напряжение 330, 500 или 750 кВ понижается до распределительного напряжения района, то есть до 110/35 кВ. Есть на таких подстанциях у трансформаторов заземляющий однофазный нож (ЗОН), который подключается к земле. Однако этот нож также нужен для нормальной работы устройств релейной защиты.
Идём дальше. Переходим к самым распространённым сетям среднего напряжения, которые как металлическая паутина опутывают нашу Землю. Нужно отметить, что в любой хоть немного развитой стране такие сети являются самыми протяжёнными. На подстанциях напряжение понижается до 10 (6) кВ и также в таких линиях нулевой проводник отсутствует.
Путь нуля
Теперь рассмотрим КТП, то есть комплектные трансформаторные подстанции 10 (6)/0,4 кВ.
Ещё картинки, как креативят в Перми и Мармарисе (угадайте, где Пермь, а где Мармарис))
Вот на этой последней миле, а именно, на отходящих линиях 0,4 кВ и появляется нейтральный проводник.
Он нужен для того, чтобы можно было распределить однофазную нагрузку в трёхфазной сети. То есть, для того чтобы можно было просто взять ноль и фазу и получить фазное напряжение.
В трёхфазной системе трансформатор имеет соединение обмоток "звездой", где нейтральная точка (общая для всех фаз) заземляется. От этой точки отводится нулевой проводник. Повторное заземление нуля выполняется возле дома (на опоре или в щитке) для защиты от перенапряжений.
Почему нулевой проводник греется больше, чем фазный проводник?
Нагрев нулевого проводника (нейтрали) чаще возникает в трёхфазных сетях из-за одной или сразу из-за нескольких причин. Разберём их подробнее.
Во-первых, это происходит из-за перекоса фаз. Если нагрузки на фазах неравномерны, например, одна фаза перегружена, а другие недогружены, в нейтрали появляется ток дисбаланса. Этот ток может превышать ток в отдельных фазах, особенно при наличии нелинейных нагрузок, например, компьютеры или LED-лампы, которые генерируют гармонические искажения. Гармоники суммируются в нейтрали, увеличивая её ток.
Во-вторых, дополнительной причиной нагрева может быть недостаточное сечение нейтрального проводника. В некоторых старых сетях сечение нулевого провода делают меньше фазного, например, в схемах TN-C. При высоком токе дисбаланса это приводит к перегреву из-за повышенного сопротивления.
В-третьих, нагрев может возникать при плохом контакте. Ослабленные соединения, коррозия или повреждения в нейтрали увеличивают сопротивление, что вызывает локальный нагрев по закону Джоуля — Ленца: Q=I2*R*t.
В-четвёртых, в системах с глухозаземлённой нейтралью, например, TN-S, TN-C-S часть тока может возвращаться через землю, но при плохом заземлении, основной ток идёт по нулевому проводу, усиливая нагрев.
В нормальном режиме ток возвращается к источнику по нулевому (нейтральному) проводу. Однако, если нейтраль заземлена, появляется параллельный путь: ток может частично течь через землю → нейтраль → источник.
Чем хуже контакт в нейтрали, например, обрыв или высокое сопротивление, тем большая доля тока уходит через землю
Заключение
Нулевой (нейтральный) провод — это проводник в электрической сети, предназначенный для замыкания цепи в однофазных системах и обеспечения обратного пути тока к источнику. В трёхфазных системах он уравновешивает нагрузку между фазами, снижая перекосы. Нейтраль обычно соединена с нейтральной точкой трансформатора и имеет напряжение, близкое к нулю относительно земли. Отличается от защитного заземления, которое служит для безопасности.
В идеально сбалансированной трёхфазной системе ток в нейтрали близок к нулю, и нагрев отсутствует. Нагрев нейтрали — признак проблем: перекоса фаз, гармоник или некачественного монтажа. Требуется проверка нагрузки, балансировка фаз и диагностика соединений.