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.

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.

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.

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 наименьшую сторону.

В наше время, когда практически любое строение оснащено хотя бы простейшей электропроводкой, профессия электрика очень востребована, поэтому все больше абитуриентов настроено на получение данной профессии.

Образование

Минимальным базовым образованием для начала обучения профессии электрик является неполное среднее образование. Это значит, что для начала обучения данной профессии необходимо окончить хотя бы 9 классов средней образовательной школы. Найти специальность "электрик" можно в техникуме, профессиональном техническом училище или колледже практически любого российского города областного значения. Также существуют специальные обучающие центры, предусматривающие подготовку специалистов по данному направлению.

Личные качества

Несмотря на кажущуюся доступность получения данной профессии, стать хорошим электриком не так уж просто. Необходимо обладать техническим складом ума, уметь работать руками и мыслить логически. Так же, ввиду большой травмоопасности занятия, потенциальному электрику следует быть аккуратным и уметь хорошо концентрироваться во время работы.

Группы электробезопасности и разряды

По окончании курса обучения по специальности "Электрик" студент, в зависимости от наполненности курса обучения и результатов сдачи итогового экзамена, получает либо второй либо третий квалификационный разряд. Всего разрядов для электриков шесть, существует также пять так называемых групп допуска (групп электробезопасности). Не следует путать разряд электрика с группой допуска электрика. Разряд показывает квалификацию электрика, то, насколько сложную работу в своей области он способен выполнить. Группа допуска, в свою очередь, показывает уровень опасности, с которым может справиться работник. Чем большие разряд и группу допуска имеет электрик, тем он более востребован и тем выше заработная плата, которую ему может предложить работодатель.

Удостоверение электрика

По результатам итоговых испытаний электрику выдается специальное удостоверение электрика, в котором указывается присвоенная ему группа по электробезопасности а также оценка его квалификации по пятибалльной шкале. Квалификацию электрика необходимо подтверждать каждые пять лет, кроме того, возможно проведение внеочередной проверки на квалификацию, к примеру, с целью повысить разряд и(или) группу по электробезопасности. Следует отметить, что электрик, имеющий 2-5 группу допуска, при проведении работ, соответствующих данному диапазону групп, обязательно должен иметь при себе удостоверение.

Для того, чтобы повесить люстру , не нужно обладать специальными профессиональными навыками. Однако базовые знания о бытовой электрике вам всё же понадобятся.

Для начала проверьте, есть ли у вас всё необходимое для того, чтобы повесить люстру . Во-первых, у вас должна быть стремянка или другая устойчивая опора. Кроме того, вам понадобятся некоторые инструменты: пассатижи, кусачки, отвёртка с индикатором напряжения, отвёртка с узким жалом и монтажные зажимы (так называемые «лягушки»). Не забудьте также позаботиться о том, чтобы комната была достаточно хорошо освещена, ведь вы не сможете пользоваться осветительными приборами во время работы. Крайне желательно перед началом работ запастись фонариком.

Люстры обычно вешаются на заранее подготовленный крюк. Его необходимо тщательно обмотать изолентой или другим не пропускающим ток материалом. Желательно нанести изоленту не менее чем в два слоя – для исключения непокрытой поверхности. Обязательно сверьтесь с инструкцией к вашему осветительному прибору и убедитесь, что его использование не требует обязательного заземления. В противном случае необходимо будет заземлить его.

Теперь следует приступить к обесточиванию помещения. Для этого нужно выключить автоматический выключатель на электрическом счётчике, а отсутствие в сети напряжения проверить отвёрткой-индикатором. На потолке должны находиться три окончания провода (два конца – «фаза», а один конец – «нуль»). «Нулевой» кончик впоследствии будет направлен в монтажную коробку, а «фазные» - к выключателю. Все три конца зачищаются (следует оголить не менее 3-4 мм провода) и разводятся в стороны так, чтобы они не соприкасались.

Теперь нам необходимо определить, какие же из окончаний являются «фазными», а какой – «нулевым». Для этого мы переводим автоматический выключатель во включённое положение и проверяем концы проводов отвёрткой-индикатором. На тех проводах, где будет «фаза», лампочка загорится, на «нуле» же – нет. Желательно пометить провода, чтобы не перепутать их впоследствии. Надо отметить, что современные провода не нужно проверять на фазность: они имеют обязательную маркировку. Провода с «фазой» маркируются чёрно-коричневым, а «нулевые» - синим цветом.

Такая же маркировка может быть и у проводов люстры . В противном случае фазность проводов проверяется следующим образом. Два провода подсоединяются к розетке . Часть ламп должна загореться, помечаем провода, которые в этот момент были подсоединены к сети. Теперь меняем один из проводов на третий. В случае, если загорелась вторая часть ламп, первый провод является «нулевым», а второй и третий (которые менялись местами) – «фазные». Если же

фаза электрическая

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.

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.