Proč nulový šok – odkud pochází napětí na nule

Nula nese proud – to znamená, že vodič PEN, který má společný bod s neutrálem transformátoru a zemí, může mít v určitých situacích potenciál odlišný od nuly.

Nejčastějším důvodem, proč je neutrál zasažen elektrickým proudem, je přerušení (vyhoření) neutrálu transformátoru. V tomto případě se na vodiči PEN, který již není spojen s nulou a zemí, objeví fázové napětí v závislosti na nerovnoměrném zatížení.

Také nenulový potenciál na nulovém vodiči je během normálního provozu téměř vždy přítomen. V pětivodičovém napájecím systému není mezi zemí a nulou žádné napětí pouze v místě, kde se tyto vodiče spojují. Jak se vzdalujete od tohoto místa, vlivem odporu vodičů se postupně objevuje a zvyšuje potenciálový rozdíl. Tato recenze podrobně prozkoumá přesně tuto situaci, kdy je nula zasažena elektrickým proudem v normálním provozním režimu napájecího systému.

Videorecenze – nulové otřesy

Chyby při analýze nulového potenciálu vodiče PEN

K úrazu elektrickým proudem dochází, když se dostanete do kontaktu s elektrickým obvodem, který obsahuje zdroje napětí a/nebo zdroje proudu, které mohou způsobit proudění proudu částí těla, která je pod napětím. Osoba je obvykle citlivá na průchod proudu větším než 1 mA.

Mnozí tvrdí, že nulový vodič během normálního provozu nevytváří elektrický šok. A jako vysvětlení se používají následující argumenty:

• Například proud teče cestou nejmenšího odporu.
• Nebo je prý neutrál spojen se zemí s nulovým potenciálem a my stojíme na zemi. To vše je ale povrchní a nesprávné.

Na povrchu Země je elektrický potenciál 0 voltů. Ale musíte pochopit, že tento nulový potenciál je konvence, jakýsi referenční bod, o který mnoho elektrikářů narazí, když se snaží vysvětlit procesy toku elektrického proudu. Vzhledem k tomu, že zátěž je téměř vždy součástí sítě a je nereálné ji rozložit rovnoměrně mezi fázemi, vždy existuje potenciálový rozdíl mezi nulovým vodičem (PEN) a zemí, který vzniká odporem vodiče a přechodových kontaktů. . Podle toho tím, že se dotknete nulového vodiče a postavíte se na zem, obvod uzavřete a proud vámi projde.

Jak se šíří proud v elektrickém obvodu?

Začněme zkoumat tento problém analýzou tvrzení, že proud teče cestou nejmenšího odporu. To není pravda, protože v uzavřeném okruhu je (nebo spíše volné elektrony) distribuován všude, pouze jeho síla je nepřímo úměrná odporu (pokud mluvíme o smíšené sloučenině). Jiná věc je, když v určité oblasti není vůbec žádný odpor, pak jím proteče veškerý proud. To lze znázornit na diagramu, ale ve skutečnosti je to na dálkových venkovních vedeních nemožné. Pro přehlednost zvažte připojení zátěže ke zdroji jednofázového proudu:

Ke zdroji energie je připojena zátěž (řekněme konvice), která vytváří odpor 30 ohmů. Obvod je uzavřen a je v něm generován proud 7,3 A. Dotykem nulového vodiče a postavením na zem jsme vytvořili další obvod přes tělo, zem a zemnící elektrodu ke zdroji energie. V této fázi je vhodné vzpomenout si na Zemi s jejím nulovým potenciálem. V tomto případě funguje jednoduše jako vodič připojený k nulové svorce zdroje energie. Proto můžete obvod přestavět nahrazením uzemnění běžným vodičem:

V prvním i druhém schématu neprotéká žádný proud sekcí zdroje člověk-uzemnění-napájení. Není divu, protože na cestě jsou dva odpory s odporem 4 a 1000 Ohmů. Proč je tedy výklad pohybu po cestě nejmenšího odporu nesprávný? Celé tajemství spočívá v drátech, které mají svůj vlastní odpor. Elektrický odpor jádra samonosného izolovaného drátu (SIP) o průřezu 25 mm² je 1,380 Ohm/km. Vezměme si například délku 250 metrů. Potom bude odpor drátu na konci vedení přibližně 0,345 ohmů. Přidejme tento odpor k našemu obvodu:

Nyní osobou prošel proud 2,5 mA. Došlo k proporcionálnímu přerozdělení proudu v obvodu. A země zde nijak nešetří, ale naopak zhoršuje. Koneckonců, pokud by výstup zdroje jednofázového proudu nebyl uzemněn, pak by nebyl žádný potenciálový rozdíl se zemí.

Abyste pochopili, proč se v obvodu člověk-země (vodič)-uzemňovací vodič-zdroj energie objevil proud a vypočítali jeho hodnotu, musíte použít pravidla pro sériové, paralelní a smíšené připojení rezistorů. Neuděláme to, protože program Electronics Workbench vše vypočítal za nás. Je lepší projít diagram jednoduchými slovy a pochopit potenciály:

Oranžová část od zdroje energie k zátěži má potenciál 217,5 V. Tato hodnota se rovná napětí na vstupu do 30 ohmového odporu. Žlutě označená část obvodu má potenciál 2,5 V, což se rovná úbytku napětí v důsledku odporu 30 Ohm. Jak bylo uvedeno výše, bez odporu vodiče 0,345 ohmu by na nulovém vodiči nebyl žádný potenciál. Tento rezistor vytvořil odpor v obvodu, což umožnilo rozdělení proudu do dvou částí se silami nepřímo úměrnými odporu těchto částí:

• Prostor mezi osobou a zemnícím vodičem zdroje energie je zónou šíření (místní zem).
• Modře označená část obvodu má nulový potenciál.

Uvažovali jsme o připojení zátěže ke zdroji jednofázového proudu s uzemněnou svorkou. Jak vidíte, když je zátěž zapnutá, kvůli odporu vodičů bude vždy existovat potenciální rozdíl mezi nulou a zemí. A tento rozdíl bude tím větší, čím větší bude odpor vodičů a výkon připojené zátěže. Trojnásobným zvýšením výkonu zátěže se tedy proud procházející člověkem zvýšil z 2,5 na 7,4 mA. S touto hodnotou se zaznamenávají křeče a bolesti v rukou.

Nulové rázy v sítích třífázového proudu

Nyní přejdeme k uvažování potenciálního rozdílu mezi nulovým vodičem a zemí v sítích s třífázovým proudem. To již má své vlastní charakteristiky. Pokud jsou tedy zátěže na všech fázích stejné a nedochází k žádnému neutrálnímu posunu, pak bude proud na neutrálním vodiči nulový. To znamená, že při připojení fází symetrického přijímače do hvězdy nulový vodič neovlivňuje činnost obvodu a může být eliminován.

Absence odporu ve vodičích a rovnoměrný odběr v bytovém domě nebo na vedení s jednopatrovou budovou je něco z říše fantazie, proto je nutný nulový vodič a jeho hlavní funkcí je minimalizovat nulové předpětí a zkreslení fázových napětí přijímačů. Nebudeme se těmito procesy podrobně zabývat a budeme je považovat za samostatné téma. Mezitím přejdeme k proudu v nulovém vodiči s asymetrickým odběrem.

Stejně jako u zdroje jednofázového proudu, přidání odporu vodiče k obvodu navíc k posunutí neutrálního vodiče otevírá cestu pro proudění proudu zemí, když se osoba dotkne pracovního neutrálního nebo ochranného vodiče.

Mimochodem, ve všech systémech TN s elektrickým zařízením neutralizovaným během normálního provozu existuje potenciál na vodivých krytech. A aby bylo zajištěno, že nedojde k žádnému rozdílu potenciálu a nebudete šokováni, když je okruh uzavřen potrubím a jinou vodivou komunikací, je proveden systém vyrovnání potenciálu.

Vraťme se k tématu a pro jasnost zvažte schéma:

Jak vidíte, vezmeme-li v úvahu nerovnoměrné zatížení (v diagramu jsou to odpory 10, 30 a 50 Ohmů) a odpor vodičů, který je konvenčně uvažován 0,3 Ohm, potenciál na části nulového vodiče nejvzdálenější od distribuční transformátor je 4,5V. V souladu s tím proteče proud 1000 mA osobou s odporem 4,5 ohmů, stojící na zemi a dotýkající se neutrálního vodiče.

Pokud zdvojnásobíme odpor vodičů, pak se proud procházející člověkem také téměř zdvojnásobí (až 8,3 mA).

Víme, že systém TN s pevně uzemněným neutrálem musí mít opakované uzemnění vodiče PEN s celkovým uzemňovacím odporem ne větším než 10 Ohmů. S přidáním tohoto opětovného uzemnění jím bude protékat většina proudu a proud procházející člověkem se sníží z 8,3 na 3,2 mA.

Stojí za zmínku, že všude jsme považovali lidský odpor rovný 1000 Ohmům. Ale také je třeba vzít v úvahu odolnost bot, podlahy a půdy. Opravdu, pokud stojíte například na suché dřevěné podlaze v botách s dobrou odolností, pak s největší pravděpodobností nic neucítíte, když se dotknete neutrálního vodiče. A zde podmíněný nulový potenciál země nehraje žádnou roli. Jen se izolujete od zemské vodivosti. A pokud je také instalován systém vyrovnávání potenciálu, pak i když stojíte bosí na mokré podlaze nebo se dotýkáte potrubí nebo baterie sekundovou rukou, nebude s neutrálem žádný potenciální rozdíl. A pokud změníme lidský odpor z 1000 na 5000 Ohmů, pak se proud procházející tělem sníží z 3,2 na 0,6 mA.

Jak vidíte, tvrzení, že nulový vodič nedostává proud, je zásadně nesprávné. Mezi ním a zemí je vždy potenciální rozdíl. Záleží na zatížení, nerovnoměrném zatížení v sítích třífázových proudů, délce venkovního vedení a odporu vodičů. Proto i přes skutečnost, že jste ve většině případů dobře izolováni od země nebo existuje systém vyrovnání potenciálu a nemusíte pociťovat účinek malých proudů při kontaktu s neutrálním vodičem, nikdy se nedotýkejte, aniž byste se ujistili, že tam není žádný velký potenciál na něm. Čím větší je odpor nulového vodiče až do dohoření, tím větší je rozdíl jeho potenciálu s potenciálem země a tím větší proud, podle Ohmova zákona, poteče tímto obvodem.