Как устроена бытовая электропроводка

Общие принципы организации бытовых электросетей

Электроэнергия в жилой дом приходит от трансформаторной подстанции (ТП), которая преобразует высоковольтное напряжение промышленной электросети в 380 вольт. Вторичные обмотки трансформатора соединены по схеме «звезда», когда выполнено подключение трех выводов к одной общей точке «0», а три оставшихся выведены на клеммы «А», «В», «С» Соединенные вместе концы «0» подключены к контуру заземления подстанции. Здесь же выполнено расщепление нуля на: рабочий ноль, показанный на картинке синим цветом и защитный РЕ-проводник (желто-зеленая линия).

По этой схеме создаются все вновь строящиеся дома. Она называется системой TN-S. У нее на вход внутри распределительный щита дома подводятся три фазных провода и оба перечисленных нуля. В зданиях старой постройки еще часто встречаются случаи отсутствия РЕ-проводника и четырех-, а не пятипроводная схема, которую обозначают индексом TN-C. При этом в квартирном или этажном щитке может быть произведено разделение рабочего нуля на собственно нулевой проводник N и квартирное заземление РЕ, которое в этом случае, конечно, правильно работать не будет.

Фазы и ноли с выходной обмотки ТП воздушными проводами или подземными кабелями подводятся к вводному щиту многоэтажного дома, образуя трехфазную систему напряжения 380/220 вольт. В такой сети напряжение между любыми двумя фазами составляет 380 В, а между рабочим нулем и любой из фаз составляет 220 В. Сеть разводится по подъездным щиткам и, через них, попадает в квартиры. Внутрь жилой квартиры заводятся один фазный и рабочий нулевой проводники, через которые поступает напряжение одной фазы 220 В (на картинке выделены провода «А» и «О») и защитный проводник РЕ. Последний элемент может отсутствовать, если не проведена реконструкция старой электропроводки здания.

Таким образом, «нулем» в квартире называют проводник, соединенный с контуром земли в трансформаторной подстанции и используемый для создания нагрузки от «фазы», подключенной к противоположному потенциальному концу обмотки на ТП. Защитный ноль, называемый еще РЕ-проводником, исключен из схемы электропитания и предназначен для ликвидации последствий возможных неисправностей и аварийных ситуаций с целью отвода возникающих токов повреждений.

Нагрузки в такой схеме распределяются равномерно за счет того, что на каждом этаже и стояках выполнена разводка и подключение определенных квартирных щитков к конкретным линиям 220 вольт внутри подъездного распределительного щита. Система подводимых напряжений к дому и подъезду представляет собой равномерную «звезду», повторяющую все векторные характеристики ТП. Когда в квартире выключены все электроприборы, а в розетках нет потребителей и напряжение к щитку подведено, то ток в этой цепи протекать не будет. Сумма токов трехфазной сети складывается по векторным законам в нулевом проводе, возвращаясь к обмоткам трансформаторной подстанции величиной I0, или как еще ее называют 3I0.

Это рабочая, оптимальная и отработанная долгими годами система электроснабжения. Но, в ней тоже, как и в любом техническом устройстве, могут возникать поломки и неисправности. Чаще всего они связаны с низким качеством контактных соединений или же полным обрывом проводников в различных местах схемы.

 

Чем сопровождается обрыв провода в нуле или фазе

Оторвать или просто забыть подключить проводник к какому-нибудь устройству внутри квартиры не сложно. Такие случаи происходят так же часто, как и отгорания металлических токоведущих шин и проводников при плохом электрическом контакте и повышенных нагрузках. Если внутри квартирной проводки пропало соединение любого электроприемника с квартирным щитком, то этот прибор не будет работать. И абсолютно не важно, что разорвано: цепь нуля или фазы.

Такая же картина проявляется в случае, когда происходит обрыв проводника любой фазы, питающей внутридомовой или подъездный электрощит. Все квартиры, подключенные к этой линии с возникшей неисправностью, перестанут получать электроэнергию. При этом в двух других цепочках все электроприборы будут функционировать нормально, а ток рабочего нулевого проводника I0 суммируется из двух оставшихся составляющих и будет соответствовать их величине. Такая неисправность вызывает перекос фаз, связанный с их неравномерной нагрузкой и повышенный нагрев нулевого проводника, который может привести к его повреждению. На практике от одной ТП запитано несколько домов и, при обрыве фазного проводника в одном из подъездов или нескольких квартирах, большого перекоса не возникнет. А вот обрыв фазы на выходе ТП или в целом многоквартирном доме приведет к срабатыванию защиты ТП и обесточиванию нагрузки.

Как видим, все перечисленные обрывы проводов связаны с отключением электропитания от квартиры. Они не вызывают повреждения бытовых приборов. Самая же опасная ситуация возникает при исчезновении соединения между контуром заземления трансформаторной подстанции и средней точкой подключения нагрузок внутридомового или подъездного электрощита.

Такая ситуация может возникнуть по разным причинам, например погодное воздействие, но чаще всего она проявляется при работе криворуких электриков. Кроме того, обрыв или отгорание нулевого проводника возможно при длительной работе сети в условия сильно неравномерной нагрузки на фазы, при котором возрастает ток нулевого проводника. Это ведет к его перегреву и может привести к отгоранию.

В этом случае пропадает путь прохождения токов по рабочему нулю к контуру заземления (А0, В0, С0). Они начинают двигаться по внешним контурам АВ, ВС, СА, напряжение в которых составляет 380 вольт. Получается, что две нагрузки Ra и Rв (в нашем примере две квартиры) оказываются совместно подключены между двумя фазами А и В.

На правой части картинки показано, что ток IАВ возник при подключении линейного напряжения к последовательно соединенным нагрузкам Ra и Rв двух квартир. При этом, если нагрузки в квартирах примерно равны, напряжения в них будут тоже примерно равны между собой и  составят половину от 380 В или 180-200 В.  Хуже будет ситуация, если один хозяин может экономно отключит все электроприборы, а другой будет использовать их по максимуму. В результате действия закона Ома U=I∙R на одном квартирном щитке может оказаться очень маленькая величина напряжения (там где нагрузка минимальна), а на втором (где нагрузка большая)— близкая к линейному значению 380 вольт. Такое перенапряжение вызовет повреждение изоляции и подключенных к сети электроприборов.

Для предотвращения подобных случаев служат защиты от повышения напряжения- реле напряжения, которые монтируются внутри квартирного щитка или дорогостоящих электроприборов.

 

Как определить ноль и фазу в домашней проводке

При возникновении неисправностей в электрической сети чаще всего домашние мастера используют дешевую отвертку-индикатор напряжения китайского производства, показанную на верхней части картинки.

Она работает по принципу прохождения емкостного тока через тело оператора. Для этого внутри диэлектрического корпуса размещены: оголенный наконечник в виде отвертки для присоединения к потенциалу фазы; токоограничивающий резистор, снижающий амплитуду проходящего тока до безопасной величины; неоновая лампочка, свечение которой при протекании тока свидетельствует о наличии потенциала фазы на проверяемом участке; контактная площадка для создания цепи тока сквозь тело человека на потенциал земли.

Квалифицированные электрики используют для проверки наличия фазы более дорогостоящие многофункциональные индикаторы в форме отверток со светодиодом, свечением которого управляет транзисторная схема, питаемая от двух встроенных батареек, создающих напряжение 3 вольта. Такие индикаторы кроме определения потенциала фазы способны выполнять другие дополнительные задачи. У них нет контактной площадки, к которой необходимо прикасаться при замерах. Способ проверки наличия и отсутствия напряжения в гнездах обыкновенной розетки простым индикатором показан на фотографиях ниже.

На левом снимке хорошо видно, что свечение индикаторной лампочки при дневном свете плохо заметно, поэтому требует повышенного внимания при работе. Контакт, на котором индикатор засвечивается, является фазой. На рабочем и защитном нуле неоновая лампочка не должна светиться. Любое обратное действие индикатора свидетельствует о неисправностях в схеме подключения. При эксплуатации такой отвертки необходимо обращать внимание на целостность изоляции и не прикасаться к оголенному выводу индикатора, находящемуся под напряжением.

На следующих фотографиях показан способ определения напряжения в той же розетке с помощью старого тестера, работающего в режиме вольтметра.

Стрелка прибора показывает: 220 вольт между фазой и рабочим нулем; отсутствие разницы потенциалов между рабочим и защитным нулем; отсутствие напряжения между фазой и защитным нулем.

Последний случай является исключением. Стрелка в нормальной схеме должна тоже показывать напряжение 220 вольт. Но оно в нашей розетке отсутствует по той причине, что здание старой постройки еще не прошло этап реконструкции электропроводки, а хозяин квартиры, выполнивший последний ремонт, сделал разводку РЕ-проводника в своих помещениях, но не подключил его к заземляющим контактам розеток и шинке РЕ-проводника квартирного щитка. Эта операция будет проводиться после перевода здания с системы TN-C на TN-C-S. Когда он завершится, стрелка вольтметра будет находиться в положении, отмеченном красной линией, показывать 220 вольт.