«То, что «потрясло», не убивает». Эта фраза, автором которой является Конфуций, стала сегодня расхожим «статусом» в соцсетях, приписываемая то Ницше, то Канту, трансформировавшись в: «То, что нас не убивает, делает сильнее». Вы спросите, при чём тут древний китайский философ и проблема бытового электричества? Всё просто – если перепутать три провода, ноль, фаза, земля, то Вас или «потрясёт», или убъёт. Может быть, разберёмся, почему мы можем уцелеть?
Немного физики
Электричество — это некая «бочка», залитая «электричеством» (электронами). При открытии «крана» они мчатся по проводам со скоростью света по направлению ноль – фаза, при этом, чем «ниже уровень Земли», «ноль», тем выше «фаза». Вы тоже заметили, что слишком много кавычек? Давайте обдумаем, как несчастный электрон, снабжённый зарядом, мчится по медному проводу со скоростью света, уворачиваясь от атомов меди и преодолевая сопротивление движению. В 5-м классе, это воспринималось как Аксиома. Но мы повзрослели, и чувствуем, что тут какой-то подвох, пишет сайт Об Электричестве. Не пора ли разобраться, о чём наврали в школе учителя физики, заодно поняв, что же такое электричество, и почему его не надо боятся, если уверен, что оно тебя не убьёт?
Электричество — это не беготня электронов по проводам. Электроны вообще редко отлучаются от своих орбит, поскольку ленивы, но очень общительны. Поэтому электрон очень любит выйти на край орбиты, и сообщить соседу «новость – сплетню». Соседний электрон так возбуждается от этой новости, что спешит передать сплетню своему соседу по даче. А тот другому соседу. Вы не поверите, но электроны научились распространять сплетни и слухи со скоростью света. Причем в буквальном смысле слова.
В итоге мы имеем простую модель. «Возбудитель Спокойствия» шепнул одному электрону, что на краю света (в 20 000 км) распродажа, сто пар носков продают за 1 рубль. Ровно через 0,6 секунды про это узнает электрон, который ближе всего к распродаже, и будьте уверены! Через ещё секунду, в точке распродажи столпится огромное количество возбуждённых электронов, желающих приобрести носки задаром. Это модель фазы под напряжением. Все слухи электронов соберутся в одном месте. При этом количество электронов не имеет значения.
Допустим, автор статьи играет в бильярд. Он страстно желает попасть шаром в лузу. Условие простое – ударил один шар, второй шар должен упасть в лузу. Я поступлю просто – выставлю шары в линию так, чтобы последний точно был нацелен на лузу, после чего кием нанесу удар в шар с другой стороны цепочки. Импульс движения (вспомните физику) мгновенно пройдёт по цепочке шаров, и последний шар, не имея сопротивления, покатится и упадёт в лузу. Количество шаров не имеет значения, если мы не учитываем «трение». Более того, если мы ударим в первый шар цепочки под углом, то и последний шар откатится под таким же углом. Не верите? Возьмите в руки кий. Этот пример – лучшая аналогия прямой передачи тока фаза ноль для понимания природы электричества.
Что такое «земля», в данном примере? Это луза, куда упал шар, принявший на себя всё количество движения (импульс) всей цепочки. Обдумайте. Последний шар откатился, и упал, при этом вся цепочка шаров осталась неподвижной. То есть движение «заземлилось». Обратите внимание, что двигался только последний шар (электрон), все остальные как стояли в ряд, так и стоят. Кто ответит на вопрос в рамках примера фаза ноль, что это? Может быть, поймем, что тут три параметра — ноль, фаза, земля?
Движения материи нет
Движение электронов привело бы к перераспределению массы, чего не происходит. Строго говоря, по проводам движется «возбуждение», заряд, который передаётся по цепочке. Процесс практически мгновенный (скорость света) с бытовой точки зрения, и приводит к тому, что поданный на один конец проводника 1 вольт, мгновенно возникает на другом конце проводника. Этот проводник будет находиться под напряжением, всё время, пока на один конец подается 1 вольт.
В первых опытах по получению электричества, действительно «направление движения» тока было постоянным – односторонним. Это тот самый постоянный ток, разница между плюсом и минусом. Пример – обычная батарейка, в которой ток возникает только после «замыкания» плюса с минусом. При размыкании вырабатывание тока прекращается. Сюда же можно отнести пъезоэлементы, с одним отличием – сроком их службы. Химические ингредиенты батарейки со временем (даже без использования) «перегорят», и ток вырабатываться не будет. Пъезоэлемент будет работать, пока не выработает ресурс разности потенциалов, а это – огромное количество времени.
Постоянный ток во много раз опаснее переменного, поскольку человек, попавший под напряжение, становится элементом сопротивления. Будьте особо осторожны с напряжениями постоянного тока свыше 12 вольт?
Что же такое переменный ток?
Для промышленных энергосистем (а бытовые сети – это всего лишь сектор энергосистемы) использование «плюса» и «минуса» невыгодно. Если мы возьмём батарейку, и попробуем соединить плюс с минусом проводом длиной в 100 метров, то ничего не произойдёт. Нить в лампочке даже «не покраснеет», не говоря о свечении. Вся энергия батарейки уйдёт на преодоление сопротивления провода. Провод немного нагреется, но лампочка не будет светиться.
Начнём с генерации электроэнергии. Она вырабатывается промышленными генераторами, которые представляют собой три катушки, каждая из которых создаёт напряжение по отношению к нулевому потенциалу (центральной точке системы, надёжно заземлённой). В итоге мы имеем три провода, на каждом из которых напряжение (фазы), провод с нулевым потенциалом и пятый провод – заземление. Вращение стержней внутри катушек создаёт напряжение на внешних обмотках, с которых и снимается напряжение. Нулевой потенциал балансирует систему и создаёт безопасность в контуре снятия напряжения. Заземление страхует систему передачи энергии от коротких замыканий и создания напряжения на конструкциях, участвующих в распределении энергии.
Измерение разницы трёх проводников даёт те самые 380 Вольт, «трёхфазную сеть», используемую в промышленных целях. Преимущество этой сети – минимизация потерь, снижение пусковых токов, значительная экономия на материале проводников, возможность отключения одной фазы без остановки подачи энергии. Проблема в том, что именно это напряжение, минимизируя потери, наиболее опасно для человека в случае поражения током. Строго говоря, напряжение можно и повысить, но при этом резко вырастут затраты на изоляцию линий, и меры по защите населения от тока. Хорошо известно, что в зоне ЛЭП высокого напряжения, во время дождя, или повышенной влажности, даже при надёжной изоляции проводов наблюдаются «Огни Святого Эльфа», микроразряды, шумы и значительные помехи для работы электроприборов. Чем выше напряжение, тем больше «электрический мусорный фон» вокруг. В целях безопасности и было принято решение, на оконечных участках распределения энергии трансформаторами снижать напряжение до 380 Вольт.
380 Вольт в 220
Итак, мы имеем в трансформаторе пять кабелей. Три фазы, ноль и землю. Измерение между двумя фазами даст нам напряжение 380 вольт. Откуда берутся 220?
Вспомним, что исходных катушек, создающих напряжение, три. 380 Вольт – это круговая делимая диаграмма напряжения, при которой одна фаза по отношению к нулевому проводу даёт именно 220 Вольт. Проще говоря, к нам в квартиру приходит один провод с фазой и один нулевой провод. Они и дают нам 220 Вольт. Можно (по согласованию с энергетиками) завести в квартиру и честные 380 Вольт, но это потребует мер безопасности. Тогда у Вас в квартире будет три фазы и ноль с землёй. В частных домах это не редкость, а вот в квартире, вряд ли Вы получите на это разрешение. Проблема в заземлении. Однофазную сеть 220 В можно обезопасить нулевым проводом, а вот для 380 В потребуется профессиональное заземление, и батареей на кухне тут не обойтись. Для того, чтобы обезопасить свою электросеть, самое правильное, организовать щиток именно так:
Надеемся, что мы Вас окончательно не запутали, поэтому давайте теперь распутаем этот клубок проводов, найдя, где фаза, где ноль и что всё же будет, если перепутать фазу и ноль с заземлением.
При вращении сердечника катушки, во внешней обмотке возникает возбуждение контура, снимаемого как электрический разряд и отправляемого в энергосистему как ток. Импульсные (вращение сердечника это подача импульсов) токи выравниваются трансформаторами, и полученный ток передаётся по проводам в точку потребления. На месте приёма трансформатор распределяет полученный трёхфазный ток потребителям, выделив каждому по одной фазе и одному нулевому проводу. В нашу квартиру входят два провода – фаза и ноль. Третий провод, который мы считаем «заземлением» чаще всего фикция, хотя в современных домах он честно заземлён в ноль.
Некоторые приборы крайне не любят изменения фазировки сети. А электрики не любят обращать на это внимание, и при ремонте меняют ноль и фазу. Если точный прибор не работает, не спешите в ремонт! Для начала отключите свой щиток на 15 минут, после чего выньте вилку прибора из розетки, переверните её и попробуйте включить этот прибор. Особенно это касается умных приборов вроде цифровых тюнеров ТВ сигналов.
В заключение
Физика электричества пока ещё темный лес даже для физиков, поэтому мы не стали вдаваться в детали, не рассчитывая на Нобелевскую премию. Нам просто хотелось помочь Вам оценить простой факт. Наши «знания» об электричестве, это помесь дремучих предрассудков, заблуждений, неверных выводов из верных предпосылок и почти всегда – трагедия, если мы решили, что фаза ноль, по отдельности безопасны.
Посмотрите на это фото. Именно так выглядит «честная розетка на 380 Вольт». Посмотрите, сравните с обычной розеткой, это поможет понять, что опасность напряжения тем больше, чем оно выше. Неправильное обращение с такой розеткой не потрясёт, а именно убъёт. Помните, «То, что потрясло – не убивает». Но электричество это то самое, что может сначала потрясти, а потом и убить. Убить, а не сделать Вас сильнее. Поэтому будьте осторожны! Три фазы, почти гарантировано, не просто потрясёт, и даже одна фаза может доставить неприятности.
Приступая к работам по электрике, купите прорезиненные перчатки, индикаторную отвёртку, найдите кусок фанеры толщиной 15 мм, на котором можно стоять в резиновых галошах, если решили полезть в розетку или выключатель. Но перед тем как приступите, осмотрите свой щиток, если не понятно, где фаза, ноль – это что, то не поленитесь – позвоните местным энергетикам.
Имейте в виду, в любой сети, пусть даже в квартире, безопасных проводов нет! Любой из них может оказаться под напряжением!
