Так уж получилось, что основные потребители электроэнергии находятся достаточно далеко от мест генерации электроэнергии и для того, чтобы транспортировать электроэнергию на большие расстояния, используются высоковольтные линии электропередачи - ЛЭП. Как утверждает наука физика, расход электроэнергии на нагрев проводника из-за того, что любое физическое тело обладает сопротивлением, будет одинаковым при разнице потенциалов хоть 1 Вольт, хоть 100 000 Вольт, поэтому вполне логично для передачи электроэнергии на большие расстояния использовать высоковольтные ЛЭП, при этом для повышения эффективности напряжение на электростанциях сначала увеличивают до 35-100 кВ.
В домах и квартирах как правило используется переменный электрический ток напряжением 220 В. Электрический ток поступает в наше жилье не от высоковольтных ЛЭП, а по воздушным или кабельным подземным сетям от трансформатора, понижающего напряжение (трансформаторов или трансформаторных подстанций, постепенно понижающих напряжение до требуемого, может быть несколько, но сейчас речь не об этом).
Чаще всего это трехфазный трансформатор, от которого идут 4 провода, три провода подключаются к началам вторичных обмоток трансформатора, эти провода называются фазными или фазой. Четвертый провод подключен к трем концам вторичных обмоток, этот провод называется объединенной нейтралью или нулем. Такое подключение проводов называется "соединение звездой". Первичные обмотки трансформатора как правило соединены "треугольником".
К подъездному распределительному щиту поводятся один или два фазных провода и один провод - объединенная нейтраль, для перераспределения нагрузки потребители на одном этаже могут быть подключены к разным фазам. Тем не менее на квартирный электросчетчик идут только два провода: фаза и ноль. При подключении отдельных домов к счетчику сразу подводятся только два провода: фаза и ноль. При подключении промышленных предприятий вторичные обмотки понижающего трансформатора (ТП) чаще подключаются "треугольником", в этом случае никакого нулевого провода нет, но сейчас подключение промпредприятий мы не рассматриваем.
Конечно, можно было бы использовать однофазные трансформаторы, но тогда от каждого трансформатора пришлось бы тянуть по 2 провода, т.е. от 3 однофазных трансформаторов тянулось бы 6 проводов, а это в 1.5 раза больше чем используется сейчас. Законы электротехники (которые мы здесь рассматривать не будем) таковы, что при подключении нагрузки ко вторичной обмотке понижающего трансформатора (например, с 10 кВ до 0.38 кВ) напряжение между фазой и нулем будет около 220 В, такое напряжение называется фазным, а напряжение между двумя фазными проводами будет 380 В, такое напряжение называется линейным.
Когда ко всем трем обмоткам трансформатора подключена приблизительно одинаковая нагрузка, т.е. электроприборы в наших квартирах (по все тем же не рассматриваемым здесь законам электротехники) трансформатор будет работать в оптимальном режиме и напряжение между всеми фазами и нулем будет приблизительно одинаковым. В квартиру от подъездного распределительного щита или в частный дом от воздушной или кабельной сети как правило подводятся только два провода: один из фазных проводов и объединенная нейтраль - ноль. В целом вся эта система может выглядеть приблизительно так:
Рисунок 1.
Все провода объединенной нейтрали, а также корпуса трансформаторов на трансформаторных подстанциях и отдельных трансформаторов заземляют и делается это не для того, чтобы увеличить риск поражения электротоком человека, взявшего в руки фазный провод в километре от подстанции, а наоборот, чтобы защитить человека, обслуживающего трансформаторы, в случае пробоя фазы на корпус трансформатора. Кроме того электрические воздушные линии, как уже говорилось, имеют очень большую протяженность - сотни и даже тысячи километров, по разным, часто не зависящим от человека причинам, провода могут обрываться.
Когда это происходит - нарушается симметричность нагрузки (как я уже говорил основы электротехники мы здесь рассматривать не будем, а потому верьте на слово), а это значит, что нагрузка на трансформатор становится совсем не симметричной, что может привести сначала к перегреву, а потом и выходу дорогостоящего трансформатора из строя. Заземление нулевого провода, позволяет диспетчеру сетей достаточно точно определить, какой из фазных проводов поврежден, и выслать ремонтную бригаду.
Если от трансформатора идут четыре провода, то такая система называется четырехпроводной системой тока с глухозаземленной нейтралью. Четырехпроводная система, как уже говорилось, чаще всего используется при подаче электроэнергии к жилым домам и чтобы система работала нормально нулевой провод должен заземляться также и в непосредственной близости от потребителей электроэнергии. Проще говоря, любой дом должен быть заземлен.
При трехпроводной системе тока, когда обмотки трансформатора подключены треугольником и никакого нулевого провода нет, заземляется только корпус трансформатора такая система называется трехпроводной системой тока с изолированной централью, но мы особенности этой системы рассматривать не будем. Добавлю лишь, что очень часто к первичным обмоткам понижающего трансформатора с 10 кВ до 0.4 кВ подходят три провода, т.е. только фазные провода, а ко вторичным обмоткам уже подключаются 4 провода, т.е. три провода и объединенная нейтраль.
Фотография 1.
На фотографии видно, что к понижающему трансформатору подходят 3 провода. А отходят от трансформатора (хотя на фотографии плохо видно) 4 провода по воздушной сети и по кабелю. Зато по фотографии видно подключение нулевого провода к корпусу, а с другой стороны трансформатора к корпусу прикручена металлическая полоса, уходящая в землю.
Вся эта хитроумная и запутанная система делается только для того, чтобы нам - потребителям было удобно использовать электрическую энергию. Все что нам остается, это подключить к проводам, идущим от электрического счетчика, нагрузку. |
