Сейчас говорить будем о, казалось бы, очевидных для всех нас, как потребителей, вещах. Об электричестве, которое в розетке. Мы, как «слаботочники», ни в коем случае не будем сами заниматься энергоснабжением своих систем. Да, и права такого не имеем. Есть главный энергетик, с него и спрос. Наше дело – воткнуть вилку в розетку. А в договоре или техническом задании прописать: «Заказчик обеспечивает подключение аппаратуры в сеть 220В +10/-15%, 50 Гц.». Кстати сказать, сегодня уже по ГОСТу однофазное напряжение составляет не 220, а 230 вольт. Но «Россети» на этот ГОСТ заявили, что они это услышали, но пока, будут подавать то, что имеют, т.е. 220В. Кого не устраивает, пусть ищет другого поставщика. От «Россейтей» отстали, но сказали, что вновь производимое электрооборудование должно работать при напряжении 230В. Для чего были все эти инновации, пока неясно. Поэтому и мы будем оперировать тем напряжением, которое нам реально дают «Россети», т.е. 220В, 50Гц.
Почему имеет смысл, как минимум, понимать физику процесса? Во-первых, основная причина отказов слаботочных систем, как правило, связана именно с первичным питанием. Причем, не понимая процесса, вам будет очень трудно доказать этот факт. Все с легкостью спишут на ваше оборудование. Ну, а во-вторых, жизнь наша работой не ограничивается. Вопросы электропитания окружают нас постоянно и повсеместно в нашей повседневной жизни. И сами мы нередко вынуждены становиться электриками. А если привлекать специалистов совершенно разной квалификации и знаний, очень невредно контролировать процесс лично. От электричества горят дома и даже гибнут люди.
Эти знания точно лишними не будут. Вот и давайте вспоминать, чему нас учили в школе, применительно к нашим задачам. В электротехнические дебри не полезем. Только необходимый минимум.
Азбука электричества: возможные безобразия в сети (1 часть)
Электричество кажется привычным, но малейший обрыв линии или нейтрали способен вывести из строя аппаратуру и даже вызвать пожар. В первой части «Азбуки электричества» разбираем, откуда берётся напряжение, почему происходят сетевые «безобразия» и как защитить оборудование от опасных перенапряжений.
# Видеонаблюдение
Содержание:
Электричество вокруг нас: почему важно понимать основы
Откуда берётся напряжение
Если мы рассматриваем более-менее серьезный объект, а не отдельную квартиру в многоэтажном доме, то имеем дело, как правило, с трехфазной схемой электропитания. В загородном частном доме также рекомендуется эта схема для распределения мощностей и экономии на толщине силового кабеля, а проще – чтобы не сгореть.
Простейшая схема соединения трехфазной цепи представлена на рис.1.
Где-то установлен генератор, на обмотках которого наводится ЭДС. Концы обмоток соединены в общую точку. Такое соединение называется звездой. С такой схемой соединения мы и имеем дело на наших объектах, и у себя дома. Генератор наш носит условный характер. В действительности мы получаем электропитание не напрямую с генератора какой-нибудь АЭС или ГЭС, а через отдельные высоковольтные системы передачи, через трансформаторные подстанции. Но для нас, как потребителей, это не важно для понимания вопроса. Провод, соединяющий другой конец обмотки с потребителем, называется линейным (или линией). Обозначается L – L1, L2, L3. Провод, соединяющий общую точку обмоток с потребителем, называется нейтралью – N.
При четырехпроводной схеме подключения имеем три линейных провода ( L1, L2, L3) и один провод нейтрали (N).
Напряжение между линейным проводом (линией) и нейтралью называется фазным (Uф1, Uф2, Uф3). В силу природы своего происхождения фазные напряжения по всем трем фазам смещены относительно друг друга на фазовый сдвиг 120 градусов (напряжение – величина векторная). Если нагрузки, подключаемые между каждой линией и нейтралью одинаковые, то векторная сумма одинаковых в этом случае по величине напряжений равна нулю, то есть разница потенциалов между нейтралью и землей равна нулю.
Поэтому нейтраль еще называют нулевым проводом. Вот и говорим, что в сетевой розетке имеем ноль и фазу. Фазное напряжение у нас должно составлять 220В+10/-15%, 50 Гц. Кстати, в розетке «фаза» должна располагаться справа по ГОСТу.
Где-то установлен генератор, на обмотках которого наводится ЭДС. Концы обмоток соединены в общую точку. Такое соединение называется звездой. С такой схемой соединения мы и имеем дело на наших объектах, и у себя дома. Генератор наш носит условный характер. В действительности мы получаем электропитание не напрямую с генератора какой-нибудь АЭС или ГЭС, а через отдельные высоковольтные системы передачи, через трансформаторные подстанции. Но для нас, как потребителей, это не важно для понимания вопроса. Провод, соединяющий другой конец обмотки с потребителем, называется линейным (или линией). Обозначается L – L1, L2, L3. Провод, соединяющий общую точку обмоток с потребителем, называется нейтралью – N.
При четырехпроводной схеме подключения имеем три линейных провода ( L1, L2, L3) и один провод нейтрали (N).
Напряжение между линейным проводом (линией) и нейтралью называется фазным (Uф1, Uф2, Uф3). В силу природы своего происхождения фазные напряжения по всем трем фазам смещены относительно друг друга на фазовый сдвиг 120 градусов (напряжение – величина векторная). Если нагрузки, подключаемые между каждой линией и нейтралью одинаковые, то векторная сумма одинаковых в этом случае по величине напряжений равна нулю, то есть разница потенциалов между нейтралью и землей равна нулю.
Поэтому нейтраль еще называют нулевым проводом. Вот и говорим, что в сетевой розетке имеем ноль и фазу. Фазное напряжение у нас должно составлять 220В+10/-15%, 50 Гц. Кстати, в розетке «фаза» должна располагаться справа по ГОСТу.
Так должно быть! Но если б так было всегда, надобности бы в этой статье не было. Линейным называется напряжение между проводами линий – U1-2, U1-3, U2-3.
При соединении звездой при симметричной нагрузке: UL = 1,732 х UФ.
Вот эту формулу стоит запомнить. То есть, если при симметричной нагрузке имеем фазное напряжение 220 В, то напряжение между двумя линиями фаз составит 380 В.
При соединении звездой при симметричной нагрузке: UL = 1,732 х UФ.
Вот эту формулу стоит запомнить. То есть, если при симметричной нагрузке имеем фазное напряжение 220 В, то напряжение между двумя линиями фаз составит 380 В.
Когда обрывается линия питания
А теперь рассмотрим, с чем можно в реальности столкнуться в системах электроснабжения, и как это может повлиять на работу нашего оборудования. Самые частые и рядовые безобразия – обрыв линейного провода. Имеется в виду не обрыв в бытовом понимании, который бывает достаточно редко, а разрыв линии в первую очередь автоматическими выключателями. Мы получаем линию (или линии) питания для наших систем не непосредственно с некоего генератора. И мы далеко не единственные потребители, питающейся от какой-то конкретной линии. И наше оборудование потребляет совершенно определенный ток, и другое, подключенное к этой же линии оборудование, о котором мы можем даже не догадываться. Может случиться какое-то дополнительное нештатное подключение. Как только сумма потребляемых токов некоего участка линии превысит допустимую величину, в грамотно построенной линии происходит отключение участка автоматическим выключателем.
В неграмотно построенной линии может произойти физическое разрушение провода линии, его перегорание, а то и возникновение пожара. В любом случае линия питания обрывается. Для нашей системы последствия самые легко переносимые – просто отключается вся аппаратура, подключенная к данной линии питания. При восстановлении линии восстанавливается и питание – все снова включается. Для подобных случаев первостепенное внимание следует уделить аппаратуре, работающей в условиях активной климатической защиты – всему тому, чья работоспособность обеспечивается специальной аппаратурой обогрева и термостабилизации. Потому что одновременно с питанием отключается и аппаратура обогрева. Оборудование охлаждается до температуры окружающей среды и при включении может выйти из строя. Поэтому сначала должна включиться аппаратура обогрева, а питание на оборудование должно быть подано только по достижении внутри объема допустимой температуры. Функция эта сегодня идет как обязательная опция в абсолютном большинстве аппаратуры климатической защиты, так что в обрыве линии питания ничего страшного для собственно оборудования систем нет. Как в нашей повседневной жизни – посидели при фонарике и без телевизора. Возобновилось питание – ну, пришлось снова настроить телевизор на нужную программу. Тем дело и заканчивается. Хуже, когда обрывается линия питания систем жизнеобеспечения. Но страшного тоже ничего не произойдет, если изначально предусмотрена такая возможность, и есть системы резервирования. Главное – не забывать, что такое когда-нибудь может случиться.
Другое дело, учитывая, что наши системы нередко призваны работать на безопасность, всегда следует спрогнозировать, как такие перебои с питанием повлияют на конечную пользовательскую задачу – собственно безопасность. Объект может остаться на период отключения без систем сигнализации, без видеоконтроля, могут быть потеряны какие-то данные, как на период отключения, так и из-за него, и т.д., и т.п. В каждом конкретном случае это будут свои риски, возможно требующие, помимо технических, принятия конкретных организационных мер. Но это уже не входит в круг технических задач, и рассматривать мы их не будем. А к техническим мерам относится, конечно, устройство резервной схемы питания.
В неграмотно построенной линии может произойти физическое разрушение провода линии, его перегорание, а то и возникновение пожара. В любом случае линия питания обрывается. Для нашей системы последствия самые легко переносимые – просто отключается вся аппаратура, подключенная к данной линии питания. При восстановлении линии восстанавливается и питание – все снова включается. Для подобных случаев первостепенное внимание следует уделить аппаратуре, работающей в условиях активной климатической защиты – всему тому, чья работоспособность обеспечивается специальной аппаратурой обогрева и термостабилизации. Потому что одновременно с питанием отключается и аппаратура обогрева. Оборудование охлаждается до температуры окружающей среды и при включении может выйти из строя. Поэтому сначала должна включиться аппаратура обогрева, а питание на оборудование должно быть подано только по достижении внутри объема допустимой температуры. Функция эта сегодня идет как обязательная опция в абсолютном большинстве аппаратуры климатической защиты, так что в обрыве линии питания ничего страшного для собственно оборудования систем нет. Как в нашей повседневной жизни – посидели при фонарике и без телевизора. Возобновилось питание – ну, пришлось снова настроить телевизор на нужную программу. Тем дело и заканчивается. Хуже, когда обрывается линия питания систем жизнеобеспечения. Но страшного тоже ничего не произойдет, если изначально предусмотрена такая возможность, и есть системы резервирования. Главное – не забывать, что такое когда-нибудь может случиться.
Другое дело, учитывая, что наши системы нередко призваны работать на безопасность, всегда следует спрогнозировать, как такие перебои с питанием повлияют на конечную пользовательскую задачу – собственно безопасность. Объект может остаться на период отключения без систем сигнализации, без видеоконтроля, могут быть потеряны какие-то данные, как на период отключения, так и из-за него, и т.д., и т.п. В каждом конкретном случае это будут свои риски, возможно требующие, помимо технических, принятия конкретных организационных мер. Но это уже не входит в круг технических задач, и рассматривать мы их не будем. А к техническим мерам относится, конечно, устройство резервной схемы питания.
Когда обрывается нейтраль
А вот обрыв нейтрали, в отличие от обрыва линии, заслуживает отдельного рассмотрения. Случается, к счастью, значительно реже, поскольку причинами такого безобразия выступает в основном человеческая безграмотность. Зато и последствия могут быть намного серьезней.
Рассмотрим самую простую схему – рис.2
В общем случае на объекте линий фаз три. Каждая линия однофазного питания образуется из одной линии фаз и линии нейтрали. То есть, для каждой линии однофазного питания есть своя линия фазы, а вот линия нейтрали единственная на все (естественно, линия эта имеет многочисленные разветвления на всевозможных нулевых шинах, но все «нули» всех розеток электрически соединены между собой). Пусть для подключения нашего потребителя (Rпотр.) мы взяли линию L1 и линию нейтрали. Абсолютно любое устройство, подключаемое к другим линиям, в качестве линии нейтрали будет иметь ту же, что и наш потребитель. Ток пойдет через наш потребитель по маршруту А-В-С и по линии наименьшего сопротивления по линии нейтрали к точке D. К какой-то другой линии L2 подключена какая-то другая нагрузка (о которой мы ничего не знаем) Rнагр.
Через нее ток пойдет по маршруту GFED. Через наш потребитель Rпотр. этот ток не пойдет, так как он всегда пойдет по линии наименьшего сопротивления. Теперь представим, что линия нейтрали оборвана где-нибудь по линии m. Цепь питания замкнется по маршруту ABCEFG, то есть наш потребитель окажется включенным не между фазой и нейтралью, а между двумя линиями фаз. Напряжение на нем резко возрастет и может в зависимости от нагрузки в другой линии достигнуть максимального значения линейного напряжения, т.е. 380 вольт.
Мы рассмотрели ситуацию с двумя линиями фаз и нейтралью. В общем случае, когда на объекте присутствуют все три фазы, напряжение в третьей линии также через своих потребителей попадает на нашу линию. И результирующее напряжение может оказаться существенно больше. Результат будет еще опасней.
В большинстве случаев в зависимости от чувствительности самого потребителя к подобным броскам напряжения и длительности такого высоковольтного воздействия это приводит к выходу аппаратуры из строя, а то и является причиной возгорания в линиях питания со всеми возможными вытекающими последствиями.
Если у вас дома вдруг лампочки засияли солнечным светом, немедленно отключайте все линии на силовом щитке, а потом уже разбирайтесь с причиной этой аномалии. Скорее всего, вместо фазного у вас в розетках появилось линейное напряжение. После восстановления нормального питающего напряжения будете подсчитывать убытки. В первую очередь пострадает, скорее всего, всякая аппаратура автоматики, блоки питания электроники, а то и сами телевизоры, домашние кинотеатры, музыкальные центры. В последнюю очередь – всевозможная нагревательная техника – бойлеры, электрокотлы, а также холодильники. Хотя автоматика управления теми же котлами может выйти из строя в числе первых. Все это из личного опыта.
Приходилось слышать мнение, что от последствий подобных бросков напряжения спасает автоматический выключатель в линии. Не спасает! Во-первых, он не для этого предназначен. Прежде всего, он спасает линию от превышения допустимого для линии (а не для аппаратуры, в ней установленной) тока, поскольку такое превышение грозит опасным нагревом провода, разрушением изоляции, возгоранием. Во-вторых, опасное напряжение на отдельном устройстве, способное полностью вывести аппаратуру из строя, вовсе не означает, что в линии произойдет увеличение величины тока до значения срабатывания автоматического выключателя.
Не спасет и защита от импульсных наводимых перенапряжений в линии первичного питания (УЗИП). Главная причина все та же – устройство защиты от импульсных перенапряжений не для этого предназначено. Природа возникновения опасного напряжения разная. При наводимых опасных напряжениях имеем очень большое по амплитуде, но крайне малое по времени воздействие. В данном случае имеем дело хоть и не с такими большими амплитудами, зато время воздействия в сравнении с наводимым импульсным напряжением можно считать просто гигантским. Даже если ситуация сразу обнаружена, и мы со всех ног помчались выключать автоматы на входе, сравнивать время нашей реакции придется с микросекундами. На такое гигантское время аппаратура защиты от импульсных перенапряжений просто не рассчитана. Сработает защита варистора от перегрева, которая отключит саму аппаратуру защиты от линии. Причем, восстановление аппаратуры потребует фактически ее ремонта.
В общем случае на объекте линий фаз три. Каждая линия однофазного питания образуется из одной линии фаз и линии нейтрали. То есть, для каждой линии однофазного питания есть своя линия фазы, а вот линия нейтрали единственная на все (естественно, линия эта имеет многочисленные разветвления на всевозможных нулевых шинах, но все «нули» всех розеток электрически соединены между собой). Пусть для подключения нашего потребителя (Rпотр.) мы взяли линию L1 и линию нейтрали. Абсолютно любое устройство, подключаемое к другим линиям, в качестве линии нейтрали будет иметь ту же, что и наш потребитель. Ток пойдет через наш потребитель по маршруту А-В-С и по линии наименьшего сопротивления по линии нейтрали к точке D. К какой-то другой линии L2 подключена какая-то другая нагрузка (о которой мы ничего не знаем) Rнагр.
Через нее ток пойдет по маршруту GFED. Через наш потребитель Rпотр. этот ток не пойдет, так как он всегда пойдет по линии наименьшего сопротивления. Теперь представим, что линия нейтрали оборвана где-нибудь по линии m. Цепь питания замкнется по маршруту ABCEFG, то есть наш потребитель окажется включенным не между фазой и нейтралью, а между двумя линиями фаз. Напряжение на нем резко возрастет и может в зависимости от нагрузки в другой линии достигнуть максимального значения линейного напряжения, т.е. 380 вольт.
Мы рассмотрели ситуацию с двумя линиями фаз и нейтралью. В общем случае, когда на объекте присутствуют все три фазы, напряжение в третьей линии также через своих потребителей попадает на нашу линию. И результирующее напряжение может оказаться существенно больше. Результат будет еще опасней.
В большинстве случаев в зависимости от чувствительности самого потребителя к подобным броскам напряжения и длительности такого высоковольтного воздействия это приводит к выходу аппаратуры из строя, а то и является причиной возгорания в линиях питания со всеми возможными вытекающими последствиями.
Если у вас дома вдруг лампочки засияли солнечным светом, немедленно отключайте все линии на силовом щитке, а потом уже разбирайтесь с причиной этой аномалии. Скорее всего, вместо фазного у вас в розетках появилось линейное напряжение. После восстановления нормального питающего напряжения будете подсчитывать убытки. В первую очередь пострадает, скорее всего, всякая аппаратура автоматики, блоки питания электроники, а то и сами телевизоры, домашние кинотеатры, музыкальные центры. В последнюю очередь – всевозможная нагревательная техника – бойлеры, электрокотлы, а также холодильники. Хотя автоматика управления теми же котлами может выйти из строя в числе первых. Все это из личного опыта.
Приходилось слышать мнение, что от последствий подобных бросков напряжения спасает автоматический выключатель в линии. Не спасает! Во-первых, он не для этого предназначен. Прежде всего, он спасает линию от превышения допустимого для линии (а не для аппаратуры, в ней установленной) тока, поскольку такое превышение грозит опасным нагревом провода, разрушением изоляции, возгоранием. Во-вторых, опасное напряжение на отдельном устройстве, способное полностью вывести аппаратуру из строя, вовсе не означает, что в линии произойдет увеличение величины тока до значения срабатывания автоматического выключателя.
Не спасет и защита от импульсных наводимых перенапряжений в линии первичного питания (УЗИП). Главная причина все та же – устройство защиты от импульсных перенапряжений не для этого предназначено. Природа возникновения опасного напряжения разная. При наводимых опасных напряжениях имеем очень большое по амплитуде, но крайне малое по времени воздействие. В данном случае имеем дело хоть и не с такими большими амплитудами, зато время воздействия в сравнении с наводимым импульсным напряжением можно считать просто гигантским. Даже если ситуация сразу обнаружена, и мы со всех ног помчались выключать автоматы на входе, сравнивать время нашей реакции придется с микросекундами. На такое гигантское время аппаратура защиты от импульсных перенапряжений просто не рассчитана. Сработает защита варистора от перегрева, которая отключит саму аппаратуру защиты от линии. Причем, восстановление аппаратуры потребует фактически ее ремонта.
Но самое главное, что защита от импульсных перенапряжений включается в линию питания параллельно, отводя на землю опасный потенциал с линии. При ее отключении, которое неминуемо произойдет во время длительного воздействия, линия питания не разорвется – все опасное высокое напряжение окажется поданным на все потребители. То есть, одни потери – ничего не защитили, а аппаратуру защиты от импульсных перенапряжений неминуемо вывели из строя.
Каковы могут быть причины обрыва нейтрали?
Может быть обрыв в самом буквальном смысле. Хотя и с наименьшей вероятностью. Если имеем дело с воздушными линиями, то провод нейтрали в силу своей безопасности с точки зрения поражения электрическим током является самым нижним на подвесах столбов. Соответственно, этот провод рвется первым, если, например, под линией электропередач пытается проехать какая-нибудь крупногабаритная техника.
На подобные случаи предусмотрена схема подводки с глухозаземленной нейтралью. Нулевой провод заземляется до подводки к потребителю. В этом случае опасный ток пойдет по линии наименьшего сопротивления на землю. Только нельзя делать этого после электросчетчика, что является незаконным.
Гораздо чаще происходят более банальные вещи. А именно, отгорания нейтрали (или нулевого провода). Горят провода не от напряжения, а от тока, по ним проходящего. Напряжение сварочного агрегата составляет 12V. Зато сварочный ток составляет 120-150 А. Мощность, выделяемая на проводнике в виде тепла, пропорциональна его сопротивлению и квадрату силы тока. С увеличением силы тока – например, в 2 раза – мощность, выделяемая в виде тепла, увеличивается в 4 раза. И линейно увеличивается с увеличением сопротивления. Количество теплоты, выделяемое проводником, определяется законом Джоуля-Ленца:
Q=I2 х R х t
Количество теплоты, выделяемое в проводнике, пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени протекания тока.
Еще одну фундаментальную формулу сопротивления мы уже ранее упоминали, когда говорили о падении напряжения в линии. А именно:
R=ρ х L /S
ρ – удельное сопротивление проводника (зависит исключительно от материала, из которого проводник изготовлен);
L – длина проводника;
S – площадь сечения проводника.
На подобные случаи предусмотрена схема подводки с глухозаземленной нейтралью. Нулевой провод заземляется до подводки к потребителю. В этом случае опасный ток пойдет по линии наименьшего сопротивления на землю. Только нельзя делать этого после электросчетчика, что является незаконным.
Гораздо чаще происходят более банальные вещи. А именно, отгорания нейтрали (или нулевого провода). Горят провода не от напряжения, а от тока, по ним проходящего. Напряжение сварочного агрегата составляет 12V. Зато сварочный ток составляет 120-150 А. Мощность, выделяемая на проводнике в виде тепла, пропорциональна его сопротивлению и квадрату силы тока. С увеличением силы тока – например, в 2 раза – мощность, выделяемая в виде тепла, увеличивается в 4 раза. И линейно увеличивается с увеличением сопротивления. Количество теплоты, выделяемое проводником, определяется законом Джоуля-Ленца:
Q=I2 х R х t
Количество теплоты, выделяемое в проводнике, пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени протекания тока.
Еще одну фундаментальную формулу сопротивления мы уже ранее упоминали, когда говорили о падении напряжения в линии. А именно:
R=ρ х L /S
ρ – удельное сопротивление проводника (зависит исключительно от материала, из которого проводник изготовлен);
L – длина проводника;
S – площадь сечения проводника.
Таким образом, с увеличением диаметра проводника, например, в 2 раза, сопротивление его уменьшится в 4 раза. И наоборот.
Как показывает опыт общения с представителями нашего рынка, многие считают, что, чем толще проводник, тем его сопротивление больше. Это очень опасное (в том числе, для жизни и здоровья) заблуждение.
Как показывает опыт общения с представителями нашего рынка, многие считают, что, чем толще проводник, тем его сопротивление больше. Это очень опасное (в том числе, для жизни и здоровья) заблуждение.
Не случайно в электроплитке можем наблюдать в качестве нагревательного элемента очень тонкую спираль. Спираль – чтобы максимально увеличить сопротивление за счет длины проводника, а за счет выбора материала (нихром), который способен держать очень высокие температуры, не разрушаясь, максимально уменьшена его толщина. Таким образом, обеспечивается максимально возможный нагрев.
В наших линиях нагрев – это прямая угроза возгорания.
В действительности монтажная схема электропитания на объекте очень далека от представленной на рис.2. Четыре провода только заходят от общей магистрали. Далее устанавливаются контактные шины и на провод нейтрали (нулевая шина), и на линии фаз, и уже по однофазным потребителям линии разводятся двужильными кабелями, один провод которых подключается к фазовой шине, а другой к нулевой. И замыкается цепь между фазами при обрыве нейтрали через потребители на нулевой шине. Если обрыв происходит после нулевой шины, естественно, межфазная цепь не замкнется. Максимально все упростив, представим схему разводки однофазного питания на рис. 3
В наших линиях нагрев – это прямая угроза возгорания.
В действительности монтажная схема электропитания на объекте очень далека от представленной на рис.2. Четыре провода только заходят от общей магистрали. Далее устанавливаются контактные шины и на провод нейтрали (нулевая шина), и на линии фаз, и уже по однофазным потребителям линии разводятся двужильными кабелями, один провод которых подключается к фазовой шине, а другой к нулевой. И замыкается цепь между фазами при обрыве нейтрали через потребители на нулевой шине. Если обрыв происходит после нулевой шины, естественно, межфазная цепь не замкнется. Максимально все упростив, представим схему разводки однофазного питания на рис. 3
Рассмотрим только две линии фаз – для понимания этого достаточно. В первой однофазной цепи (между первой фазой и нейтралью) включена нагрузка R1, через которую проходит ток I1. Во второй цепи через нагрузку R2 проходит соответственно ток I2. И пусть это совершенно рабочие и безопасные для своих цепей токи, не вызывающие срабатывание защитных автоматических выключателей в линиях фаз. Однако, на участке общего нулевого провода (общей нейтрали) -АВ- проходящий по ней ток представляет собой уже сумму токов первой и второй однофазных цепей. А в действительности при подводящем трехфазном питании это будет уже сумма токов всех трех однофазных цепей. Нередко об этом забывают. Количество потребителей, подключаемых в сети питания, со временем может увеличиваться. Потребляемая мощность их может расти. Соответственно, увеличиваются токи, проходящие в однофазных линиях. Вполне возможно, что со временем меняются защитные автоматы на входе линий, поскольку сечение кабелей линий это допускают. Срабатывание защиты не происходит.
Однако забывают, что нулевой провод общего участка нейтрали должен быть рассчитан на общий суммарный ток по всем трем фазам. В результате этот провод может не выдержать нагрузки и отгореть. Чаще всего это происходит в местах клеммных соединений, поскольку площадь контакта в таких соединениях часто бывает меньше площади поверхности всего проводника, соответственно, сопротивление проводника в данном месте будет еще больше, больше выделяемое тепло, это самое слабое звено для теплового разрушения. Бывает, что о заведомо больших токах в общей нейтрали не задумываются изначально. А именно, посчитали суммарную мощность всех потребителей по каждой фазе, определили, исходя из этого, максимальные токи и выбрали четырехжильный кабель подключения с сечением проводов, соответствующим этим токам. Один из проводов этого четырехжильного кабеля задействовали в качестве провода нейтрали. И получили, что по этому проводу течет ток, намного превышающий допустимую величину для данного сечения. В лучшем случае этот провод начинает ощутимо греться, тратя электроэнергию на обогрев атмосферы. А в худшем можем получить отгорание проводника с подачей разрушающего для подключенной аппаратуры напряжения, с выходом из-за этой самой аппаратуры из строя, а то и пожар на объекте.
Однако забывают, что нулевой провод общего участка нейтрали должен быть рассчитан на общий суммарный ток по всем трем фазам. В результате этот провод может не выдержать нагрузки и отгореть. Чаще всего это происходит в местах клеммных соединений, поскольку площадь контакта в таких соединениях часто бывает меньше площади поверхности всего проводника, соответственно, сопротивление проводника в данном месте будет еще больше, больше выделяемое тепло, это самое слабое звено для теплового разрушения. Бывает, что о заведомо больших токах в общей нейтрали не задумываются изначально. А именно, посчитали суммарную мощность всех потребителей по каждой фазе, определили, исходя из этого, максимальные токи и выбрали четырехжильный кабель подключения с сечением проводов, соответствующим этим токам. Один из проводов этого четырехжильного кабеля задействовали в качестве провода нейтрали. И получили, что по этому проводу течет ток, намного превышающий допустимую величину для данного сечения. В лучшем случае этот провод начинает ощутимо греться, тратя электроэнергию на обогрев атмосферы. А в худшем можем получить отгорание проводника с подачей разрушающего для подключенной аппаратуры напряжения, с выходом из-за этой самой аппаратуры из строя, а то и пожар на объекте.
Вывод: при выборе нулевого провода подключения (до нулевой шины от источника трехфазного напряжения) необходимо выбирать провод, сечение которого безопасно обеспечивает прохождение по нему тока, равного суммарному максимальному току по всем однофазным линиям. Ну, а поскольку нулевой провод подключения, как правило, используется, как один из проводов многожильного кабеля, под максимальный суммарный ток выбирается весь кабель. Так, если у вас в доме по линиям установлены на входе автоматические выключатели на 25А (то есть, более 25 А ток в каждой линии быть не может), то подводящий к дому кабель берется 4х6 мм2. А далее однофазные линии выполняются двужильными кабелями нужного сечения
На входе не только линий трехфазного напряжения, но и на ответственных ответвлениях однофазных после шин разветвлениях всегда надо устанавливать автоматические выключатели, которые отключат линию при превышении величины тока выше допустимого, поскольку, как мы уже упомянули, именно от тока случаются пожары, и именно ток убивает.
Еще достаточно типовая причина обрыва нейтрали полностью соответствует знаменитому высказыванию В.С.Черномырдина: «Хотели, как лучше, а получили, как всегда!». Проникшись важностью установки автоматических выключателей на входе линий трехфазного питания, отдельные горе-монтажники-электрики устанавливают автоматические выключатели и на линию нейтрали (на рис.3 на этом моменте акцентировано внимание зачеркиванием жирными красными полосами такого решения). Делать так категорически нельзя. Точнее, теоретически можно, установив на линию нейтрали автоматический выключатель на максимальную величину тока, равную суммарному максимальному току по всем трем линиям однофазных цепей.
Так, если на линиях установлены, например, автоматические выключатели на 25А, на нейтраль надо ставить автомат на 75А. И главная беда подобных типовых ошибок – на нейтраль устанавливают точно такой же автоматический выключатель, что и на линии фаз. Срабатывание такого автомата и отключение линии нейтрали может произойти даже тогда, когда нагрузка по линиям не превысит и половины от максимально допустимой. То есть, все линии находятся в рабочих и безопасных режимах, тем не менее, происходит срабатывание автомата в линии нейтрали со всеми вытекающими последствиями. Все отказы и беды, которые могут возникнуть, являются результатом исключительно неграмотного построения системы электропитания.
А главное, установка автоматического выключателя даже на общий суммарный ток абсолютно не имеет смысла. Если в какой-то линии нагрузка превысит допустимую, то сработает автомат в линии фазы. Если же он по какой-то причине не сработает, рассматривать автомат в нейтрали как дублирующий все равно нельзя, поскольку рассчитан он должен быть на суммарный ток по всем однофазным линиям, и превышение допустимого тока только в одной из них к его отключению не приведет. Зато постоянно останется угроза, что линия нуля может быть легко разорвана путем принудительного отключения этого автоматического выключателя. Например, при необходимости обесточить какую-то линию, автоматические выключатели можно перепутать. Или при необходимости отключить все питание автоматический выключатель нейтрали окажется не самым последним в последовательности отключений (можно с него начать и благополучно обеспечить тем самым подачу межфазного напряжения в линию до момента отключения автомата фазной линии).
В целом, такие «шедевры монтажа», хотя и случаются, до систем нашего рынка доходят, к счастью, не так часто. Просто всевозможные отказы, с этим связанные, проявляются буквально сразу с подключением системы электропитания, и к моменту установки на объекте ТСБ люди успевают навести порядок. Но знать об этом стоит. Хотя бы для того, чтобы самим не делать таких «ляпов», например, на своих дачных участках.
Гораздо чаще встречается более банальная, но от этого не менее опасная ситуация: какой-нибудь очередной электрик при выполнении работ просто путает при коммутации провода нейтрали и одной из фаз. Сталкивались с подобными явлениями - сварщики, подключая свое трехфазное оборудование, в конце концов поменяли на шинах фазный и нулевой провода местами. А еще приходилось слышать от электриков в свое оправдание, что, прокладывая воздушную трехфазную сеть по столбам они в листве деревьев не заметили, что провода перехлестнулись. Провода, конечно, перехлестнуться могут. Но перед подачей напряжения все ж необходимо проверить правильность монтажа при помощи хотя бы простейшего тестера. А вот это, к сожалению, делается все реже. Соответственно, мы должны быть всегда готовы к возможным последствиям. А последствия будут все те же. На однофазных линиях, в которых задействованы две другие фазы, вместо напряжения 220В появится межфазное напряжение 380В, поскольку таким это напряжение и окажется – линейным.
Еще достаточно типовая причина обрыва нейтрали полностью соответствует знаменитому высказыванию В.С.Черномырдина: «Хотели, как лучше, а получили, как всегда!». Проникшись важностью установки автоматических выключателей на входе линий трехфазного питания, отдельные горе-монтажники-электрики устанавливают автоматические выключатели и на линию нейтрали (на рис.3 на этом моменте акцентировано внимание зачеркиванием жирными красными полосами такого решения). Делать так категорически нельзя. Точнее, теоретически можно, установив на линию нейтрали автоматический выключатель на максимальную величину тока, равную суммарному максимальному току по всем трем линиям однофазных цепей.
Так, если на линиях установлены, например, автоматические выключатели на 25А, на нейтраль надо ставить автомат на 75А. И главная беда подобных типовых ошибок – на нейтраль устанавливают точно такой же автоматический выключатель, что и на линии фаз. Срабатывание такого автомата и отключение линии нейтрали может произойти даже тогда, когда нагрузка по линиям не превысит и половины от максимально допустимой. То есть, все линии находятся в рабочих и безопасных режимах, тем не менее, происходит срабатывание автомата в линии нейтрали со всеми вытекающими последствиями. Все отказы и беды, которые могут возникнуть, являются результатом исключительно неграмотного построения системы электропитания.
А главное, установка автоматического выключателя даже на общий суммарный ток абсолютно не имеет смысла. Если в какой-то линии нагрузка превысит допустимую, то сработает автомат в линии фазы. Если же он по какой-то причине не сработает, рассматривать автомат в нейтрали как дублирующий все равно нельзя, поскольку рассчитан он должен быть на суммарный ток по всем однофазным линиям, и превышение допустимого тока только в одной из них к его отключению не приведет. Зато постоянно останется угроза, что линия нуля может быть легко разорвана путем принудительного отключения этого автоматического выключателя. Например, при необходимости обесточить какую-то линию, автоматические выключатели можно перепутать. Или при необходимости отключить все питание автоматический выключатель нейтрали окажется не самым последним в последовательности отключений (можно с него начать и благополучно обеспечить тем самым подачу межфазного напряжения в линию до момента отключения автомата фазной линии).
В целом, такие «шедевры монтажа», хотя и случаются, до систем нашего рынка доходят, к счастью, не так часто. Просто всевозможные отказы, с этим связанные, проявляются буквально сразу с подключением системы электропитания, и к моменту установки на объекте ТСБ люди успевают навести порядок. Но знать об этом стоит. Хотя бы для того, чтобы самим не делать таких «ляпов», например, на своих дачных участках.
Гораздо чаще встречается более банальная, но от этого не менее опасная ситуация: какой-нибудь очередной электрик при выполнении работ просто путает при коммутации провода нейтрали и одной из фаз. Сталкивались с подобными явлениями - сварщики, подключая свое трехфазное оборудование, в конце концов поменяли на шинах фазный и нулевой провода местами. А еще приходилось слышать от электриков в свое оправдание, что, прокладывая воздушную трехфазную сеть по столбам они в листве деревьев не заметили, что провода перехлестнулись. Провода, конечно, перехлестнуться могут. Но перед подачей напряжения все ж необходимо проверить правильность монтажа при помощи хотя бы простейшего тестера. А вот это, к сожалению, делается все реже. Соответственно, мы должны быть всегда готовы к возможным последствиям. А последствия будут все те же. На однофазных линиях, в которых задействованы две другие фазы, вместо напряжения 220В появится межфазное напряжение 380В, поскольку таким это напряжение и окажется – линейным.
На все эти причины мы с вами повлиять никак не можем. Не мы строили систему электропитания объекта. Бывало даже, что не всегда удается найти автомат отключения выделенной на систему линии. Ну, а уж что творится в голове «человеческого фактора», и вовсе никому не ведомо.
Как защититься от сетевых «безобразий»
Мы можем и должны бороться с нежелательными для нас возможными последствиями. И для всех вышеописанных случаев возникновения опасного постоянно действующего напряжения на линии единственно наше возможное и эффективное действие – своевременное отключение всей линии питания нашего оборудования. Технически это решается довольно просто – в начале однофазной линии питания (до первого прибора системы) устанавливается автоматический ограничитель напряжений. Стандартное устройство, рассчитанное на определенное напряжение и включаемое в линию питания, (при превышении допустимого напряжения линию отключит автоматический выключатель). На самом устройстве устанавливается самим пользователем максимально допустимое напряжение, а также минимально допустимое. Если входящее питающее напряжение выходит за эти установленные границы, ограничитель напряжений отключает линию от общей системы электропитания.
При восстановлении напряжения в допустимых пределах вновь происходит автоматическое подключение линии (как правило, устанавливается еще временной интервал, через которое должно происходить включение после восстановления допустимой величины входного напряжения). Таким образом, приводим систему к ситуации обрыва провода линии. Ничего страшного произойти не должно, если такая ситуация предусмотрена. Например, наличием функции «холодного запуска» для «теплолюбивой» аппаратуры. Но без резервирования питания на время подобных безобразий в любом случае остаемся без технической системы.
Есть еще радикальный способ борьбы с подобными безобразиями, которым однажды успешно воспользовались. Напряжение в однофазной сети, от которой запитывалась техническая система безопасности, по ночам достигало 400В, что заказчик упрямо отрицал, а аппаратура выходила из строя. Пришлось даже выделить человека, дежурившего всю ночь с вольтметром, чтобы установить причину. Что на самом деле творилось с линиями и нулевым проводом, выявить не представлялось возможным. Тогда питание было организовано через трансформатор 380/220 В. То есть, трансформатор был подключен к двум линиям, а не одной. И с его выхода уже бралось фазное напряжение 220 В. Но для подобного решения сначала придется заручиться поддержкой главного энергетика объекта, поскольку организовывать собственные линии первичного питания непосредственно с распределительного щитка инсталлятор слаботочной системы не имеет права.
При восстановлении напряжения в допустимых пределах вновь происходит автоматическое подключение линии (как правило, устанавливается еще временной интервал, через которое должно происходить включение после восстановления допустимой величины входного напряжения). Таким образом, приводим систему к ситуации обрыва провода линии. Ничего страшного произойти не должно, если такая ситуация предусмотрена. Например, наличием функции «холодного запуска» для «теплолюбивой» аппаратуры. Но без резервирования питания на время подобных безобразий в любом случае остаемся без технической системы.
Есть еще радикальный способ борьбы с подобными безобразиями, которым однажды успешно воспользовались. Напряжение в однофазной сети, от которой запитывалась техническая система безопасности, по ночам достигало 400В, что заказчик упрямо отрицал, а аппаратура выходила из строя. Пришлось даже выделить человека, дежурившего всю ночь с вольтметром, чтобы установить причину. Что на самом деле творилось с линиями и нулевым проводом, выявить не представлялось возможным. Тогда питание было организовано через трансформатор 380/220 В. То есть, трансформатор был подключен к двум линиям, а не одной. И с его выхода уже бралось фазное напряжение 220 В. Но для подобного решения сначала придется заручиться поддержкой главного энергетика объекта, поскольку организовывать собственные линии первичного питания непосредственно с распределительного щитка инсталлятор слаботочной системы не имеет права.
Всем вышеперечисленным проблемы сетевого питания далеко не ограничиваются. Более того, это вопросы, к счастью, эпизодические. Правда, с наиболее опасными возможными последствиями. А есть такие, которые представляют собой массовый характер. Последствия от них не столь разрушительные, тем не менее представлять их природу полезно. Но это будет материал следующей части повествования.
Рекомендуемые товары
-
Быстрый просмотр -
Быстрый просмотр -
Быстрый просмотр -
Быстрый просмотр -
Быстрый просмотр -
Быстрый просмотр
Выберите способ, которым бы вы хотели получить документ: через мессенджер MAX или на электронную почту.
Получите полную версию документа бесплатно. Мы делимся полезными материалами для работы с оборудованием и подготовки к закупкам.
MAX
EMAIL