Proč potřebujete neutrální vodič v jednofázové síti?

Je známo, že energie vyrobená v elektrárnách a vyrobená speciálními zařízeními je distribuována a dodávána kolektivnímu spotřebiteli prostřednictvím třífázových sítí. A pouze přímo do obytných bytů nebo soukromých domů přichází ve formě jednofázového napájení. V obou případech však elektrické vedení nutně obsahuje tak zvaný „neutrální vodič“, aby byly uspokojeny potřeby spotřebitelů.

Obsah

1. Rozdíly mezi třífázovými a jednofázovými sítěmi podle funkce, kterou plní nulový vodič
2. Pro jednofázovou elektrickou síť je v každém případě nutný neutrální vodič, protože je to jediná cesta, po které lze uzavřít proud v napájecím obvodu spotřebitele. Spolu se svou „pracovní“ funkcí se toto jádro často používá jako ochranná linie, podél které je organizováno spolehlivé uzemnění silových obvodů a elektrických zařízení k nim připojených.
3. Vlastnosti činnosti třífázových obvodů
4. Co je zemnící a neutrální vodič
5. Co je neutrální vodič
6. Co je uzemnění?
7. Schémata zapojení pro nulový vodič a uzemnění
8. Pravidla pro připojení nulového vodiče a uzemnění
9. Výkon

Rozdíly mezi třífázovými a jednofázovými sítěmi podle funkce, kterou plní nulový vodič

Při přenosu energie střídavého proudu na značné vzdálenosti se bere v úvahu, že pro jeho šíření a distribuci je zapotřebí nejen dopředný vodič, ale i zpětný vodič. Podle prvního proudí směrem ke spotřebiteli s frekvencí kmitání 50 Hertzů a podle druhého se stejnou kruhovou rychlostí vrací zpět ke svému zdroji. Dopředný vodič ve stávajících systémech přenosu energie se nazývá „fáze“ a zpětný vodič se nazývá „neutrální N“ (fáze a nula).

Pro jednofázovou elektrickou síť je v každém případě nutný neutrální vodič, protože je to jediná cesta, po které lze uzavřít proud v napájecím obvodu spotřebitele. Spolu se svou „pracovní“ funkcí se toto jádro často používá jako ochranná linie, podél které je organizováno spolehlivé uzemnění silových obvodů a elektrických zařízení k nim připojených.

Vlastnosti činnosti třífázových obvodů

Zcela jiná situace je u 3fázových napájecích systémů, kde se celkový zpětný proud skládá ze tří různých složek.

Vezmeme-li v úvahu skutečnost, že při rovnoměrném zatížení každé fáze jsou všechny tyto složky přibližně stejně velké a jsou posunuty v prostoru o 120 stupňů – jejich součet ve vektorové reprezentaci je nulový.

Teoreticky to znamená, že v obecném případě se pro poskytování energie spotřebiteli můžete obejít bez neutrálního vodiče. Podobná možnost je poskytována v některých schématech ochrany elektrických rozvodů (zejména v málo používaném systému IT).

V systému TT, který je mu poněkud podobný, je však nulový vodič nutně přítomen, protože se používá k ochraně spotřebitele před úrazem elektrickým proudem (takzvané „uzemnění“). Jeho přítomnost je zvláště důležitá v případech, kdy není k dispozici místní uzemňovací zařízení a ochrana je zajištěna prostřednictvím stacionárního obvodu dostupného v rozvodně.

V takové situaci je nulový vodič jedinou cestou pro tok nouzového proudu, který vzniká při dopadu vysokého potenciálu na vodivé exponované části elektrického zařízení. Z tohoto důvodu je zvláštní pozornost věnována výkonnostním charakteristikám neutrálního jádra (zejména jeho průřezu), jehož výběr závisí na řadě faktorů.

Neutrální vodič v třífázových sítích a efekt „nulového vyhoření“.

Při nerovnoměrném rozložení zátěží na 3fázovém obvodu nejsou zpětné proudy přes neutrál při superponování vzájemně kompenzovány (jejich vektorový součet není nulový). To znamená, že nulová sběrnice bude zatížena poměrně velkými fázovými nesymetrickými proudy a pokud je nedostatečně tlustá, začne se velmi zahřívat. To se bere v úvahu při výběru vodiče vhodného pro položení nulového vodiče, jehož průřez musí splňovat dva protichůdné požadavky.

Za prvé, musí být dostatečné k tomu, aby se zajistilo, že jádro neshoří v případě vážné fázové nerovnováhy v důsledku nerovnoměrného zatížení napříč třemi provozními přípojnicemi. Za druhé, tloušťka drátu nemůže být příliš velká, což povede ke zvýšení hmotnosti napájecího kabelu a potížím při jeho instalaci a údržbě. Typicky je požadovaný typ kabelového produktu určitého průřezu vybrán s ohledem na potřebu kombinovat tyto dva požadavky.

“Vyhoření” nulového vodiče je nebezpečné, protože když je přerušena cesta zpětného proudu, zemnící obvod systému je přerušen. To představuje riziko úrazu elektrickým proudem pro osobu, která se náhodně dotkne živé, nechráněné části elektrického zařízení. Pokud se nulový vodič přeruší, fázová nerovnováha se mnohonásobně zvýší, což může vést k výpadku některých spotřebičů (domácích spotřebičů připojených k síti).

Vlastnosti provozu obvodů s elektrickým neutrálem

Při připojení konkrétního spotřebitele k napájecím linkám, které nutně obsahují nulový vodič (nulový vodič), musí být splněny následující požadavky PUE:

• V jednofázových sítích není dovoleno umístit spínač zátěže do mezery „zemní“ sběrnice.
• Je instalován pouze v lineárním vodiči a odpojuje spotřebič odstraněním fázového napětí z něj.
• V třífázových obvodech lze do nulové sběrnice instalovat velký odpor, který se obvykle používá v systémech s neuzemněným neutrálem.
• Tato možnost provozu je povolena pouze v případech, kdy má spotřebitelská strana vlastní ochranu ve formě uzemňovacího zařízení (GD), které odpovídá současným normám.

Například v případě instalace spínače osvětlení v neutrálním jádru jednofázové sítě, když je vypnutá, vzniká hrozba vysokého napětí. To se může stát nejen při opravách silových obvodů, ale i při běžné výměně spálené žárovky.

Jak je označen a označen neutrální vodič?

Pro schematické označení a identifikaci vodičů tohoto typu se používá písmenné a barevné značení (například nulový a ochranný vodič s napětím do 1000V v sítích s pevně uzemněným neutrálem). První je zaveden umístěním anglického písmene „N“ (od slova „Neutral“) vedle nulového jádra a druhý má několik barevných možností. Ve většině běžných schémat odpovídajících známým uzemňovacím systémům je označení písmen duplikováno modrým nebo modrým zbarvením ochranné izolace vodiče. Jsou možné situace, kdy je nulový vodič v některé části elektrické sítě kombinován s ochranným vodičem.

Vlastnosti výběru průřezu nulové sběrnice

Při výběru optimálních charakteristik nulových vodičů budete muset dodržovat následující požadavky současných předpisů (zejména PUE):

• Průřez nulových „pracovních“ (N) přípojnic nesmí být menší než stejný indikátor pro fázové vodiče.
• Tento požadavek platí pro každé jednofázové vedení třífázové elektrické sítě.
• Při posuzování požadovaného parametru se nutně bere v úvahu kvalita materiálu, ze kterého je vyrobeno centrální jádro kabelového výrobku (měď, ocel nebo hliník).
• Při instalaci neutrálního vodiče v elektrických sítích určených k napájení stálých budov lze jako výchozí materiál použít pouze měděný drát.

Pokud je průměr lineárních vodičů významný, je v zájmu úspory materiálu přípustné zvolit indikátor pro nulovou sběrnici rovnající se polovině průřezu fázových vodičů.

Kromě uvedených požadavků musí být při pokládání elektrických sítí s různými typy uzemňovacích systémů splněny následující podmínky:

• Průřezy sběrnic PEN a N-vodičů se volí se stejnými hodnotami.
• Podobné indikátory pro PE vodiče a fázové vodiče by měly být také stejné.
• U významných průměrů kombinovaných vodičů nemůže být tento parametr menší než 50 % hodnoty u fázových vodičů.
• Průřez PE vodičů bez ochranné vrstvy nesmí být menší než 4 mm 2 (a pokud je přítomen, menší než 2,5 mm 2).

Napájení založené na uzemňovacích systémech TN-S nebo TN-CS je obvykle organizováno v třífázových sítích s provozním napětím 380 V. V tomto případě je nulový vodič jedním z pěti vodičů zapojených do dodávání energie spotřebiteli a chrání ho před poškozením elektrickým proudem

Účtování provozních ukazatelů elektrické sítě

Při výběru průřezu nulového vodiče je nutné vzít v úvahu řadu provozních parametrů stávající elektrické sítě, mezi které obvykle patří:

• Velikost maximálního proudu procházejícího fázovým a zpětným vodičem.
• Celková délka elektrického vedení.
• Způsob pokládky vodičů (otevřené nebo ve speciálních trubkách/kanálech).
• Provozní podmínky pro trasy třífázových vodičů.

Teprve po zohlednění všech uvedených faktorů je možné rozhodnout, jaký průřez by měl mít nulový vodič.

Jakákoli nepřesnost nebo chyba v provedených výpočtech je spojena s vyhořením neutrálního jádra a nebezpečím zranění personálu pracujícího na elektrických instalacích v důsledku vysokého napětí.

Nesprávně zvolený průřez nulového vodiče může kromě ohrožení lidského zdraví vést k přehřátí vodiče a následnému požáru dielektrického pláště izolačního povlaku.

Po výběru průřezu budete muset dodatečně určit typ a značku konkrétního kabelového produktu nebo drátu. Při zvažování typů nabízených domácím průmyslem je zvláštní pozornost věnována izolační pevnosti a pevnosti v tahu.

Během procesu instalace elektrické sítě v bytě nebo domě budete nevyhnutelně čelit otázce, co je neutrální vodič a uzemnění a jaký je jejich rozdíl? Koneckonců, bez jasného porozumění této problematice je poměrně obtížné instalovat elektrickou síť, která plně vyhovuje normám PUE (Pravidla elektrické instalace). Proto se v našem článku pokusíme porozumět této problematice a poskytnout základní pravidla pro instalaci těchto obvodů.

Co je zemnící a neutrální vodič

Nejprve pojďme zjistit, co je neutrální vodič a co je ochranný vodič, jaké jsou jejich rozdíly a jaký je jejich účel? Na základě toho pro nás bude snazší pochopit pravidla pro jejich připojení a požadavky, které na ně PUE klade.

Co je neutrální vodič

Nejprve se zaměřme na nulový vodič, nebo jak se také nazývá nulový vodič. Podle článku 1.7.35 PUE je určen k napájení elektrických přijímačů a je připojen k pevně uzemněnému neutrálu transformátoru.

• Pokud mluvíme jednoduchým jazykem a odhodíme některé nuance, které pro nás nejsou tak důležité, pak neutrální vodič je vodič připojený k uzemněné části transformátoru nebo generátoru, ze kterého získáváte energii.
• V jednofázové síti, která se používá téměř ve všech soukromých domácnostech a bytech, je pro provoz elektrických instalací vyžadován fázový a nulový vodič. Nulový vodič je v podstatě přímo spojen se zemí a v ideálním případě má nulový potenciál. To znamená, že na něm není žádné napětí.

Poznámka! Na nulovém vodiči není žádné napětí, pokud je připojen k zemi. Pokud je toto spojení z jakéhokoli důvodu přerušeno, pak se během provozu elektrické instalace ukáže, že je pod napětím rovným fázovému napětí. Tedy pro jednofázovou síť rovnající se 220V.

• Na obrázcích je nulový vodič označen symbolem „N“. Staré sovětské instrukce doporučovaly používat označení „0“ a stále je lze nalézt na některých schématech. A samotný drát, podle článku 1.1.30 PUE, musí být vyroben z modrého drátu.

Co je uzemnění?

Uzemnění nebo ochranný vodič v souladu s článkem 1.7.34 PUE je určen výhradně pro účely elektrické bezpečnosti. Za normálních podmínek není pod napětím a působí jako vodič pouze v případech poruchy izolace fázového nebo nulového vodiče. Zároveň při samotné elektroinstalaci snižuje potenciál na bezlopatkové.

• Jednoduše řečeno, uzemnění je nutné pouze v případě poruchy. Máte například poruchu izolace vaší pračky. Pokud není uzemněn, pak dotyk je ekvivalentní dotyku fázového vodiče. Pokud je uzemněn, nic se nestane, protože přebytečný potenciál půjde do země uzemněním.
• Uzemnění lze provést pomocí různých schémat v závislosti na vašich možnostech a napájecím obvodu. Tento problém zvážíme níže.
• Ochranný vodič je ve schématech obvykle označen symboly „PE“. Vlastní vodič by měl být vyroben ze žlutozeleného drátu.
• Na některých obrázcích můžete vidět označení „PEN“. To znamená kombinaci nulového a ochranného vodiče. Promluvíme si o tom trochu níže. Barva takového drátu by podle článku 1.1.29 PUE měla být modrá se žlutozelenými pruhy na koncích.

Schémata zapojení pro nulový vodič a uzemnění

Nyní víte, jak rozlišit nulový vodič od země a pochopit, že oba jsou spojení se zemí. Nyní můžete zvážit možná schémata připojení neutrálního vodiče a uzemnění. Všechny jsou jasně specifikovány v článku 1.7.3 PUE. Budeme uvažovat pouze obvody s pevně uzemněným neutrálem, které se používají v našich elektrických sítích.

• Nejprve uvažujme systém CT, ve kterém je nulový vodič připojen k uzemnění transformátoru a uzemnění k nezávislému zdroji. Tato metoda se používá velmi zřídka a náklady na instalaci takového systému jsou nejvyšší.
• Mnohem častěji se používají systémy typu TN, které používají vodiče PEN. To znamená, že po celé délce nebo v určitých úsecích jsou nulové a ochranné vodiče položeny jedním vodičem nebo jsou připojeny k jednomu zemnícímu bodu.

• Nejoptimálnější v tomto případě ve věcech elektrické bezpečnosti je systém TN-S. V něm jsou nulový a ochranný vodič spojeny s jedním uzemňovacím bodem, ale po celé délce jsou vyrobeny ze samostatných vodičů.

• Mnohem častěji najdete systém TN-C, který je docela snadné implementovat vlastníma rukama. V něm je nulový vodič a uzemnění vyrobeno z jednoho vodiče po celé délce. To je ale z hlediska elektrické bezpečnosti nejméně bezpečná varianta.

• A poslední možnou možností je systém TN-CS. Jak název napovídá, kombinuje dva předchozí systémy. To znamená, že v jedné sekci jsou nulový vodič a uzemnění položeny společně a ve druhé sekci jsou odděleny.

Pravidla pro připojení nulového vodiče a uzemnění

Když známe možná schémata připojení pro uzemnění a nulový vodič, můžeme mluvit o pravidlech a požadavcích na jejich připojení. Ostatně, i když nejsou výrazné, liší se. Kromě toho doufáme, že vysvětlíme často kladenou otázku, proč by měl být nulový vodič uzemněn.

• Nejprve si řekněme něco o systému TT. Podle článku 1.7.59 PUE lze tento systém použít pouze ve výjimečných případech, kdy žádný ze systémů TN nemůže poskytnout požadovanou úroveň ochrany.

Poznámka! Při použití systému TT je použití proudových chráničů povinné. Kromě toho na ně normy PUE ukládají samostatné požadavky, pokud jde o provozní proud.

• Ale pro systém TN není vše tak jednoduché. Podle článku 1.7.61 PUE musí být na vstupu do budovy nebo elektrické instalace znovu uzemněny. Pojďme zjistit, proč je to nutné.
• V systému TN, jak již víme, jsou nulový a ochranný vodič namontovány jedním drátem. Pokud se tento spojovací vodič přeruší, ukáže se, že neutrální a ochranný vodič tvoří jeden celek. Nejsou totiž spojeny se zemí.
• Pokud nemáme spojení se zemí, pak, jak již víme, při rozsvícení jakéhokoli elektrického spotřebiče nebo dokonce žárovky skončí nulový vodič pod fázovým napětím.
• Ale pro systém TN jsou nulové a fázové vodiče částečně nebo úplně kombinovány. To znamená, že zemnící vodič je také pod fázovým napětím. A náš fázový vodič je připojen k tělu naší pračky, vysoušeče vlasů, lednice a dalšího elektrického zařízení. Ukazuje se, že na jejich těle se objeví fázové napětí. A pokud se jich dotknete, dostanete elektrický šok.

• Právě na základě těchto úvah je povinné opětovné uzemnění nulového vodiče podle PUE pro systémy TN. Takové opětovné uzemnění totiž snižuje riziko takových případů. A pokud se tak stane pro všechny elektrické spotřebitele, pak se pravděpodobnost takových případů ještě sníží.
• Kromě toho normy PUE ve vícepodlažních budovách vyžadují připojení sběrnice PEN ke sběrnici pro vyrovnání potenciálu, která musí být podle článku 1.7.82 PUE připojena ke všem uzemněným vodičům v domě.
• PUE ukládá samostatné požadavky na spotřebitele, kteří jsou připojeni k elektrické síti pomocí venkovního vedení. Nulový vodič a uzemňovací obvod pro opětovné uzemnění pro takové spotřebiče musí být vybaveny v souladu s články 17.101 a 1.7.102 PUE.
• Pro takové spotřebitele je standardizován nejen odpor umělého zemnicího vodiče, ale také požadavky na jeho materiál, jakož i jeho průřez a tloušťku. U venkovního vedení je skutečně mnohem pravděpodobnější přerušení jednoho drátu.

Výkon

Jak vidíte, otázka správného uzemnění a instalace nulového vodiče je poměrně mnohostranná. Věnovali jsme pozornost pouze hlavním aspektům a snažili jsme se vysvětlit účel těchto vodičů. Podrobnější informace o instalaci uzemnění, uzemnění a zemnících smyček získáte v následujících článcích na našem webu a také ve videu.