Proč je v třífázovém obvodu potřebný neutrální vodič?

Pokud by se někdo setkal s elektřinou, jistě by slyšel o takových pojmech, jako jsou fázové a nulové vodiče. Jejich hlavním rozlišovacím znakem je účel. Drát spojující nulový bod fází generátoru, transformátoru s nulovým bodem zátěže, se nazývá nulový nebo neutrální. Říká se tomu tak, protože v některých případech je proud v něm nulový a neutrální na základě skutečnosti, že stejně patří do kterékoli z fází.

Obsah

1. Rozdíly mezi fázovými a nulovými vodiči
2. Vlastnosti nulového vodiče
3. Klasifikace neutrálů elektrického vedení
4. Reakce elektrických spotřebičů na nulovou ztrátu
5. Co je neutrální vodič
6. Princip činnosti
7. Provozní režimy
8. Jaké je nebezpečí poškození nulového vodiče?
9. Reakce elektrických spotřebičů na nulovou ztrátu
10. Úkoly a účel nulového vodiče
11. Opětovné uzemnění
12. Co je zemnící a neutrální vodič
13. Schéma zapojení nulového vodiče a uzemnění
14. Pravidla neutrálního připojení

Rozdíly mezi fázovými a nulovými vodiči

Fázový vodič (fáze) je určen k dodávání elektřiny spotřebiteli.

Účelem nulového vodiče (nulový nebo nulový) je vyrovnat napěťovou asymetrii při různých hodnotách zatížení ve fázích.

Je připojen k nulovým bodům zdroje a spotřebiče, když jsou spojeny s “hvězdou”.

Připojení nulového vodiče (třífázová čtyřvodičová síť) je možné pouze tehdy, jsou-li zdroj a zátěž zapojeny do hvězdy.

Při připojení k “trojúhelníku” to není potřeba, protože lineární a fázová napětí ve fázích jsou stejná.

Abychom pochopili rozdíl mezi síťovým a fázovým napětím, je nutné pochopit, že v třífázovém třívodičovém obvodu je vedení (napětí mezi dvěma fázovými vodiči) hlavně 380 V a fáze – napětí mezi fází a nulou – je √ 3krát méně než přibližně 220 V.

Nulový vodič získal své jméno tím, že když jsou zařízení v provozu, proud v něm při stejném zatížení tří fází je nulový. Jeho odpor je malý. Proto, když je jedna nebo více fází přetíženo, proud v ní rychle vzroste. Ve schématu osvětlení je jeho přítomnost předpokladem. Jinak není zaručeno rovnoměrné osvětlení..

V závislosti na roli může být nulový vodič pracovní, ochranný, kombinovaný.

Pracovník je označen latinským písmenem N a v evropských zemích se provádí modře. V některých jiných zemích může být barva šedá nebo bílá.

Ochranný je označen PE. Je navržen pro bezpečnost v případě potenciálního kontaktu s tělem elektrického spotřebiče. V normálním režimu je bez napětí a v případě poruchy je to vodič, který odvede nebezpečný potenciál z elektrického spotřebiče do země. Barva této žíly je žlutozelená.

V některých systémech je nulový vodič kombinován s ochranným. V tomto případě bude označení označeno jako PEN a barva tohoto jádra bude modrá se žlutozelenými pruhy na koncích.

Vlastnosti nulového vodiče

Nulový vodič zabraňuje nežádoucím situacím při nouzovém provozu. Bez jeho přítomnosti se v případě fázového zkratu dvou fází napětí ve třetí fázi okamžitě zvýší √3krát. To bude mít škodlivý vliv na zařízení, které tento zdroj napájí. Pokud je v takové situaci nula, napětí se nezmění.

Pokud dojde k přerušení jedné z fází v třífázovém třívodičovém systému (bez nuly), napětí na dvou zbývajících fázích se sníží. Budou zapojeny do série a při tomto typu zapojení se napětí rozdělí mezi spotřebitele v závislosti na jejich odporu.

Když jedna z fází praskne v třífázovém čtyřvodičovém systému, napětí ve zbývajících dvou fázích svou hodnotu nezmění.

Pojistky se neinstalují do nulového vodiče z důvodu jeho velkého významu, protože jeho rozbití je nežádoucí

Protože většinu času fungují elektrické instalace, proud v tomto vodiči je buď nulový nebo nevýznamný, nemá smysl vytvářet stejný průřez jako průřez fázového vodiče. Nejčastěji má z důvodů hospodárnosti menší průřez vodiče, než je průřez vodičů fází v jedné elektroinstalaci. Pokud není ochranný vodič kombinován s nulovým vodičem, jeho průřez je poloviční než u fázového vodiče.

Klasifikace neutrálů elektrického vedení

Účel elektrického vedení je velmi různorodý. Stejně jako různé vybavení pro jejich ochranu před úniky a zkraty. V tomto ohledu jsou neutrály rozděleny do tří typů:

• mrtvý-uzemněný;
• izolovaný;
• účinně uzemněny.

Pokud má elektrické vedení s napětím 0,38 kV až 35 kV krátkou délku a počet připojených spotřebičů je velký, použije se nulový vodič. Spotřebitelé třífázové zátěže jsou napájeni třemi fázemi a nulou a jednofázové zátěže – jednou z fází a nulou.

Při průměrné délce elektrického vedení s napětím 2 kV až 35 kV a malém počtu spotřebičů připojených k tomuto vedení se používají izolované neutrály. Jsou široce používány pro připojení trafostanic v sídlech a také výkonných elektrických zařízení v průmyslu.

V sítích s napětím 110 kV a vyšším, s velkou délkou elektrického vedení, se používá účinně uzemněný neutrál.

Reakce elektrických spotřebičů na nulovou ztrátu

Pokud se běžný neutrální vodič ve vícepodlažní budově přeruší, spotřebitelé to pocítí v důsledku přepětí ve svých elektrických spotřebičích.

Hlavní faktory, které mohou vést k výpadku společné nuly:

• havarijní stav v rozvodně;
• zastaralá elektroinstalace;
• Kabeláž byla provedena špatně.

Fáze, na kterou je připojeno více spotřebitelů bytového domu, bude přetížena. Napětí v něm bude klesat. Ve fázi, ke které jsou spotřebiče připojeny nejméně, se napětí prudce zvýší.

To negativně ovlivní zařízení – pokles napětí způsobí, že budou pracovat neefektivně a zvýšení napětí může vést k selhání těch, které byly v tuto chvíli připojeny. Abyste se před takovou situací ochránili, je nutné nainstalovat do štítu individuální svodič přepětí, který napájí samostatný byt. Jakmile napětí začne překračovat povolené hodnoty, omezovač rychle vypne napájení.

Pokud dojde k nulovému přerušení přímo v bytě, pak elektřina úplně zmizí, ale zároveň se fáze nevypne. Nebezpečí spočívá v tom, že může jít právě k nulovému vodiči. A pokud k němu byl předtím uzemněn jakýkoli elektrický spotřebič, skříň tohoto elektrického spotřebiče bude pod napětím, nebo jinými slovy, začne „bít proud“.

Hlavní faktory, které přispívají ke ztrátě nuly přímo v bytě, lze nazvat:

• nespolehlivost připojení kontaktů;
• nesprávně zvolená část vodiče;
• zastaralá elektroinstalace.

Tyto faktory vedou k nadměrnému zahřívání vodiče. Vlivem zvýšené teploty dochází k oxidaci místa připojení kontaktů, přehřívání pramenů drátu. A to zase může vést k požáru.

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 rozkládá 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 stanovených 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.

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.

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.

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.

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 drátový, v případě kritických poruch je proudový potenciál 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 bodu. 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:

• pro elektrické instalace 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.