Нейтральный проводник
Нейтральный проводник является живым проводником, который подключен к нейтральной точке системы и способен вносить свой вклад в передачу электроэнергии. Нейтральная точка обычно, но не обязательно связана со звездой трансформатора или генератора.
Основные соображения по нейтральному и защитному проводнику в энергосистеме низкого напряжения (фото: EEP)
На практике в электроустановках нейтральная точка системы имеет нулевой потенциал. На самом деле, если система сбалансирована, то из векторной диаграммы f между фазами и напряжениями звезды получается, что нейтральная точка совпадает с центром тяжести треугольника.
С физической точки зрения нейтральная точка становится доступной в случае звездообразного соединения фаз.
В противном случае, если соединение имеет тип дельта, нейтральную точку можно сделать доступной, исходя из фаз, совокупность трех звездообразных импедансов эквивалентного значения.
Функции нейтральных проводников:
Функция №1
Обеспечивая напряжение U 0, которое отличается от межфазного напряжения U n (см. Рис. 1).
Рисунок 1 - Обеспечение наличия напряжения U 0, которое отличается от межфазного напряжения U
Функция №2
Однофазные нагрузки функционально независимы друг от друга (рис. 2). При распределении нейтрали однофазные нагрузки всегда подаются напряжением U 0.
Рисунок 2a - При распределении нейтрали однофазные нагрузки всегда подаются напряжением U 0
В отсутствие нейтрали отключение нагрузки может привести к тому, что другие нагрузки будут работать при напряжении, равном U n / 2.
Рисунок 2b - В отсутствие нейтрали отключение нагрузки может привести к тому, что другие нагрузки будут работать при напряжении, равном Un / 2.
Функция № 3
Без нейтрали сумма токов должна быть равна нулю, что приводит к сильной диссимметрии фазных напряжений.
Рисунок 3а. Без нейтрали сумма токов должна быть равна нулю, что приводит к сильной диссимметрии фазных напряжений
Наличие нейтрального связывает реальную звездную точку с идеальной.
Рисунок 3b. Наличие нейтрали связывает реальную звезду с идеальной точкой
Функция №4
Выполнение функции защитного проводника (ПЕН) при определенных условиях (рисунок 4). В системе TN-C нейтральный проводник также является защитным проводником.
Рисунок 4 - Функция защитного проводника (PEN) при определенных условиях
Защита и отключение нейтрального проводника
В ненормальных условиях нейтральный проводник может иметь напряжение на землю, которое, например, может быть связано с отключением, вызванным случайным разрывом или вмешательством однополюсных устройств (предохранителей или однополюсных автоматических выключателей).
Следует обратить внимание на то, что эти аномалии могут иметь тяжелые последствия, если нейтральный проводник используется также в качестве защитного проводника, как в системах TN-C.
ПРИМЕЧАНИЕ. Что касается этих систем распределения, Стандарты запрещают использование любого устройства (однополюсного, а также многополюсного), которое может разъединить проводник PEN и предписать минимальные площади поперечного сечения (см. Следующий абзац), необходимые для рассмотрения пренебрежимо малая вероятность разрыва из-за случайных причин.
Как видно, в четырехполюсной схеме отключение нейтрального проводника может только изменить напряжение питания однофазного устройства, которое подается от напряжения, отличного от напряжения фазы.
Поэтому защита нейтрального проводника не должна обеспечиваться однополюсными устройствами. Защита и отключение нейтрального проводника различаются в зависимости от характера распределительных систем: систем TT или TN и ИТ-систем.
Советы для систем TT или TN
Совет № 1 - Если площадь поперечного сечения нейтрального проводника по меньшей мере равна или больше, чем у фазных проводов, нет необходимости обеспечивать обнаружение перегрузки по току для нейтрального проводника или разъединительного устройства для этого проводника (нейтральный защищен и не отключен).
Системы TT всегда требуют отключения нейтрального проводника, системы TN-S не требуют, чтобы нейтральный проводник был отсоединен для трехфазного контура плюс нейтраль.
Совет № 2 - Для нейтрального проводника не требуется обеспечить обнаружение перегрузки по току, если одновременно выполняются два следующих условия:
- Нейтральный проводник защищен от короткого замыкания защитным устройством для фазных проводников цепи и
- Максимальный ток, который, вероятно, переносится нейтральным проводником, при нормальном обслуживании, явно ниже, чем значение токопроводящей способности этого проводника;
Совет № 3 - Если площадь поперечного сечения нейтрального проводника меньше, чем площадь фазного провода, необходимо обеспечить обнаружение перегрузки по току для нейтрального проводника, так что отсоединение фазных проводников, но не обязательно от нейтрального проводник, вызван (нейтральный защищен, но не отключен).
В системах TN-C нейтральный проводник служит также в качестве защитного проводника, и поэтому его нельзя отсоединить. Кроме того, в случае разъединения нейтрального проводника во время замыкания на землю, проводящие части, подверженные воздействию электричества, будут иметь номинальное напряжение на земле системы.
Советы для ИТ-систем
Совет №1 - Если распределяется нейтральный проводник, обычно необходимо обеспечить обнаружение перегрузки по току для нейтрального проводника каждой цепи, что приведет к отключению всех жильных проводников соответствующей цепи, включая нейтральный проводник.
Обнаружение перегрузки на нейтральном проводнике не требуется, если:
- Нейтральный проводник эффективно защищен от короткого замыкания защитным устройством, расположенным со стороны источника питания (т.е. расположенным в начале установки).
- Схема защищена устройством остаточного тока с номинальным остаточным током, не превышающим 0, 15 от токовой нагрузки соответствующего нейтрального проводника. Это устройство должно отсоединить все живые провода, включая нейтраль.
В таблице 1 приведены вышеперечисленные пункты (TT / TN-S, TN-C и ИТ-системы):
Таблица 1 - Защита и отключение нейтрального проводника в системах TT или TN и ИТ-системах
Где:
- Минимальное требование, предписанное стандартами установки только для систем TN-S, тогда как для систем TT требуется, чтобы нейтральный проводник всегда отсоединял
- Конфигурация, предложенная ABB
- Возможная конфигурация, если пункт b) проверен
Блок-схема «защиты нейтрального проводника»
Рисунок 5: Блок-схема «защиты нейтрального проводника»
Определение минимальной площади поперечного сечения нейтрального проводника
Нейтральный проводник, если он есть, должен иметь ту же площадь поперечного сечения, что и линейный проводник в следующих двух случаях:
- В одно- или двухфазных цепях, независимо от поперечного сечения проводника.
- В трехфазных цепях, когда поперечное сечение линейного проводника меньше или равно 16 мм 2 в меди или 25 мм 2 в алюминии.
Сечение нейтрального проводника может быть меньше поперечного сечения фазного проводника, когда поперечное сечение фазного проводника больше 16 мм 2 с медным кабелем или 25 мм 2 с алюминиевым кабелем, если выполняются оба следующих условия:
- Сечение нейтрального проводника составляет не менее 16 мм 2 для медных проводников и 25 мм 2 для алюминиевых проводников.
- Не существует высокого гармонического искажения тока нагрузки. Если есть высокое гармоническое искажение, как, например, в случае разрядных ламп, поперечное сечение нейтрали не может быть меньше поперечного сечения фазных проводников.
Резюмируем в таблице 2:
|
Сечение фазы S (мм 2) |
Минимум нейтральное поперечное сечение S N (мм 2) |
|
| Однофазные / двухфазные схемы Cu / Al | Любые | S * |
| Трехфазные схемы Cu | S ≤ 16 | S * |
| S> 16 | 16 | |
| Трехфазные схемы Al | S ≤ 25 | S * |
| S> 25 | 25 |
* В системах распределения TN-C Стандарты предписывают для проводников PEN минимальное поперечное сечение 10 мм 2, если оно выполнено из меди и 16 мм 2, если алюминий.
Защитный проводник
Определение минимальных сечений
Минимальное поперечное сечение защитного проводника PE можно определить, используя таблицу 3 ниже:
|
Сечение фазного проводника S (мм 2) |
Площадь поперечного сечения защитного проводника S PE (мм 2) |
| S ≤ 16 | S |
| 16 <S ≤ 25 | 16 |
| S> 25 | S / 2 |
Для более точного расчета и предположения о том, что защитный проводник подвергается адиабатическому нагреву от начальной известной температуры до конечной заданной температуры (поэтому применительно к временам исчезновения неисправности не более 5 с) минимальное поперечное сечение защитного проводника S PE можно получить, используя следующую формулу:
где:
- S PE - поперечное сечение защитного проводника в (мм 2)
- I - среднеквадратичный ток через защитный проводник в случае неисправности с низким импедансом в (A)
- K - постоянная, которая зависит от материала защитного проводника, от типа изоляции и от начальной и конечной температуры.
Константа K может быть взята из таблиц Стандартов или рассчитана по следующей формуле:
где:
- Q c - теплоемкость на единицу объема материала проводника в (J / ° C × мм 3)
- B - это инверсный температурный коэффициент удельного сопротивления при 0 ° C для проводника
- ρ 20 - удельное сопротивление проводящего материала при 20 ° C (Ω × мм)
- θ i - начальная температура проводника в (° C)
- θ f ì конечная температура проводника в (° C)
θ i и θ f зависят как от изоляционного материала, так и от типа используемого кабеля. Более подробную информацию см. В стандарте.
В таблице 4 показаны наиболее распространенные значения вышеупомянутых параметров:
| материал |
В (° С) |
Q c (Дж / ° С ∙ мм3) |
ρ 20 (Ом ∙ мм) |
|
| медь | 234, 5 | 3, 45 × 10 -3 | 17.241 × 10 -6 | 226 |
| алюминий | 228 | 2, 5 × 10 -3 | 28.264 × 10 -6 | 148 |
| Свинец | 230 | 1, 45 × 10 -3 | 214 × 10 -6 | 42 |
| Стали | 202 | 3, 8 × 10 -3 | 138 × 10 -6 | 78 |
Если в таблице Стандартов или формуле не предусмотрено стандартизованное поперечное сечение, необходимо выбрать защитный проводник с более крупным стандартизованным поперечным сечением.
Независимо от того, используется ли таблица или формула, поперечное сечение защитного проводника, которое не является частью питающего кабеля, должно быть не менее:
- 2, 5 мм 2, если предусмотрена механическая защита
- 4 мм 2, если механическая защита не предусмотрена
Ссылка // Системы распределения и защита от непрямого контакта и замыкания на землю компанией ABB