Protéká proud nulovým vodičem?

Dobrý den, milí návštěvníci stránek „Pomoc pro elektrikáře“. Jak víme, napětí je potenciální rozdíl mezi opačně nabitými částicemi. A ve stabilní síti se mezi nulovým vodičem a fází vyskytuje napětí.

Dobrý den, vážení návštěvníci stránek „Pomoc pro elektrikáře“. Jak víme, napětí je potenciální rozdíl mezi opačně nabitými částicemi. A ve stabilní síti se mezi nulovým vodičem a fází vyskytuje napětí. To je normální proces. Existují však situace, kdy se napětí nemusí objevit na fázovém vodiči, ale na nulovém vodiči. V tomto článku se podrobně podíváme na to, proč se to může stát a jak se takové situaci vyhnout.

Na této stránce jsme již více než jednou analyzovali situace s neutrálním vodičem. Připomeňme, že nulový vodič je nulový vodič transformátoru, který má v sekundárním vinutí hvězdicové zapojení s nulovým výstupem, to znamená, že tři vodiče jsou spojeny ve společném bodě. A v souladu se schématem je nulový vodič pevně uzemněn, to znamená přímo připojen k zemnicímu vodiči. Pokud se tedy osoba náhodně dotkne neutrálního vodiče, nevznikne potenciální rozdíl a nedostane elektrický šok. Veškeré napětí zůstane na fázích, nebo jednodušeji řečeno „na druhé straně vodičů magnetického obvodu“.

Ale tady není všechno tak jednoduché. Vzdálenost od uzemněného neutrálu transformátoru a například vaší zásuvky může být několik kilometrů. Proto může nastat situace, kdy se na nulovém vodiči objeví proud.

Přítomnost napětí na nulovém vodiči se určuje poměrně snadno. Stačí vzít indikační šroubovák a zasunout jej jeden po druhém do otvorů pro nástrčky. V normálním režimu se indikátor šroubováku rozsvítí v jednom otvoru, ale ne ve druhém. Pokud se kontrolka rozsvítí v obou otvorech, znamená to poruchu systému jako celku. co se děje?

Немного теории.

Proud vždy teče od vyššího k nižšímu odporu. V naší síti teče na křižovatku nulového vodiče se sběrnicemi. A tento proces se nazývá pokles napětí. A tento proces má svůj vzorec. Čím větší je odpor, tím větší je napětí na nulovém vodiči vzhledem k zemní sběrnici.

Pro lepší názornost se vyplatí uvést příklad s reálnými čísly.

Máme tedy vodič o průřezu 1,5 m1. mm. Na 0,015 metr bude jeho odpor asi 25 Ohm. Předpokládejme, že vzdálenost mezi zásuvkou v bytě a vstupním panelem s nulovou sběrnicí je 25 metrů. Snadno spočítáte odpor celého vodiče 0,015 * 0,375 = 16 Ohm. Pojďme také vypočítat úbytek napětí v této sekci. Například při zatížení 0,375 A se bude rovnat 16 * 6 = XNUMXV. A zdá se, že úbytek napětí má malý význam a kabeláž jako celek má odpovídající průřez a materiál, ale stále existují rizika napětí na nule.

V energetickém systému bytů funguje nula i jako ekvalizér. To znamená, že pokud je zátěž rozložena nerovnoměrně mezi fázemi, jeden byt na jedné fázi spotřebuje 16 A, další na další 10 A a třetí nespotřebovává vůbec, pak vyrovnávací proud klesne na nulu. A pokud vezmeme v úvahu nedokonalost kontaktních spojení, ve stejném neutrálním vodiči s nulovou sběrnicí (rezavý šroub, příliš mnoho barvy, slabý kontakt), může se odpor vodiče zvýšit o 1,5-2 Ohmy. A to je přibližně 60-80V, když proudová rovnice na nule je 40 A. A pokud je odpor vodiče k bytům také velký a podle toho je úbytek napětí 40-50 V, pak celkové napětí 10-120 V se může objevit na nule, může vážně zasáhnout člověka.

Co dělat v tomto případě a jak se chránit před napětím na nule. Obecně to nemá vliv na provoz zařízení, ale přesto představuje nebezpečí, pokud se dostane do přímého kontaktu s osobou. Je nepravděpodobné, že byste byli schopni zcela vymýtit tuto nemoc bez správcovské společnosti. Oprava bude přeci jen velmi nákladná a pracná, včetně výměny všech vodičů ve vstupních skříních, výměny vhodných kabelů a venkovního vedení a kontroly všech panelů.

Pište aplikace a zároveň buďte „nazí“, považujte nulový vodič za stejně nebezpečný jako fázový vodič. Při opravách elektroinstalace nebo jednotlivých prvků vždy odpojte nulový vodič i fázi.

Pojem „nulové vyhoření“ se v elektrotechnickém slovníku objevil jako důsledek častého vyhoření tzv. „neutrálního vodiče“, který se v průmyslových třífázových střídavých sítích používá jako pracovní vodič a protéká jím proud.
V případě bytového jednofázového obvodu se za „nulový vodič“ považuje vodič, který má nulový potenciál vůči zemi. Druhý vodič se v tomto případě nazývá „fáze“; má vyšší potenciál vůči zemi, rovných 220 voltů a s nulovým vyhořením nevznikají žádné problémy.

Nulové vyhoření je možné pouze u třífázových střídavých sítí a pouze při nesymetrii zátěže v každé fázi napájecí sítě. Samotný koncept „neutrálního vodiče“ je použitelný pouze pro připojovací obvod třífázových zdrojů proudu a zátěže podle obvodu „hvězda“, proto má smysl analyzovat pouze tento obvod. Je také dobře známo, že střídavé proudy v každém z fázových vedení (v případě identických zátěží) jsou fázově posunuty o jednu třetinu periody, v důsledku čehož vektorový součet zpětných proudů v neutrálu (nula ) vodič je roven nule.

Protože nulovým vodičem v tomto případě neprotéká elektrický proud, lze se bez něj prakticky obejít. Malé proudy se objevují v nulovém vodiči pouze tehdy, když se zátěže v různých fázích začnou lišit a přestanou se navzájem kompenzovat. Proto má většina třífázových čtyřžilových drátů neutrální jádro s polovičním průřezem, protože nemá smysl plýtvat docela drahou mědí na vodič, kterým stejně neteče proud. Problémy v třífázové elektrické síti se začínají objevovat, když jsou zařízení s různými hodnotami odporu připojena jako jednofázové zátěže.

Jakékoli pokusy nějak získat jednofázové zátěže rovnoměrně rozložené ve výkonu v tomto případě nedávají pozitivní výsledek. To je způsobeno skutečností, že spotřebitel zcela náhodně zapojuje své domácí elektrické spotřebiče, čímž neustále mění hodnotu zatížení v každé jednotlivé fázi. V tomto případě proud protékající nulovým vodičem zpravidla nepřekračuje kritickou hodnotu a kabeláž navržená pro určité proudy je snese bez zvláštních následků.

Zcela jiný obrázek však začal být pozorován v posledních letech, kdy se spínané zdroje rozšířily a jsou dnes instalovány téměř ve všech moderních domácích spotřebičích (počítače, televize, DVD přehrávače atd.).

Zatěžovací proudy v obvodech nových zdrojů tečou pouze po určitou dobu a charakter jejich odběru se výrazně liší od režimu odběru běžných zařízení. V důsledku toho vznikají v třífázovém obvodu další proudy a při zohlednění nesouladu zátěží může neutrálním vodičem začít protékat proud rovný nebo dokonce větší než maximální fázový proud. To vše přispívá ke vzniku podmínek, za kterých může dojít k „nulovému vyhoření“, nebezpečnému pro elektrickou síť.

To je způsobeno tím, že všechny vodiče (včetně nulového vodiče) pracující jako součást třífázových vodičů mají stejný průřez, vybraný z výpočtu maximálního proudu protékajícího zátěží. Za zvláště nepříznivých podmínek (popsaných výše) začne nulovým vodičem protékat proud výrazně překračující přípustné hodnoty. V tomto případě se prudce zvyšuje pravděpodobnost jeho vyhoření.

S takovou situací, která způsobuje výraznou „fázovou nerovnováhu“ a zvyšuje pravděpodobnost „nulového vyhoření“, je třeba počítat při přípravě detailního návrhu vaší domácí elektrické sítě.

Proud nulového vodiče, rovný geometrickému součtu proudů tří fází, je při rovnoměrném zatížení nulový. V důsledku toho nulovým vodičem neprotéká žádný proud a není ho potřeba. Například třífázové střídavé motory jsou připojeny k síti hvězdou bez nulového vodiče.

Protože proud nulového vodiče je roven součtu lineárních proudů, pak při stejném zatížení fází budou součty proudů dopředného a zpětného systému rovny nule a v nulovém vodiči budou pouze proudy neutrálních systémů.

Typ testu má určit proud nulového vodiče v obvodu plné hvězdy. Teoreticky by při symetrickém třífázovém zatížení měl být proud v nulovém vodiči nulový. Prakticky z důvodu asymetrie primárních proudů, nesouměrnosti sekundární zátěže a neshody charakteristik CT není proud v nulovém vodiči obvykle nulový.

Jak je vidět z vektorového diagramu, v režimu otevřené fáze může být ID proudu nulového vodiče poměrně velké. To je třeba vzít v úvahu za provozních podmínek, protože uzemnění nulového bodu obvykle není dimenzováno pro dlouhodobý tok velkých proudů.

Pokud u kabelů s měděnými vodiči o průřezu 35 m nebo více je proud nulového vodiče větší než 50 % fázového proudu, pak je průřez ohebného měděného vodiče (propojky) o jeden krok větší.

Přerušení nulového vodiče neovlivňuje činnost obvodu, protože proud v nulovém vodiči je nulový.

Jedno z primárních vinutí s počtem závitů w je napájeno fázovým proudem a druhé s počtem závitů / wi je napájeno proudem nulového vodiče. Přítomnost druhého primárního vinutí s počtem závitů 11 / XNUMX wi je nezbytná pro kompenzaci proudů s nulovou složkou.

V symetrických třífázových systémech je proud nulového vodiče nulový. V praxi, s neideální symetrií, proud nulového vodiče, i když se liší od nuly, zůstává výrazně menší než fázové proudy. Proto možnost volby menšího průřezu nulového vodiče ve srovnání s průřezem fázových vodičů vede k efektivnějšímu využití vodivých materiálů v třífázových systémech.

Obvod diferenciální ochrany (obr. 13.10, c) používá jeden netočivý proudový transformátor TAZ. Proud v relé KA je úměrný rozdílu mezi magnetickým tokem vytvořeným proudy fázových vodičů a tokem vytvořeným proudem nulového vodiče. V případě externího zkratu na kostru se tento rozdíl blíží nule a proud v relé je nedostatečný ke spuštění ochrany. V případě zemního spojení v ochranné zóně se magnetické toky sečtou, proud v relé překročí provozní proud a ochrana vypne generátor.

V obvodu diferenciální ochrany znázorněném na obr. 12.2, in, je použit jeden netočivý proudový transformátor TAZ. Proud v relé KA je úměrný rozdílu mezi magnetickým tokem vytvořeným proudy fázových vodičů a tokem vytvořeným proudem nulového vodiče. V případě externího zkratu na kostru se tento rozdíl blíží nule a proud v relé je nedostatečný ke spuštění ochrany. V případě zemního spojení v ochranné zóně se magnetické toky sečtou, proud v relé překročí provozní proud a ochrana vypne generátor.

Nechte fáze generátoru a fáze zátěže propojit hvězdou s nulovým vodičem a třífázový napěťový systém na vinutí generátoru je symetrický. Pokud je odpor nulového vodiče nulový, pak pro jakékoli nerovnoměrné fázové zatížení budou všechna tři fázová napětí na zátěžovém konci vedení stejná a rovna fázovému napětí U f na konci řádku generátoru. Proudy ve fázích zátěže budou určeny jejími impedancemi Z 1, Z 2, Z 3.

Předpokládejme nyní, že došlo k nějakému porušení nulového vodiče. Pojmem „porušení“ rozumíme buď výskyt znatelného odporu na nulovém vodiči (například kvůli špatným kontaktům nebo jeho velké délce s malým průřezem), nebo jeho přerušení ( ZN =∞). Podívejme se, jak se změní režim na konci zátěže linky. Pokud je zatížení symetrické, pak v žádném případě, protože v neutrálním vodiči by stále nebyl žádný proud. Možnost úroku je tedy kdy

Označení proudů, napětí a impedancí v obvodu je v tomto případě uvedeno na Obr. 10, a (fázová napětí jsou označena pouze pro fázi 1). Pokud – symetrický systém napětí na fázích generátoru, pak se napětí na fázích zátěže budou nyní, obecně řečeno, lišit od nich, protože v neutrálním vodiči se objeví proud İ N , a tedy určitý pokles napětí. V důsledku toho bodový potenciál n na zatěžovacím konci vedení se bude lišit od potenciálu bodu N , která se považuje za nulovou, hodnotou U n . Vyjádřeme U n pomocí daných fázových napětí a impedancí obvodu.

Podle prvního Kirchhoffova pravidla

Z druhého Kirchhoffova pravidla najdeme:

Proto potenciál uzlu n

Na Obr. 10, b znázorňuje vektorový diagram napětí v obvodu. Systém vektorů fázového napětí tvoří symetrickou hvězdu. Lineární vektory napětí uzavírají konce fázových napětí a vytvářejí pravidelný trojúhelník. Na konci zátěže vedení musí být hvězda fázového napětí vepsána do lineárního trojúhelníku. A protože lineární napětí jsou na konci generátoru a zátěže stejná (zanedbáváme ztráty napětí ve fázových vodičích, abychom zvýraznili pouze vliv rušení v neutrálním vodiči), konce vektorů se shodují v párů (obr. 10, b). A protože pro asymetrickou zátěž jsou její tři fázová napětí různá, bude hvězda jejich vektorů zkreslená, tzn. tečka n jejich společný počátek bude posunut ze středu symetrie N . Velikost takového posunutí je určena vektorem U n. Jak je vidět z Obr. 10, b, postavené z bodu n vektory splňují druhé Kirchhoffovo pravidlo pro každý ze tří obvodů; například pro obvod fáze 1:. V závislosti na impedancích zatěžovací fáze a odporu nulového vodiče bod n může být umístěn kdekoli uvnitř trojúhelníku síťového napětí a dokonce i mimo něj. A to pouze s dokonale vodivou tečkou neutrálního drátu n shoduje se s N pro jakékoli nenulové impedance Z 1, Z 2, Z 3.

Poznámka. Z výše uvedeného je zřejmé, že uzemnění těla zařízení není ekvivalentní jeho uzemnění: ačkoli v blízkosti generátorů (u rozvoden) je nulový vodič vždy uzemněn, tzn. , ale kvůli konečnému odporu nulového vodiče, pokud je symetrie zatížení narušena (a to vždy do určité míry existuje), potenciál .

Takže v případě poruch v nulovém vodiči je symetrie napětí na zátěži narušena: fáze zátěže s nižším odporem je pod sníženým a fáze s vyšším odporem je pod zvýšeným napětím ve srovnání s nominální fází. U f Protože taková porušení režimu jsou pro spotřebitele elektřiny nepřijatelná, je zvláštní pozornost věnována kvalitě neutrálního vodiče. Nejsou v něm instalovány vypínače, pojistky a další zařízení, která mohou způsobit jeho prasknutí. Ze stejného důvodu spotřebitelé nikdy nepoužívají zapojení fází zátěže do hvězdy bez nulového vodiče (obr. 8), pokud je známo, že zátěž napříč fázemi bude asymetrická. Jakékoli porušení nebo přerušení fázového vodiče s dobrou nulou ovlivní pouze spotřebitele této fáze v dalších dvou fázích, napětí se prakticky nezmění.