Что такое земля в электричестве советы электрика

Земля в электротехнике

Землей называют точку цепи, электрический потенциал которой считается равным нулю. Такую точку можно выбирать условно. Землей ее называют традиционно, поскольку один из проводников электрических генераторов соединяли с землей при помощи зарытого в землю проводника. Электрикам-профессионалам и тем, кто имеет дело с электричеством необходимо знать, что такое фаза и что такое ноль.

Ток в цепи

Электрический ток может протекать только в замкнутом контуре. Электрическая цепь состоит из источника Э. Д. С. – электродвижущей силы и замыкающего этот источник сопротивления нагрузки, которое может быть очень разветвленным. Если говорить о бытовой электросети, то здесь источником ЭДС является вторичная обмотка трансформатора ближайшей подстанции, или еще проще, таким источником является ввод в здание.

Один из проводов источника заземлен, этот провод (или шина) называется нейтралью, N, в современной электротехнике. Потенциал этой шины относительно земли равняется нулю, поэтому этот провод называют землей.

Другие три провода называют фазами. Эти провода находится под переменным потенциалом, который меняется от 311 до -311 Вольт относительно земли в сети 220 В 50 Гц (50 раз в секунду). 220 Вольт – это, так называемое, действующее напряжение. Для тока и напряжения синусоидальной формы это среднеквадратичное значение. Это напряжение называют фазным.

Напряжение между двумя фазами называют линейным и оно выше: 380-400 В. Таким образом, размах напряжения в трехфазной сети может достигать величины 760-800 В. Поэтому электроинструмент должен уверенно выдерживать испытательное напряжение не менее 1 кВ = 1000 Вольт.

При замыкании фазы на ноль через какое-либо сопротивление в цепи течет ток. Еще больший ток через то же сопротивление потечет, если оно будет подключено между двумя фазами. В трехфазной цепи у конечных потребителей обычно действующее напряжение между фазами 380 В, а фаза и ноль образуют пару, напряжение на которой всегда равно напряжению между фазами, деленному на квадратный корень из числа 3. Это один из результатов теоретической электротехники. Отсюда и получается известная всем величина 220.

История заземления

В самых старых системах бытового электроснабжения переменного тока, которых теперь уже не найдешь, у конечного потребителя заземления не было (система TT, заземлялась только нейтраль на подстанции, если вторичная обмотка трансформатора соединялось звездой).

Это была однофазная сеть, распределяющаяся ток от понижающей обмотки трансформатора подстанции. Здесь вопрос о том, что такое фаза или нулевой провод даже не возникал – оба провода по отношению к земле были равноправными. Человек мог стоять на земле и держаться за любой из проводов по отдельности. При этом он ничего не чувствовал.

Наиболее старые трансформаторы, питающие однофазную сеть, имели схему, показанную на следующем рисунке. Первичные обмотки соединялись треугольником, нейтрали не было, и заземлялся только корпус трансформатора на месте установки. Теперь таких уже давно нет или они применяются где-то для полевых условий в сельском хозяйстве.

Поражение током происходило, если человек дотрагивался до двух проводов одновременно или, если один из проводов был кем-либо заземлен, а человек дотрагивался до другого. Старые электроплитки делались с открытой спиралью, люди готовили в металлической посуде и касались токоведущих частей. Старые телевизоры, например, изготавливались с автотрансформатором ради простоты конструкции и человек, дотрагиваясь до металлического шасси такого аппарата, фактически находился под напряжением сети.

Проблема возникла, когда жилой сектор стал снабжаться промышленным способом подключения (как на первом рисунке). Это произошло потому, что мощность, потребляемая частным сектором, значительно выросла, а в городах он фактически был перемешан с промышленностью (дома-хрущевки).

Тогда человек, стоящий на влажном полу, или держащийся за батарею, получал сильное поражение током с вероятностью 50%, в зависимости от того, как он включил вилку электроприбора в розетку. Если фаза тока попадала на шасси такого старого телевизора или радиоприемника, то прикосновение к нему было опасно для жизни.

Промышленность в области ширпотреба быстро перешла на производство нагревательных приборов с закрытым и изолированным нагревательным элементом (ТЭНы), а бытовые радио и телевизионные приборы стали производить исключительно с трансформаторами, где первичная обмотка была полностью изолирована от остальной части прибора, что сделало их безопасными для людей.

Но почему появилось заземление в промышленности? Нам надо рассмотреть и этот вопрос. В принципе, ни для работы потребителей, ни для транспортировки электроэнергии ничего заземлять не требуется.

Трехфазная система переменного тока была принята только потому, что это упрощало конструкцию электродвигателей, так необходимых станкам и машинам в промышленности. По трехфазной схеме в треугольник можно соединять и нагревательные приборы, пример тому – тэны, рассчитанные на 380 В.

Трехфазные системы могут соединяться звездой (первый рисунок). Такое соединение стало очень распространенным, так как оно позволяет без больших проблем питать трехфазные потребители напряжением 380 В, и в то же время, без лишних расходов устроить однофазные сети 220 В. Это хороший способ сэкономить на трансформаторах.

Так появился проводник, который назвали нейтралью (N). Его также называют – нулевой провод. При равном токе по всем фазам ток в нулевом проводе равен нулю. Энергетики стараются распределить нагрузку равномерно. Но это не всегда получается. Вот простой пример. Пусть на заводе был запитан офисный корпус. Для этого была выделена одна фаза.

Затем к этой же фазе подключили жилой дом недалеко. Остальные две фазы оказываются неуравновешены и в нейтрали появляется значительный ток. Это приводит ко всякого рода неопределенностям при измерениях. К тому же, как бы ровно не распределили нагрузку, на корпусах электрооборудования появляются опасные напряжения, если нейтраль оборвана.

Начало TN

В 1913 году немецкий концерн AEG предложил систему с заземленной нейтралью, позже названную TN-C. Здесь электрики стали использовать понятия фаза и ноль. Позже, в 1930-х годах появилась система TN-S, в которой заземление и нейтраль были разделены. Это дополнительно увеличивало безопасность, так как теперь, если нулевой провод оборван с очень высокой вероятностью оставался целым другой проводник. Но такая система оказывалась неоправданно дорогой.

Поэтому, со временем было предложено еще одно решение: нулевой провод от подстанции (PEN – защитная земля и нейтраль) расщеплялся на две части перед вводом в здание. Одна часть шла как нейтраль N, а другая получила название защитной земли PE. Если происходил обрыв нейтрали то фаза переменного тока, в случае попадания на корпус электрооборудования, пропускала свой ток в землю. Такая система получила название TN-C-S (заземленная нейтраль комбинированная, с разделением на месте).

Система TN-C-S имеет всего один недостаток – местное заземление должно быть повышенной надежности так как при обрыве нейтрали фазное напряжение, попавшее на корпус, будет заземлено только по цепи PE. Поэтому, при сооружении этой цепи принимают все меры по ее механической прочности и снижению электрического сопротивления.

Для этого используют металлические части зданий, трубопроводы и т.д. Однако все эти части соединяются всего в одной точке при помощи шин. Существует точка (шина) где ноль и земля соединяются, она называется шина уравнивания потенциалов. С ней соединяется и шина контура заземления.

В настоящее время TN-C-S является основной в городах и на предприятиях. В сельской местности еще много систем TT. Это связано с тем, что в сельской местности еще много деревянных домов и TT, при всех прочих недостатках имеет положительную сторону: она безопаснее в отношении грозы.

Что такое фаза и ноль в электричестве – просто о сложном

Передача электрического тока осуществляется по трехфазным сетям, при этом большинство домов имеет однофазные сети. Расщепление трехфазной цепи осуществляется с помощью вводно-распределительных устройств (ВРУ). Простым языком этот процесс можно описать следующим образом. К электрощитку дома подводится трехфазная цепь, состоящая из трех фазных, одного нулевого и одного заземляющего проводов. Посредством ВРУ цепь расщепляется – к каждому фазному проводу добавляется один нулевой и один заземляющий, получается однофазная сеть, к которой и подключаются отдельные потребители.

Что такое фаза и ноль

Попробуем разобраться, что такое ноль в электричестве и чем он отличается от фазы и земли. Фазные проводники используются для подачи электроэнергии. В трехфазной сети три токоподающих провода и один нулевой (нейтральный). Передаваемый ток сдвигается по фазе на 120 градусов, поэтому в цепи достаточно одного нуля. Фазовый проводник имеет напряжение 220 В, пара «фаза-фаза» – 380 В. Ноль не имеет напряжения.

Зачем нужно зануление

Человечество активно использует электричество, фаза и ноль – важнейшие понятия, которые нужно знать и различать. Как мы уже выяснили, по фазе электричество подается к потребителю, ноль отводит ток в обратном направлении. Следует различать нулевой рабочий (N) и нулевой защитный (PE) проводники. Первый необходим для выравнивания фазового напряжения, второй используется для защитного зануления.

В зависимости от типа линии электропередач может использоваться изолированный, глухозаземленный и эффективно-заземленный ноль. Большинство ЛЭП, питающих жилой сектор, имеет глухозаземленную нейтраль. При симметричной нагрузке на фазных проводниках рабочий ноль не имеет напряжения. Если нагрузка неравномерна, ток небаланса протекает по нулю, и схема электропитания получает возможность саморегулирования фаз.

Электросети с изолированной нейтралью не имеют нулевого рабочего проводника. В них используется нулевой заземляющий провод. В электросистемах TN рабочий и защитный нулевой проводники объединены на всем протяжении цепи и имеют маркировку PEN. Объединение рабочего и защитного нуля возможны только до распределительного устройства. От него к конечному потребителю пускается уже два нуля – PE и N. Объединение нулевых проводников запрещается по технике безопасности, так как в случае короткого замыкания фаза замкнется на нейтраль, и все электроприборы окажутся под фазным напряжением.

Как различить фазу, ноль, землю

Проще всего определить назначение проводников по цветовой маркировке. В соответствие с нормами, фазный проводник может иметь любой цвет, нейтраль – голубую маркировку, земля – желто-зеленого цвета. К сожалению, при монтаже электрики цветовая маркировка соблюдается далеко не всегда. Нельзя забывать и вероятности того, что недобросовестный или неопытный электрик легко может перепутать фазу и ноль или подключить две фазы. По этим причинам всегда лучше воспользоваться более точными способами, чем цветовая маркировка.

Определить фазный и нулевой проводники можно с помощью индикаторной отвертки. При соприкосновении отвертки с фазой загорится индикатор, так как по проводнику проходит электроток. Ноль не имеет напряжения, поэтому индикатор загореться не может.

Отличить ноль от земли можно с помощью прозвонки. Сначала определяется и маркируется фаза, затем щупом прозвонки нужно прикоснуться к одному и проводников и клемме заземления в электрощитке. Ноль звониться не будет. При прикосновении к земле раздастся характерный звуковой сигнал.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Для чего нужны фаза, ноль и заземление?

Простое объяснение

Итак, для начала простыми словами расскажем, что собой представляют фазный и нулевой провод, а также заземление. Фаза — это проводник, по которому ток приходит к потребителю. Соответственно ноль служит для того, чтобы электрический ток двигался в обратном направлении к нулевому контуру. Помимо этого назначение нуля в электропроводке — выравнивание фазного напряжения. Заземляющий провод, называемый так же землей, не находится под напряжением и предназначен для защиты человека от поражения электрическим током. Подробнее о заземлении вы можете узнать в соответствующем разделе сайта.

Надеемся, наше простое объяснение помогло разобраться в том, что такое ноль, фаза и земля в электрике. Также рекомендуем изучить цветовую маркировку проводов, чтобы понимать, какого цвета фазный, нулевой и заземляющий проводник!

Углубляемся в тему

Питание потребителей осуществляется от обмоток низкого напряжения понижающего трансформатора, являющегося важнейшей составляющей работы трансформаторной подстанции. Соединение подстанции и абонентов выглядит следующим образом: к потребителям подводится общий проводник, отходящий от точки соединения трансформаторных обмоток, называемый нейтралью, наряду с тремя проводниками, представляющими собой выводы остальных концов обмоток. Выражаясь простыми словами, каждый из этих трех проводников является фазой, а общий – это ноль.

Между фазами в трехфазной энергетической системе возникает напряжение, называемое линейным. Его номинальное значение составляет 380 В. Дадим определение фазному напряжению — это напряжение между нулем и одной из фаз. Номинальное значение фазного напряжения составляет 220 В.

Электроэнергетическая система, в которой ноль соединен с землей, называется «система с глухозаземленной нейтралью». Чтобы было предельно понятно даже для новичка в электротехнике: под «землей» в электроэнергетике понимается заземление.

Физический смысл глухозаземленной нейтрали следующий: обмотки в трансформаторе соединены в «звезду», при этом, нейтраль заземляют. Ноль выступает в качестве совмещенного нейтрального проводника (PEN). Такой тип соединения с землей характерен для жилых домов, относящихся к советской постройке. Здесь, в подъездах, электрический щиток на каждом этаже просто зануляют, а отдельное соединение с землей не предусмотрено. Важно знать, что подключать одновременно защитный и нулевой проводник к корпусу щитка весьма опасно, потому как существует вероятность прохождения рабочего тока через ноль и отклонения его потенциала от нулевого значения, что означает возможность удара током.

К домам, относящимся к более поздней постройке, от трансформаторной подстанции предусмотрено подведение тех же трех фаз, а также разделенных нулевого и защитного проводника. Электрический ток проходит по рабочему проводнику, а назначение защитного провода заключается в соединении токопроводящих частей с имеющимся на подстанции заземляющим контуром. В этом случае в электрических щитках на каждом этаже располагается отдельная шина для раздельного подключения фазы, нуля и заземления. Заземляющая шина имеет металлическую связь с корпусом щитка.

Известно, что нагрузка по абонентам должна быть распределена по всем фазам равномерно. Однако, предсказать заранее, какие мощности будут потребляться тем или иным абонентом, не представляется возможным. В связи с тем, что ток нагрузки разный в каждой отдельно взятой фазе, появляется смещение нейтрали. Вследствие чего и возникает разность потенциалов между нулем и землей. В случае, когда сечение нулевого проводника является недостаточным, разность потенциалов становится еще значительнее. Если же связь с нейтральным проводником полностью теряется, то велика вероятность возникновения аварийных ситуаций, при которых в фазах, нагруженных до предела, напряжение приближается к нулевому значению, а в ненагруженных, наоборот, стремится к значению 380 В. Это обстоятельство приводит к полной поломке электрооборудования. В то же время, корпус электрического оборудования оказывается под напряжением, опасным для здоровья и жизни людей. Применение разделенных нулевого и защитного провода в данном случае поможет избежать возникновения таких аварий и обеспечить требуемый уровень безопасности и надежности.

Напоследок рекомендуем просмотреть полезные видео по теме, в которых даются определения понятиям фазы, нуля и заземления:

Надеемся, теперь вы знаете, что такое фаза, ноль, земля в электрике и зачем они нужны. Если возникнут вопросы, задайте их нашим специалистам в разделе «Задать вопрос электрику«!

Рекомендуем также прочитать:

Как получить электричество из земли – пробуем достать руками до Николы Тесла

Имя мое Саша, и меня мучает вот такой вопрос. Сегодня в сети можно накопать кучу материала на тему, как «матушка Земля» способна обеспечить нас дармовым электричеством, а негодяи нефтяники и атомщики (монополисты) не дают развития технологиям, так как это может перевернуть весь мир.

В общем, слышали вы что-нибудь о том, может ли электрическое и магнитное поле Земли стать источником дешевой электроэнергии? Спасибо за внимание!

Ответ читателю

Спасибо Вам, Александр, за очень интересный вопрос. Данная тема, поверьте, волнует не только Вас, но и большое количество жителей наше планеты, в том числе и автора данного материала и причин тому несколько.

  • Во-первых, это постоянный рост цен на энергоносители, что очень сильно толкает вверх инфляцию на прочие товары, из-за чего мы вынуждены вращаться как белки в колесе, постоянно наращивая производства, плюс современные банковские системы, но не будем об этом.
  • Во-вторых, многим не дает покоя окутанная тайной биография знаменитого сербского изобретателя Никола Тесла, который, по слухам, смог построить полноценную электростанцию, которая смогла обеспечить электрической энергией, взятой из эфира, целы город, но технологию заблокировали царившие в то время в Америке промышленники.
  • В-третьих, существуют рабочие схемы, которые мы и обсудим сегодня, а, как известно, все, что работает, можно усовершенствовать.

В интернете можно найти огромное количество видео, в которых домашние умельцы демонстрируют свои установки, которые в качестве источника энергии используют магнитное и электрическое поле Земли. Кто-то даже умудряется такие агрегаты продавать, но видеть в работе подобные устройства нам не приходилось, что, однако, не отрицает их реального существования.

Ходят слухи, что некая швейцарская компания, чье название автор успешно позабыл, официально продает за баснословные деньги компактные аппараты, с условием обслуживания только ее специалистами, компактные установки, способные обеспечивать электричеством полноценный дом со всеми приборами в нем.

Однако стоит понимать, что большинство таких фото и видео материалов являются подделками, с целью получения выгоды или славы, а отговорки, мол, выложить схемы устройств не можем, так как тут же изобретателей «прессанут» спецслужбы, можно считать лишь отговорками. При желании в интернет можно запустить что угодно, и вычистить это полностью будет нереально, хотя отрицать до конца теорию заговора, мы не хотим. Мало ли…

Но все это лирика, давайте поговорим, что мы можем соорудить своими руками, и может ли такая энергия пригодиться в быту.

Что правда, а что миф

Итак, можно ли получить электричество, использовав электрическое магнитное поле Земли?

Теоретически да! Земля – это, по сути, один огромный конденсатор, имеющий сферическую форму.

  • На внутренней поверхности планеты происходит накопление отрицательного заряда, тогда как на наружной – положительного.
  • Изолятор между ними – это атмосфера, через которую постоянно протекает ток, а разница потенциалов при этом сохраняется;
  • Потерянные заряды восстанавливаются за счет магнитного поля, являющегося, по сути, генератором.

Как же извлечь электричество из этой нехитрой схемы? Устройство должно состоять из следующих элементов:

  • Катушка Тесла (эмиттер) — генератор высоковольтный, который позволяет электронам покидать проводник;
  • Проводник;
  • Контур заземляющий, соединенный с проводником.

Дальнейшая инструкция в теории проста! В идеале, нам осталось подключиться к полюсу генератора и позаботится о качественном заземлении, но…

  • Самая высока точка установки, где располагается эмиттер, должна расположиться на такой высоте, чтобы потенциал электрического поля Земли, а точнее его разница, поднимал электроны вверх по проводнику.
  • Эмиттер, в виде ионов, станет их высвобождать в атмосферу и будет это происходить до тех пор, пока уровень потенциалов не сравняется.
  • К такой цепи могут подключаться потребители тока, причем их количество будет зависеть от мощности катушки Тесла.
  • Да, чуть не забыли! Нужно учесть высоту всех заземленных проводников в округе (деревья, металлические столбы, высотки и прочее) и сделать установку выше их всех, что делает затею практически нереальной к исполнению.

Что можно попробовать сделать

Давайте разберем два простейших способа, как добыть энергию из земли.

Принцип гальванической пары

Наша задача, найти разность потенциала, и в земле это сделать проще всего, так как она состоит из газов, воды и минеральных веществ. Грунт – это множество твердых частиц, между которыми находятся пузырьки воздуха и молекулы воды.

Элементарная единица почвы – мицелла. Это глинисто-гумусовый комплекс, обладающий разностью потенциалов. Эти частицы накапливают заряды по тому же принципу, что и вся планета, поэтому в почве постоянно протекают электрохимические реакции. И наша задача подключится к этой «сети».

Использовать можно два электрода, сделанных из разных металлов (медь и оцинкованное железо), то есть будет использоваться принцип, как в обычной солевой батарейке. Помимо гальванической пары нам потребуется электролит (раствор соли).

  • Погружаем электроды в грунт где-то на полметра, на расстоянии в 25 сантиметров друг от друга.
  • Устанавливаем вокруг кусок трубы нужного диаметра, чтобы оградить остальную почву от электролита, так как уровень соли не позволить расти в месте поливки никаким растениям.
  • Готовим насыщенный водный раствор соли и проливаем им землю между электродами.
  • Подключаем к выводам вольтметр спустя минут 15 и видим, что прибор показывает напряжение в 3В.

Итого, к полученному источнику питания можно подключить маломощную светодиодную лампу. Показания вольтметра будет разниться в зависимости от плотности грунта, его влажности и прочих показателей, так что на разных участках результаты будут отличными.

Способ с заземлением

Если ваш частный дом оборудован нормальным контуром заземления, то знайте, что часть потребляемого вами тока уходит через него в грунт, особенно если включено сразу много электроприборов.

В результате этого процесса, между нулевым проводом вашей сети и заземляющим возникает разница потенциалов, составляя от 15 до 20 Вольт. Подключив к ним низковольтную лампочку, вы заставите ее светиться

Интересно знать! Данный ток не будет регистрироваться электрическим счетчиком, так как фактически он через него уже прошел.

Схему можно усовершенствовать, установив трансформатор и выровняв тем напряжение. А включив в схему аккумулятор, можно запасать энергию, что позволит использовать схему, когда остальные приборы в доме «молчат».

Вариант рабочий, но подходит он только для частных домовладений, так как в квартирах нет нормального заземления, а использование водопроводных труб для этого законодательно запрещено. Тем более нельзя использовать для подключения землю и фазу, так как заземление окажется под напряжением в 220В – цена такого опыта, возможно, чья-то жизнь.

Вывод

Итак, поле электрическое нашей планеты, безусловно, может послужить практически неисчерпаемым источником энергии, но официально извлекать ее пока не научились и в этом направлении ведутся многие разработки. Не стоит забывать, что многие законы физики человек так и не объяснил, и ориентируется по теориям, которые периодически нарушаются. А что озвученные нами схемы, то они малоэффективны, но при желании вы можете поэкспериментировать. На этом все! Надеемся, материал был Вам полезен!

Источники:

http://madenergy.ru/stati/chto-takoe-faza-i-nol-v-elektrichestve.html

http://samelectrik.ru/dlya-chego-nuzhny-faza-nol-i-zazemlenie.html

http://elektrik-a.su/vopros-otvet/kak-poluchit-elektrichestvo-iz-zemli-550

http://www.asutpp.ru/kontur-zazemleniya.html

Ссылка на основную публикацию