Nulový vodič v třífázových systémech: účel, připojení a ochrana

Nulový vodič je vodič, který se připojuje ke společnému bodu třífázových zátěží a slouží k udržení symetrie a rovnováhy napětí v systému. Nulový vodič také plní následující funkce:

• Chrání před přepětím a zkraty, protože poskytuje cestu pro únik proudu.
• Uzemnění a zabránění úrazu elektrickým proudem při připojování krytů elektrických zařízení k zemi.
• Dopad na provoz elektrického zařízení, protože umožňuje připojit jednofázové spotřebiče k třífázové síti.

Nulový vodič má řadu vlastností, jako je průřez, barva, označení a způsob připojení, které jsou upraveny pravidly a předpisy pro použití elektrické energie.

Jedním z nejdůležitějších ekonomických problémů napájení je snížení hmotnosti vodičů elektrické sítě pro daný přenášený výkon a určité procento ztrát v síti. Lze toho dosáhnout nejen zvýšením napětí v síti, ale i kombinací více nezávislých sítí a v některých vodičích lze vytvořit proudy, které se vzájemně kompenzují. To umožňuje snížit buď počet vodičů, nebo jejich průřez.

Již v prvních letech rozvoje elektrotechniky, kdy se přenos výkonu prováděl při konstantním napětí, byla tato myšlenka využita v tzv. třívodičovém systému navrženém Dolivo-Dobrovolským.

Nechť existují dva stejné (napětí a výkon) zdroje konstantního napětí U, z nichž každý slouží svým vlastním spotřebitelům.

Síť se skládá ze čtyř vodičů. Pokud spojíte dva vodiče do tzv. vyrovnávacího (nulového) vodiče, pak se v něm sečtou opačně směrované proudy, takže se může výrazně zmenšit průřez vodiče.

Při symetrické zátěži (I1=I2) se vyrovnávací vodič ukazuje jako nadbytečný a úspora vodičů dosahuje 50°. Při změně zátěže (bez vyrovnávacího vodiče) dojde k přerozdělení napětí mezi nimi, což je nežádoucí.

Vyrovnávací vodič výrazně snižuje nesymetrické rozložení napětí. Pokud lze zanedbat vnitřní odpor zdrojů a odpor vedení, pak je asymetrie téměř zcela eliminována. Podobná myšlenka je základem konstrukce vícefázových systémů střídavého proudu.

Vícefázový symetrický systém je soubor několika střídavých napětí stejné amplitudy a frekvence, symetricky posunutých ve fázi s časem. Třífázový systém získal praktické rozdělení (viz – Třífázový EMF systém).

Třífázový (a jakýkoli vícefázový) systém má řadu výhod ve srovnání s jednofázovým systémem: umožňuje ušetřit na hmotnosti vodičů elektrické sítě, poskytuje rovnoměrnější zatížení motoru otáčejícího se třífázové napětí elektrický generátor, a konečně umožňuje vytvořit rotující magnetické pole, které je široce používáno v elektromotorech .

Pokud by se místo třífázové soustavy použila soustava jednofázová (stejného výkonu a stejného napětí), pak by byly potřeba pouze dva vodiče, ale jejich průřez by se musel počítat na trojnásobek proudu. V porovnání s jednofázovým systémem ušetří třífázový systém 30 – 40 % hmotnosti vodičů.

Bez ohledu na spínací obvod generátoru (spotřebitel obvykle neznámý) lze zátěž třífázového systému zapnout také dvěma způsoby – trojúhelníkem nebo hvězdou.

V prvním případě je napětí na každém ze spotřebitelů rovno lineární a nemění se, když je narušena symetrie zátěží. Proud ve spotřebiči (fázi) se liší od proudu ve vedení.

Když jsou spotřebiče zapnuty jako hvězda, proud v každé zátěži se rovná odpovídajícímu lineárnímu proudu, ale napětí na každé zátěži (fázi) se liší od lineárního.

Při změně zátěže se proudy automaticky přerozdělí a jejich součet (výsledný ve společném bodě zátěže) se vždy změní na nulu. Současně dochází k odpovídajícímu přerozdělení napětí mezi nestejným zatížením.

Tato nevýhoda je odstraněna, pokud je k dispozici nulový vodič (připojený ke společnému bodu zátěží), protože umožňuje, aby součet tří fázových proudů zůstal odlišný od nuly, tj. při asymetrické zátěži je nulový vodič 3. -fázový systém pomáhá udržovat konstantní napětí napříč zátěží.

Nulový vodič v třífázových systémech je tedy důležitý pro zajištění spolehlivého a bezpečného provozu elektrického zařízení, ale také vyžaduje použití dalších opatření k jeho ochraně.

Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře

Pro vyrovnání napětí mezi fázemi elektrických instalací se používá neutrální vodič. Je nutné zabránit vznícení zařízení a požáru. Kabel je součástí neutrálu – společného bodu vinutí generátoru nebo transformátoru, zapojeného jako hvězda. Existují dva typy vodičů – pracovní N a ochranný PE.

Co je neutrální vodič

Při práci s elektřinou je důležité pochopit, co je pracovní a ochranný nulový vodič. V prvním případě vyrovnává napětí ve fázi, ve druhém chrání uzemnění. Uživatelé se mylně domnívají, že nulový vodič je výhradně uzemněn. Jeho hlavní funkcí je připojení nulových vodičů instalací v třífázovém obvodu.

Když je na každou fázi aplikováno jiné zatížení, neutrál se posune – symetrie napětí je narušena. Někteří spotřebitelé jsou napájeni zvýšeným napětím, jiní dostávají snížené napětí. Při nízkém napětí dochází k poruše elektrických spotřebičů při vysokém napětí, dochází k jejich přetížení a vznícení. Úkolem nuly je vyrovnat zvýšené a snížené ukazatele a zajistit rovnováhu elektrické sítě.

PUE nastavuje barvu nulového vodiče – modrou, která splňuje evropské normy.

Princip činnosti

V nových budovách a starých budovách je schéma přenosu energie zásadně odlišné. Elektrická síť novostaveb je navržena podle principu TN-S:

• elektřina pochází z transformátorů se sekundárním vinutím zapojeným do hvězdy (vodiče se sbíhají v nulovém bodě);
• druhá část konců kabelů je vyvedena na svorky A, B, C, rovněž propojené v nulovém bodě, a je připojena přes zemní smyčku k rozvodně;
• drát vysokého napětí s nulovým odporem se dělí na ochranný PE (žlutozelený) a pracovní N (modrý).

V obecném rozvaděči nové budovy jsou dodávány 3 fáze, ochranný vodič a nulový vodič.

Staré budovy nemají ochranné rozvody. Je tam implementován zastaralý čtyřvodičový systém TN-C:

• nulový uzemněný vodič je umístěn v rozvodné skříni;
• fáze a neutrál z transformátoru jsou připojeny k budově prostřednictvím podzemních nebo nadzemních vysokonapěťových kabelů;
• vodiče jsou zapojeny ve vstupním panelu a tvoří třífázový systém s provozním napětím 220 nebo 380 V;
• Z panelu jsou vedeny rozvody do bytů a vchodů;
• spotřebitelé dostávají elektřinu z drátů jedné z fází prostřednictvím sítě s napětím 220 V;
• rozdíl v zátěži se eliminuje připojením nulového N-vodiče.

Schémata elektrického zapojení starších domů jsou zastaralá a nebezpečná.

Provozní režimy

Existují následující neutrální režimy elektrických sítí:

• pevně uzemněné (sítě na 380 voltů – 110 kilovoltů) – neutrální a zemní potenciál jsou stejné;
• izolované (sítě na 6, 10 a 35 kilovoltů) – mezi nulou a zemí jsou pozorovány drobné úniky proudu;
• součást elektrické sítě s nízkou odporovou impedancí a zemním odporem.

Nulový vodič se používá k zabránění přepětí nouzového napětí ve fázi, za účelem ochrany relé proti poruchám fáze-zem a také k zajištění spolehlivého provozu elektrických spotřebičů.

Jaké je nebezpečí poškození nulového vodiče?

Nula je poškozena v důsledku mechanického namáhání, zkratů, nekvalitních spojů nebo v důsledku staré elektroinstalace. Neutrální přestávka:

• PEN vodič v napájecím kabelu – zbývá pouze jedna zemnící smyčka, která není vizuálně patrná;
• hoření vodiče v rozvaděči – fázové vodiče se deformují, napětí se zvýší na 380 V;
• v bytovém panelu je přestávka – druhá fáze zůstává v zásuvkách, domácí spotřebiče z nich nejsou napájeny.

Poškození neutrálu zabraňuje potenciální rovnosti sítí s různým zatížením, v důsledku čehož mohou domácí spotřebiče vyhořet. V takových případech dochází k prolomení izolace. Ve starém bytovém fondu se schématem zapojení TN-C (nula – ochranný vodič) hrozí při poruše nebezpečí úrazu elektrickým proudem. V nových budovách poškození nuly vede k tomu, že při dotyku zařízení jsou cítit lehké výboje proudu.

Proudové výboje z dotyku těla zařízení také indikují jeho poruchu.

Reakce elektrických spotřebičů na nulovou ztrátu

Při porušení nuly se zatížení zvýší na fázi s velkým počtem spotřebitelů. Tím se sníží napětí. Ve fázi s menším počtem spotřebitelů je pozorován prudký nárůst napětí. Elektrické spotřebiče mohou:

• porucha;
• zlomit nebo spálit při připojení k síti;
• úraz elektrickým proudem, pokud není provedeno uzemnění.

Důsledkem poškození neutrálu je selhání drahého zařízení, které je citlivé na výkyvy sítě. Pro eliminaci elektrického nebezpečí je nutné instalovat samostatný panel s omezovačem napětí. Pokud dojde ke změně, rychle vypne napájení.

Úkoly a účel nulového vodiče

Instalační role nulového vodiče jádra je spojení uzemněných prvků elektrických instalací s pevným zemnicím neutrálem. Ve skutečnosti vyrovnává rozdíl fázových potenciálů, odstraňuje proudy z oblastí se zkratovanými vodiči, zabraňuje zraněním a rovnoměrně rozděluje zátěž do všech bytů.

Hvězdicový napájecí systém má vektorové indikátory shodné s trafostanicí. Připojení je spolehlivé, ale pouze za předpokladu kvality vodičů a dodržování pravidel pro jejich připojení.

Opětovné uzemnění

Opětovné uzemnění nulového vodiče je ochrana instalovaná v intervalech specifikovaných pravidly předpisu o elektrické instalaci po celé délce nuly. Úkol opětovného uzemnění zahrnuje snížení napětí v nulovém vodiči a elektrických spotřebičích, které byly uzemněny vůči zemi. Tato vlastnost je užitečná jako ochrana proti přerušení nulového vodiče a v případě výpadku elektrického napětí na krytu elektrických zařízení.

Pro opětovné připojení je nutné vést souvislý neutrál od stínění k nulovým vodičům. Ve výškových budovách se pro opětovné uzemnění používají různé systémy.

TN

Neutrál transformátoru v elektrice je uzemněn a přístupná část je k němu připojena přes neutrální ochranné vodiče. V normálním režimu není elektrický přijímač pod napětím. Systém TN je:

• TN-S – ochranný a nulový vodič jsou odděleny po délce celého vedení;
• TN-CS – funkce vodičů PE a N jsou spojeny v jedné části vodiče vyvedeného z transformátoru.

Pokud jsou komunikace připojeny v soukromém domě, používají se přirozené uzemňovací vodiče – kovové kolíky v zemi. Regulační dokumenty nedoporučují použití přírodních vodičů, protože není možné vypočítat odpor, který půda poskytuje, když teče proud.

TN-C

Uzemnění v domech postavených před polovinou 90. let, pro které byla použita čtyřvodičová metoda – 3 fáze a 1 nula. Ochrannou a pracovní funkci neutrálu vykonává společný vodič v celém vedení. Spotřebiče jsou napájeny z kabelu PEN. Používá se také pro uzemnění.

TT

Používá se pro dodávku elektřiny v příměstském a venkovském prostředí. Proud protéká elektrickým vedením na sloupech. Instalace jsou povoleny v případech, kdy je TN nemožné nebo velmi drahé. Když je do zařízení dodáván zvýšený proud, napájecí obvod se úplně vypne přes RCD.

IT

Síť s izolovaným neutrálem transformátoru. Je odstraněn ze země nebo uzemněn přes přijímač s vysokým odporem. Zemnící vedení se provádí podél samostatné sběrnice a kontakty zásuvky jsou již k ní připojeny. Organizace systému je vhodná pro vzdělávací a zdravotnické instituce.

Co je zemnící a neutrální vodič

Funkcí nulového vodiče N je vyrovnat potenciály několika fází a poskytnout spotřebitelům proud. Nulový vodič je připojen k pevně uzemněnému neutrálu transformátoru. V soukromých domech se používá jednofázový typ připojení pomocí nulového a fázového kabelu. Zemní smyčka se používá k připojení nuly a země. Samotný neutrál je označen modrou izolací.

Zemnící vodič zajišťuje bezpečnost elektrického vedení v případě poruchy. Jeho normální provozní režim je zapojen v případě kritických poruch, proudový potenciál je odveden do půdy. PE kabel je označen modrožlutou barvou.

Neutrál a ochrana v jednom vodiči jsou označeny PEN, označeny modře se žlutými a zelenými pruhy na koncích.

Schéma zapojení nulového vodiče a uzemnění

IEC-364, GOST 30331.1-95 poskytují schémata síťového připojení se zatížením 380 voltů. Z tohoto důvodu se doporučuje používat v bytě některý ze systémů.

Samostatné zemnící vedení TN-CS. Nulový štít a ochranné vodiče domácího spínače jsou vzájemně propojeny. Pokud existují dva vodiče, kabel PEN v určitém bodě je rozdělen na neutrální a ochranný. Vodiče PE jsou připojeny k vodičům N. Ochrana obvodu závisí na bodu přerušení:

• Do bodu oddělení. Fázový vodič a ochranné zařízení odvádějí napětí na nulový vodič az něj na ochranný vodič.
• Po separačním bodě. Nebezpečná elektřina se nepřenáší do těla domácího spotřebiče, ale je přenášena přímo na ochranný vodič.

Ve výškových budovách není vždy možné takové uzemňovací vedení vytvořit.

Samostatný zemnící obvod TN-S. Síť je uzemněna v neutrálním bodě transformátoru, odkud je vedena kabeláž k zařízením. Třífázová obytná síť s kompletně izolovaným neutrálním vodičem je maximálně chráněna před poruchami. Nulový vodič poškozený v jakékoli oblasti neinteraguje s ochranným vodičem, a proto nepředstavuje žádné riziko pro lidské zdraví. Jediným problémem je dočasné odstavení zařízení.

Pravidla neutrálního připojení

Kapitola 1.7 PUE podrobně zkoumá elektrickou bezpečnost při uzemnění. Bible elektrikáře říká:

• u elektroinstalací s napětím nad 1 kV je nutný pevně uzemněný neutrál, který odvádí velké poruchové proudy do země;
• pro zařízení do 1 V lze použít izolovaný nebo pevný neutrál;
• pevně uzemněný neutrál musí být uzemněn a připojen k zemnicímu vedení přes transformátor;
• uzemnění a nulový vodič se provádějí pomocí měděných (průřez 4 mm2), hliníkových (průřez 6 mm2), izolovaných (1,5 mm2 a 2,5 mm2) kabelů;
• měděné kabely připojené jedním zákrutem musí mít průřez 1 mm2, hliníkové kabely – 2,5 mm2;
• pokud jsou z panelu bytu nebo podlahy vytaženy 3 vodiče, použije se ochranný neutrál;
• pokud je skupinová síť vedena pomocí dvou kabelů, ochranný neutrál je vysunut z nejbližšího rozvaděče;
• Všechny domácí spotřebiče jsou připočteny na nulu – varná konvice, klimatizace, počítač, pračka, bojler, lednice.

Pokud je schéma zapojení správné, může ochranný nulový vodič zabránit zničení elektrické sítě a zranění v případě zkratu. Neutrál rovnoměrně rozloží zatížení na všechna vedení, podlaží a byty výškové budovy. Při prvním připojení a opětovném připojení byste se měli řídit PUE.