Nulový vodič – jeho účel, princip fungování a rozdíly od fázového vodiče

Nulový vodič je prvek používaný k vyrovnání napětí mezi fázemi v elektrických instalacích. Jeho úlohou je zabránit požárům a požárům, protože tvoří součást neutrálu, společného bodu vinutí generátoru nebo transformátoru, který je často zapojen do hvězdicového obvodu.

1. Co je neutrální vodič
2. Princip činnosti
3. Provozní režimy
4. Jaké je nebezpečí poškození nulového vodiče?
5. Reakce elektrických spotřebičů na nulovou ztrátu
6. Úkoly a účel nulového vodiče
7. Opětovné uzemnění
8. TN
9. TN-C
10. TT
11. IT
12. Co je zemnící a neutrální vodič
13. Schéma zapojení nulového vodiče a uzemnění
14. Pravidla neutrálního připojení

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.

Jak správně vypočítat průřez drátu?

Výpočty velikosti vodičů jsou důležité pro zajištění bezpečnosti a účinnosti elektrických systémů. Průřez vodiče musí být dostatečný pro přenos požadovaného proudu bez přetížení a přehřátí. Chcete-li vypočítat velikost drátu, postupujte takto:

1. Určete maximální proud: Zjistěte maximální proud, který proteče drátem v daném elektrickém obvodu. To může být uvedeno ve specifikacích zařízení nebo ve schématu elektrické sítě.
2. Vyberte materiál drátu: Různé materiály vodičů (měď, hliník atd.) mají různé odporové charakteristiky. Měď je obecně účinnější vodič než hliník.
3. Použijte tabulky průřezů drátů: Národní nebo místní předpisy obvykle obsahují tabulky, které definují přijatelné velikosti vodičů pro určité proudy a podmínky. Tyto tabulky poskytují doporučení a omezení týkající se průřezu vodičů.
4. Vypočítejte průřez drátu: Pomocí tabulek a s ohledem na maximální proud najděte vhodnou velikost vodiče. Ujistěte se, že vybraná sekce splňuje nebo překračuje požadavky.
5. Zvažte délku vodiče a pokles napětí: Pokud je délka vodiče značná, může být významný pokles napětí. Zvažte zvětšení průřezu vodiče, abyste snížili pokles napětí.
6. Zkontrolujte místní předpisy: Některé regiony mohou mít specifické předpisy a požadavky na výpočet průřezů vodičů. Nezapomeňte zkontrolovat místní předpisy.
7. Konzultace s profesionály: Pokud si nejste jisti svými schopnostmi nebo máte složité podmínky, je nejlepší poradit se s elektrikářem nebo inženýrem, abyste zajistili správnost výpočtů.

Nezapomeňte, že správné dimenzování vodičů je důležité pro prevenci přetížení, zlepšení účinnosti sítě a zajištění bezpečnosti.

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.

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.

<strong>Vlastnosti činnosti třífázových obvodů</strong>

Zcela odlišná 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.

<strong>Neutrální vodič v třífázových sítích a efekt „nulového vyhoření“.</strong>

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).

<strong>Vlastnosti provozu obvodů s elektrickým neutrálem</strong>

Při připojení konkrétního spotřebitele k elektrickému vedení, které nutně obsahuje 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.

<strong>Jak je označen a označen neutrální vodič?</strong>

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.

<strong>Vlastnosti výběru průřezu nulové sběrnice</strong>

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 z důvodu 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

<strong>Účtování provozních ukazatelů elektrické sítě</strong>

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.

Související témata:

• Vyrovnání potenciálu. Typy a aplikace. Instalace
• Ochranné uzemnění. Práce a zařízení. Aplikace a funkce