Обрыв общего нуля: как возникает и чем опасен

Даже те, кто не имеет специального образования, прекрасно знают, что в бытовой розетке должно быть 220 В. При этом для проводки используется два или три провода: фазный, нулевой и, по ситуации, заземление. Точно так же большинству людей известен термин «перекос фаз», но что именно за ним кроется, обычно остаётся загадкой. Сегодня мы детально поговорим о том, к чему приводит асимметрия напряжений фаз при обрыве общего нулевого проводника в подъездном распределительном щитке.

Если спросить рядового человека, что случится при обрыве одного из проводов в домашней электросети, он ответит, что приборы просто перестанут работать. Однако на деле всё немного сложнее: прекращение работы бытовой техники без последствий для неё произойдёт только в случае обрыва фазной жилы и то, внутри домашней сети. Если же отключён будет ноль, к тому же, вне квартирного контура, последствия окажутся гораздо тяжелее. Давайте начнём разбираться, что именно случится в такой ситуации.

Нестабильность напряжения и обрыв нуля

Для отечественных электросетей скачок напряжения – вполне типичная ситуация. Ещё более распространённое явление – постоянные, но довольно плавные колебания в обе стороны от общепринятого номинала. В жилых многоэтажках магистральные электрические коммуникации проложены в виде трёхфазной сети с глухозаземлённой нейтралью: в подъездах обычно расположены стояки, благодаря которым на каждую лестничную клетку приходят 380 В, а оттуда по квартирам уже расходятся обычные 220 В. Когда все элементы сети работают исправно, даже в условиях некоторых колебаний вольтажа бытовым приборам и самой проводке ничего не угрожает.

В нормальных условиях внутри стояков проходит четыре или пять проводов – три фазных, один нулевой и, возможно, заземление. Рабочий ноль всегда принято соединять с нейтральной точкой общедомового питающего трансформатора, обмотки которого коммутированы по схеме «звезда», а сам корпус заземлён отдельно. В свою очередь, заземляющая жила, идущая в квартиры, на одном конце присоединена к рамке заземления здания, а на другом – при помощи шины разводится между корпусами приборов и металлических светильников, защищая человека от утечки тока.

Между каждым фазным проводником и нулём разность потенциалов составляет 220 В, что и обеспечивает стабильность работы сети. Данная система находится в постоянном балансе: сколько бы домохозяйств и с какими бы параметрами ни были подключены к каждой фазе, напряжение во всех розетках будет равно. Так складывается из-за того, что потенциал нулевой жилы непосредственно привязан к потенциалу грунта, который принято условно считать нулевым и не способным изменяться. Однако в том случае, если в общем подъездном шкафу произойдёт внезапный обрыв нуля (из-за отгорания контактной группы или просто некачественно притянутого соединения), путь тока изменится. Провода в квартирах, которые считались нулевыми, перестанут быть параллельно соединёнными с землёй, а вместо этого окажутся последовательно включёнными в контуры друг с другом.

Ток, который не имеет возможности уйти в землю через нейтральную точку трансформатора по нулевому проводу, начнёт искать пути попроще. И зачастую наилучшим вариантом для него станет фазный провод той квартиры, в которой в ту же минуту уже включено много электрических потребителей. Такой «выбор» обусловлен тем, что в нагруженной сети сопротивление жил в кабелях и проводах будет меньше, чем в охлаждённой и ненагруженной проводке других соседей. Разумеется, вся описанная здесь картина приведёт к дисбалансу: при отсутствии нуля, который выравнивал бы параметры сети, сила тока в рассматриваемой фазе немного увеличится, а вольтаж наоборот уменьшится, что приведёт к смещению нейтральной точки трёхфазной сети.

Как мы знаем, законы природы неумолимы: если в одном месте что-то убыло, в другом месте что-то прибудет. Применительно к рассматриваемой ситуации, снижение вольтажа в пределах одной фазы приведёт к его росту в другой – на этот раз, менее нагруженной потребителями. Результат подобного стечения обстоятельств предсказуем: в квартире с повышенным напряжением скорее всего серьёзно пострадает бытовая техника, возможен взрыв лампочек накаливания, поломка осветительных приборов и даже возгорание. Самое печальное, что предсказать обрыв общего подъездного нуля при обычной эксплуатации электропроводки практически невозможно. Конечно, есть шанс его упредить, если регулярно производить ревизию в шкафу на лестничной площадке, но в реальности это происходит только в двух случаях из сотни. Сотрудники ЖЭКов редко совестливо подходят к своим обязанностям, а сами жильцы либо не хотят инициировать проверку состояния щитков, чтобы не оплачивать услуги мастеров за собственный счёт, либо вообще никогда не задумываются о том, что подобная неприятная ситуация может приключиться и с ними. В лучшем случае собственники квартир добавляют в локальный внутренний щиток небольшой стабилизатор или ограничитель напряжения, который полностью отключает электросеть, если обнаруживает резкий скачок вольтажа или его изменение, выходящее за пределы допустимого диапазона. Однако даже перечисленные меры защиты могут оказаться неэффективными в случае обрыва нуля без скачкообразного изменения напряжения – к сожалению, очень многие модели стабилизаторов и ограничителей вольтажа не способны распознать такую поломку, а потому окажутся совершенно бесполезны в подобной ситуации.

Последствия обрыва нуля

Читатели, которые были внимательны при прочтении предыдущего блока, понимают, какая ситуация сложится в квартирной сети при отключении общего нуля в щитке на этаже. Самое опасное явление – это возникновение двух фаз в розетке. Когда нулевой проводник больше не отводит ток в землю через отдельный провод, начинается переток электричества из одной квартиры в другую. При условии включённого в розетку прибора или зажжённой люстры ток к ней приходит по фазной жиле, а уходит по нулевой. При этом доходя до подъездного щита и не имея возможности уйти вон, он направляется в другую квартиру по её нулевому проводу. В результате, если соседи захотят провести тест, они обнаружат, что в каждом гнезде розетки у них находится фаза. В обычных условиях техника исправно работать так сможет совсем недолго, считанные минуты, а затем произойдёт её внутренний перегрев и выход из строя, с возгоранием или без.

Возможна ситуация ещё радикальнее и хуже, когда в обычной розетке оказывается сразу 380 В. Попробуем объяснить, как это может произойти на гипотетическом примере. Представим, что мы имеем небольшую этажную сеть из трёх квартир: на каждую квартиру приходится своя фаза и общий ноль. В штатном режиме, когда все узлы этой электросети исправны, нагрузка будет распределяться по фазам равномерно. Как и принято, между каждой фазой и нулём будет 220 В, а между любыми двумя фазами – 380 В. Для упрощения объяснений предположим, что жильцы одной из квартир уехали в отпуск и полностью обесточили свою внутреннюю сеть. Тогда при обрыве нуля в системе из оставшихся проводников образуется замкнутый контур «вход фазы в кв. 1 – нулевая жила от кв. 1 – нулевая жила от кв. 2 – вход фазы в кв. 2». Не нужно обладать серьёзными знаниями, чтобы понять, что сформировалась замкнутая цепь между двумя фазами: напряжение в ней составит 380 В, а все приборы окажутся включёнными в неё последовательно.

Пускай в кв. 1 живёт одинокая бабушка, у которой в сеть включены только телевизор или радио и небольшой настенный светильник, а в кв. 2 – большая семья с детьми, где жильцы одновременно и стирают вещи в машинке, и работают за компьютером, и готовят еду в мультиварке, и сидят при ярком свете нескольких люстр. Ещё из школьного курса физики мы все знаем, что в случае последовательного подключения потребителей на самые маломощные из них выделяется большее напряжение, и наоборот. Если бы суммарная мощность подключённых в обеих квартирах приборов была равна, то на каждую локальную сеть пришлось бы по 190 В – пониженное и не опасное для техники напряжение. Тем не менее, ни в нашем примере, ни, уж тем более, на практике, ожидать равномерного распределения не стоит: совокупная мощность кв. 2 заметно выше, а это означает, что основной удар от перекоса по напряжению примет на себя кв. 1. За счёт доминирующей нагрузки в кв. 2 настолько упадёт вольтаж, что приборы, скорее всего, просто откажутся работать и почти всё напряжение «перетечёт» в кв. 1, приближаясь к значению в 360-370 В. Разумеется, техника не выдержит этого и её блоки питания начнут быстро гореть. По всё той же логике после выхода из строя каждого последующего потребителя мощность кв. 1 будет становиться всё меньше и меньше, а напряжение продолжит расти, пока не достигнет своего предела в 380 В при полностью выгоревшей технике. Когда последний прибор перегорит, цепь будет автоматически разомкнута. Если после аварии замерить вольтаж в розетках обеих квартир, то окажется, что в кв. 1 останутся всё те же 380 В, в сущности приходящие «с двух сторон», зато в кв. 2 напряжение будет равно нулю.

Причины обрыва нуля

Как и у любой другой аварии электрического характера, обрыв нуля может иметь немало причин и предпосылок. Мы упомянем только самые распространённые из них, с которыми постоянно приходится сталкиваться электрикам в отечественных многоэтажках. Важно отметить, что ранжировать данные причины по важности невозможно, поскольку каждая из них почти с одинаковой вероятностью может привести к обрыву общего подъездного нуля по прошествии некоторого времени после монтажа. Кроме того, не редкостью является и совпадение сразу нескольких предпосылок, что только приближает тот день, когда отводящий ноль будет отсоединён.

1. Некачественный первоначальный монтаж. Вряд ли здесь нужно очень много пояснений: ещё на этапе сборки этажного щита или подъездного шкафа электрики пожалели материалов, обрезали провода настолько коротко, что концы жил едва дотягиваются до прижимных пластин в клеммниках, сделали плохую изоляцию проводов друг от друга, провоцирующую постоянный нагрев и т.д.
2. Отсутствие текущего обслуживания. Данная причина часто является логичным продолжением предыдущей: однажды плохо смонтированные соединения никогда не проверялись, соединения не подтягивались, окислы и ржавчина не очищались с контактных площадок, в результате чего нулевой провод просто отгорел или отсоединился от своей клеммы.
3. Асимметрия нагрузки на площадке. Здесь картина отчасти похожа на рассмотренный нами ранее пример: одна квартира потребляет больше энергии, другая – заметно меньше, третья – ещё меньше. В результате этого нулевой проводник вынужден проводить компенсаторный ток, который термически влияет на свойства металла жилы и однажды может привести к полному отгоранию нуля. Разумеется, наперёд предсказать, сколько энергии жильцы какой квартиры будут потреблять практически нереально, так что выходом из ситуации остаётся именно систематическая ревизия соединений в щитке.
4. Возраст электропроводки. Думаем, данный фактор тоже понятен большинству без лишних объяснений. Если дом строился 35-40, 50, а то и более 60 лет назад, то вся проводка в нём просто не была предназначена для того, чтобы выдержать современный уровень нагрузок. Старый нулевой провод, который и так пострадал от времени, подвергается чрезмерным нагрузкам и неминуемо разрушается, особенно в месте присоединения.

Защититься от нежелательных последствий в наше время вполне реально – и сделать это можно несколькими способами. Для частного дома или многоквартирного здания небольшой этажности отлично подойдёт повторное заземление нуля. В сущности, такой способ дублирует обычное заземление и в случае аварии позволяет отвести ток не в магистральную нулевую линию, а напрямую в грунт. Второй вариант – установить реле напряжения. Оно возьмёт на себя все хлопоты по отключению питания в случае чрезмерного отклонения от номинального значения напряжения. Вместе с тем, в тех домах, где скачки вольтажа – это обыденное явление и наблюдаются постоянно, такая регулярно срабатывающая защитная автоматика станет только источником дополнительного раздражения.