Přerušení nulového vodiče: následky a ochrana | Publikace.

Klasickou elektrickou síť do 1 kV s pevně uzemněným neutrálem v ideálním stavu lze znázornit ve tvaru rovnostranného trojúhelníku. Každý vrchol obrázku je fáze A, B nebo C a vzdálenost mezi nimi je lineární vektory napětí 380 V. Ve středu trojúhelníku je neutrální N a vzdálenosti od něj ke každé z fází jsou také stejné. Když se moduly těchto vektorů liší, dochází k negativnímu jevu pro elektrotechniku ​​– fázové nevyváženosti. To znamená, že pokud hodnota fázového napětí podél vektorů AN, BN a CN není 220 V, ale například 200, 180 a 240 V, znamená to nestabilní provoz obvodu. Takový stav sítě je nebezpečný nejen pro elektrické zařízení, ale i pro osobu, která je obsluhuje.

Co je fázová nerovnováha

Fázová nerovnováha je stav elektrické sítě skládající se z několika fází, ve kterých napěťové moduly fázových proudů, stejně jako úhly mezi jejich vektory, mají různé hodnoty. Tento jev způsobuje proudovou asymetrii a nestabilní provoz celé sítě, kdy lineární napětí zůstávají konstantní a fázová napětí mají proměnlivé hodnoty.

Jaké je nebezpečí fázové nerovnováhy

Nepříznivým jevem je napěťová nerovnováha mezi fázemi, jejíž příčinou je nesprávné připojení zařízení. To způsobuje prudký pokles kvality elektřiny a účinnosti spotřebitelů připojených k síti. Fázová asymetrie může způsobit následující negativní důsledky:

• Pokud dojde k přepětí, elektrický spotřebič to nemusí vydržet a shořet. Tomuto scénáři se lze vyhnout, pokud se spustí stroj na ovládacím panelu.
• Při poklesu síťového napětí výkon elektrického zařízení neumožňuje jeho efektivní provoz. Při připojení zařízení k síti se zvyšuje startovací proud, což výrazně zvyšuje zatížení.
• Fázová asymetrie může způsobit zvýšenou spotřebu energie.
• Abyste pochopili nebezpečí fázové nerovnováhy v třífázové síti, měli byste si prostudovat rozsahy napětí, ve kterých budou zařízení připojená k síti fungovat bez přerušení. Zpravidla se při nesprávném seřízení fází sníží jejich zdroj deklarovaný výrobcem.

Kromě uvedených důsledků může velký rozdíl napětí mezi fázemi a neutrálem vést ke zkratu. Důsledky tohoto jevu jsou nepředvídatelné – od běžného provozu proudového chrániče přes vyhoření elektroinstalace a elektrických částí zařízení až po vypuknutí požáru.

Přípustné normy napětí v třífázové síti

Ideální symetrie rozložení napětí mezi fázemi a nulovým vodičem během provozu sítě je nemožná. V tomto ohledu jsou podle GOST 13109-97 povoleny následující odchylky:

• Při standardním provozu zařízení nesmí maximální asymetrie rozložení zátěže překročit 15 %. To znamená, že každá hodnota napěťového modulu AN, BN nebo CN je v rozsahu od 187V do 253V.
• Při instalaci elektrického obvodu pomocí rozvodné desky, která obsahuje několik obvodů, lze indikátory fázové nerovnováhy zvýšit dvakrát – až o 2%.

Většina moderních elektrospotřebičů má vnitřní ochranu nebo stabilizátory, které zabraňují poškození v důsledku asymetrie v rámci standardních hodnot.

Známky nestabilního provozu elektrických spotřebičů způsobené nevyvážeností fází

Známky fázové nerovnováhy v síti můžete odhalit pouhým okem. Elektrická zařízení vám zpravidla okamžitě dají vědět o asymetrii rozložení napětí mezi fázemi:

• Jakákoli světelná indikace zařízení začne blikat nebo se rozsvítí příliš slabě.
• Pokud provoz zařízení zahrnuje provoz topné spirály, tepelná energie neumožňuje výrobci získat výkon deklarovaný výrobcem.
• Slabé otáčky oběžného kola elektromotorů, které snižují frekvenci provozu pohyblivých částí zařízení, například bubnu pračky, lopatek ventilátoru nebo vzduchového čerpadla vysavače.

Co se týče provozu složitých elektronických zařízení – televizorů nebo počítačového vybavení, pokud jsou fáze špatně seřízeny, nemusí vůbec jevit známky života a nemusí reagovat na zapnuté napájení.

Negativní důsledky nesouososti

Fázová nesymetrie v třífázovém obvodu, která má za následek nerovnoměrné rozložení napětí, je negativním faktorem pro provoz celé sítě. Když k takovému jevu dojde, je pozorována řada nepříznivých důsledků:

• Poškození zařízení.
• Přepálení elektroinstalace a vinutí elektromotorů.
• Zkrácení provozní doby nepřetržitého provozu zařízení.
• Neustálé zatížení systémů nouzového odstavení sítě.
• Mechanické poškození zdrojů elektrické energie.
• Zvýšené náklady na placení za elektřinu v důsledku její nekontrolované spotřeby.
• Časté poruchy zařízení, ztráta záruky, náklady na opravy.
• Nebezpečí požáru, zkratu, zranění.

Fázová nerovnováha je havarijní stav, a pokud k tomuto jevu dojde, je nutné přijmout neodkladná opatření k jeho odstranění.

Nerovnoměrné připojení zátěže

Nevyváženost fází je způsobena nerovnoměrným připojením zátěže při sestavování obvodu. Zpravidla to ukazuje na nízkou kvalifikaci a závažné chyby instalátora:

• Pokud je odběratelů elektřiny velký počet, musí být do sítě zařazeni ve skupinách a distribuce energie musí probíhat rovnoměrně. Pokud jsou spotřebiče nerovnoměrně seskupeny, může to způsobit asymetrii v rozložení zátěže.
• V případě náhodného nebo chybného odpojení neutrálu od obecného obvodu.
• Pokud je uzemnění nesprávně připojeno přes fázový vodič.

Všechny uvedené chyby nevyhnutelně znamenají fázovou nerovnováhu s negativními důsledky pro zařízení. Pokud dojde k poklesu napětí na jednom z kabelových jader třífázové sítě, pak jsou zbývající vodiče pod zvýšeným zatížením, což vede k asymetrii.

Spínané zdroje

Mnoho výrobců vyrábějících high-tech zařízení se složitou elektronikou se snaží vyhnout riziku fázové nerovnováhy zahrnutím spínaných zdrojů do obvodu. Tato zařízení umožňují dosáhnout určitých efektů, které mají pozitivní vliv na provoz zařízení:

• UPS mění tvar harmonických elektrických oscilací a přizpůsobují jejich trajektorii ideální sinusoidě. Zařízení pracuje na principu nelineárního rozložení zátěže mezi fázemi.
• Zařízení zvládají spotřebovávat elektrický proud dříve, než se vytvoří maximální potenciálový rozdíl v obvodu. Pokud je rozdíl potenciálů malý, UPS přestane spotřebovávat proud úplně. To vede k vyrovnání zkreslení a stabilizaci provozu elektrického zařízení.

Každý počítač, televizor nebo domácí elektrospotřebič vybavený elektronickým mikroobvodem je vybaven spínaným zdrojem, který může výrazně prodloužit jejich životnost a odstranit poruchy.

Metody ochrany

V praxi existuje několik způsobů, jak chránit zařízení před fázovou nerovnováhou v elektrické síti:

• Při výběru jádra kabelu, které odolá zvýšenému zatížení způsobenému fázovou nerovnováhou.
• Správné připojení spotřebitelů elektřiny k síti s rovnoměrným rozložením zátěže mezi fázemi.
• Zařazení do sítě doplňkového stabilizačního zařízení, které vyrovnává asymetrii při provozu domácích spotřebičů.
• Před organizací domácí sítě byste měli nejprve vypracovat projekt, vytvořit schéma připojení a vzít v úvahu rovnoměrné rozložení zátěže na každý prvek obvodu.
• Zařízení v rozvodném panelu relé, které umožňuje fázové řízení.

Při výstavbě rozšířené sítě se zařízeními pracujícími současně by bylo nejlepším řešením, jak se zbavit fázové nerovnováhy, instalace transformátoru, který dokáže současně stabilizovat provoz sítě a zajistit požadované proudové parametry.

Přerušený nulový vodič

Přerušení nulového vodiče je nejzřejmější a nejběžnější příčinou fázové nerovnováhy. Tento jev se týká nouzového stavu a je charakterizován následujícími znaky:

• Jakékoli jednofázové zařízení téměř okamžitě nefunguje a shoří.
• Napětí 220V generované v domácí síti je okamžitě převedeno na 380V.
• Klasické schéma rovnostranného trojúhelníku s paprskovými vektory připojenými k neutrálu ve středu je porušeno, což způsobuje asymetrii v rozložení fázových napětí.

Pokud se nulový vodič v panelu přeruší, měl by se okamžitě spustit jistič nouzového vypnutí. Pro obnovení normálního provozu obvodu je nutné naléhavé řešení problémů.

Důsledky přerušení nulového vodiče

Když se nulový vodič přeruší, obvykle nastanou následující nepříznivé důsledky:

• Funkci neutrálu přebírá fázový vodič, který je maximálně zatížen.
• Napětí na tomto jádru vzroste na maximálních 380V, přičemž v nejlehčím zatíženém kabelu naopak klesne, až na 127V.
• Při provozu všech spotřebičů v místě připojení zařízení bude na obou fázích pozorováno napětí 380 V bez nuly. To povede k nekonstruovanému zatížení každého elektrického spotřebiče a jeho poruše. Při dlouhodobém provozu sítě s přerušeným nulovým vodičem také selhávají spínané zdroje, což má za následek vyhoření složitých elektronických zařízení.
• Zařízení připojená na konec elektrického obvodu jsou ohrožena požárem, protože při nesprávném seřízení fází na nich RCD často nefunguje.

Nejzávažnější důsledky přerušení nulového vodiče při absenci zemnícího kabelu jsou pozorovány, když dojde ke zkratu a vodivé části zařízení jsou pod napětím. V takových situacích se zvyšuje riziko úrazu elektrickým proudem, což znamená ohrožení zdraví.

Metody ochrany

Aby se zabránilo přerušení nulového vodiče nebo aby byla zajištěna řádná ochrana, je třeba provést následující opatření:

• Všechny kabely v okruhu musí být správně zapojeny v souladu s pořadím. Práce musí provádět odborný montážník, který má přístup k práci s elektroinstalacemi minimálně 3 kategorií.
• Je nutné pravidelně kontrolovat spolehlivost připojení svorek v panelu. Volný kontakt má za následek jiskru, oxidaci kovových částic a v důsledku toho jejich roztavení.
• Pokud je kabel položen vzduchem, musí být chráněn před negativními vlivy prostředí – zatížením větrem a ledem.
• Proudové chrániče zahrnuté v okruhu nouzového vypnutí musí být přesně navrženy pro kritickou zátěž a pracovat v co nejkratším čase.
• Je možné se vyhnout přerušení nulového vodiče, pokud je na vedení instalováno stabilizační zařízení, které umožňuje vyrovnat fázovou nerovnováhu.

Aby se předešlo nehodě, je nutné věnovat zvýšenou pozornost kvalitní instalaci, instalovat další ochranná zařízení a také pravidelně provádět kontrolní a preventivní práce na elektrickém obvodu.

Důvody fázové nesymetrie v jednofázové síti

K fázové nerovnováze přispívá několik důvodů, které se dělí na interní, související se sítí a externí:

1. Vnitřní důvody:

• Nerovnoměrné zatížení mezi fázemi, když jsou k obvodu připojeny spotřebiče.
• Zanedbání koeficientu jednorázového provozu elektrických přijímacích zařízení.
• Chyby v účtování nerovnoměrnosti zatížení v závislosti na jeho typu – indukční nebo kapacitní.

1. Vnější příčiny:

• Porucha na vedení vysokého napětí vedoucího k transformátoru.
• Pokud jsou závady na elektrických izolátorech vnějšího kabelového vedení.
• Pokud jsou do společného vedení vysokého napětí zařazeny spotřebiče s nesrovnatelně větším výkonem.

Příčinou fázové nerovnováhy a potřeby instalace ochranných zařízení jsou nejčastěji kombinace vnějších a vnitřních faktorů. To vyžaduje při výskytu poruchy komplexní kontrolu celého kabelového vedení.

Ochrana proti fázové nesymetrii v jednofázové síti

Pro zajištění ochrany proti fázové nesymetrii v jednofázové síti je nutné zajistit, aby v obvodu byla zahrnuta následující zařízení:

• Napěťové rázy zachycují proudové chrániče, které obvod včas otevřou a zabrání tak poruše zařízení.
• Pro neustálé sledování asymetrického přerozdělení zátěže je v síti instalován stabilizátor napětí. Při instalaci zařízení je dosaženo ochrany proti fázové nesymetrii.
• Pro stabilní provoz jednofázové sítě odborníci také doporučují instalaci speciálních transformátorů, které zajišťují symetrické rozložení zátěže.

V některých případech je povoleno použití kondenzátorů s proměnnou kapacitou a nízkou proudovou vodivostí.

Odstranění fázové nerovnováhy

Fázovou nerovnováhu lze odstranit několika způsoby. Náprava tohoto negativního jevu připojením dalšího zařízení k síti je méně efektivní původně zvolené správné připojení:

• Vzhledem k tomu, že fázová nerovnováha je nouzová situace, lze ji snadno odstranit přerozdělením zátěže. K tomu jsou všichni spotřebitelé připojeni k okruhu tak, aby každý stroj měl rovnoměrné rozložení zátěže.
• Pokud se kabel přetrhne, je nutné závadu opravit.
• Při připojování zařízení je třeba vzít v úvahu koeficient současného použití každého zařízení, aby se zabránilo vytváření špičkových zatížení na jedné fázi.

Pokud jsou splněny všechny výše uvedené podmínky, lze se vyhnout fázové nesymetrii, pokud problém nesouvisí s vnějšími faktory a problémy s fungováním vysokonapěťové sítě.

Důvody fázové nevyváženosti v třífázové síti

Určení příčiny fázové nerovnováhy v třífázové síti je velmi jednoduché, k tomu je třeba zkontrolovat zařízení na jednu ze tří možných poruch spojených s výskytem asymetrie a napěťových rázů:

• Nesprávná distribuce mezi jednofázovými spotřebiči elektřiny v síti se současným zapnutím, což má za následek přetížení jedné fáze a podtížení druhé.
• V případě poruchy nulového kabelu, která způsobí prudký nárůst napětí, když jeden z fázových vodičů začne fungovat jako nulový vodič.
• Když je fázový vodič uzemněn, což má za následek zkrat a aktivaci automatického ochranného zařízení.

Pokud je zjištěn některý z výše uvedených důvodů, je nutné problém odstranit pro normální provoz všech elektrických zařízení připojených k síti.

Ochrana proti fázové nesymetrii v třífázové síti

Aby byla zajištěna ochrana proti fázové nerovnováze, než dojde k negativním nevratným důsledkům, měla by být přijata řada preventivních opatření:

• Integrace relé pro monitorování fázového proudu do sítě. Zařízení zajišťuje nepřetržité čtení napěťových rázů. Zařízení má předem nastavené okrajové podmínky, při jejichž dosažení automaticky odpojí obvod.
• Před připojením zařízení k síti je nutné zkontrolovat fázové vodiče a nulový vodič na přerušení a spolehlivost kontaktů.
• Zařazení 3fázových stabilizačních zařízení do obecné sítě. Před nákupem byste se měli seznámit s technickými vlastnostmi, protože vyrovnání napětí nevyhnutelně znamená ztrátu energie.

Pro zajištění nepřetržitého provozu sítě po celou dobu provozu by měl být instalován transformátor, který zajišťuje symetrii rozložení zátěže bez ohledu na počet a výkon spotřebitelů.

Odstranění fázové nesymetrie v třífázové síti

Chcete-li odstranit fázovou nerovnováhu v třífázové síti, musíte postupně provést určité kroky:

• Změňte schéma připojení elektrických spotřebičů k síti s přerozdělením zátěže na základě jejich jednorázového provozu.
• Prvotní montáž řetězu dle předem vypracovaného projektu, eliminující fenomén asymetrie.
• Zařazení do sítě třífázového stabilizátoru navrženého pro maximální dovolené zatížení daného obvodu.

Pro odstranění následků zkreslení je nutné instalovat stroje se správně zvolenými parametry.

Výpočet fázové nevyváženosti

Výpočet fázové nerovnováhy lze provést v jednom kroku pomocí vzorce:

U_min – minimální napětí na jedné z fází,

U_max – maximální napětí na opačné fázi.

Je to bezrozměrná veličina, která se určuje jako procento jmenovitého napětí v síti.

Přípustná fázová nerovnováha PUE

Podle PUE, což jsou regulační dokumenty, je přípustná fázová nerovnováha v třífázové síti následující hodnoty:

• Pokud je nesouosost zjištěna v rozvodných panelech (DP), maximální poměr napětí nemůže dosáhnout více než 30 %.
• V případě, že je na ASU – vstupních distribučních zařízeních pozorována nerovnováha – 15%.
• Pokud je asymetrie zjištěna v opačném pořadí – 2%.
• Fázová nerovnováha v pozitivní sekvenci by neměla být větší než 4 %.

Pokud jsou zjištěny odchylky ve stanovených rozmezích, provoz elektroinstalace nezpůsobuje poruchu zařízení a eliminuje zkraty, což snižuje riziko úrazu elektrickým proudem. Přípustná fázová nerovnováha v proudu PUE se porovnává se skutečným indikátorem na základě provedených měření, což nám umožňuje vyvodit závěr o provozuschopnosti sítě.

Závěr

Fázová nesymetrie v třífázové síti je negativní jev, ke kterému dochází, když jsou zátěže nesprávně rozděleny mezi pevně uzemněný nulový vodič a fázový kabel. Příčinou těchto problémů může být zpravidla nesprávná montáž obvodu a zanedbání koeficientu sdílení zařízení v něm obsaženého. Veškeré spojovací práce musí být provedeny v přísném souladu s projektem a do sítě musí být integrována stabilizační zařízení. Chcete-li odstranit fázovou nerovnováhu, musíte změnit schéma síťového připojení nebo nainstalovat speciální transformátor na vstup.

V třífázových energetických sítích, rozšířených v Rusku, je zátěž nejčastěji připojena jako „hvězda“, to znamená pomocí neutrálního vodiče. V takovém obvodu je napětí mezi fází a „nulou“ asi 220 V a mezi fázemi asi 380 V.

Špatné připojení nebo chyba elektrikáře může vést k nebezpečné situaci zvané „přerušení nulového vodiče“. Musíte pochopit, že přerušení vodiče samo o sobě nezpůsobí poruchu zátěže, ale způsobuje změnu napětí v síti. Pokud se tedy na panelu vstupujícím do domu ztratí kontakt na nulovém vodiči a je připojeno rovnoměrné zatížení (například třífázový motor), bude vše fungovat normálně. V praxi se však zatížení fází liší jmenovitou hodnotou. A čím větší je tento rozdíl, tím větší je fázová nerovnováha.

Faktem je, že hodnocení nulového vodiče v domě (vchod, dílna nebo jiná část sítě) se posune od skutečné nuly směrem k nejvyšší zátěži (nejmenší odpor). Pokud je ve fázi A žárovka 40 W, ve fázi B počítač 200 W a k fázi C je připojeno 3000 W topidlo, pak se napětí v místní síti ve fázi C přiblíží nule, ve fázi A bude být téměř 380 V a ve fázi B – méně, například 350 V. Je jasné, že to povede k poruše jak žárovky, tak počítače. Snížené fázové napětí může mít také katastrofální následky pro připojenou zátěž. Poškodí se také třífázová zátěž (například motor čerpadla) připojená k síti s takovou nerovnováhou.

Pokud dojde k přerušení nulového vodiče v dřívější části sítě, například v rozvaděči velké dílny nebo vesnice, nebude se hodnocení připojených zátěží tolik lišit a potenciál na „nule“ se bude „float“, dokud to nepovede k poruchám a nouzovému vypnutí sítě. Kromě výpadku připojených zařízení nastávají i nebezpečné momenty. Nadměrné napětí může způsobit požár! Nepokoušejte se otestovat síť připojením jiné zátěže. Při práci s elektrickými zařízeními dodržujte bezpečnostní pravidla. Pamatujte, že nulový vodič může mít životu nebezpečné napětí až 220 V!

Pokud žijete v bytě a používáte jednofázové síťové připojení, neměli byste předpokládat, že přerušení nulového vodiče vás neovlivní. Vaše jednofázová síť je jen částí jedné fáze větší třífázové sítě. Například ve vchodu jsou tři fáze a v patře jsou rozděleny mezi byty. Pokud se tedy nulový vodič přeruší, v některých bytech bude napětí příliš nízké a v jiných příliš vysoké, což povede minimálně k masivním poruchám elektrických spotřebičů.

Jak se chránit před následky zlomeného neutrálního vodiče? Zátěž musíme vypnout, když se napětí mezi fází a nulovým vodičem zvýší (stejně jako když klesne pod nastavené minimum). K ochraně třífázových spotřebitelů elektřiny se používají třífázová napěťová relé. Například RN-03-02 (obr. 1) vypne třífázovou zátěž pomocí externího startéru. Schéma zapojení na obr. 2.

Napěťové relé RN-03-30 (obr. 3) umožňuje připojit zátěž bez použití startéru, protože má vestavěna tři výkonná relé.

Pokud máte jednofázovou síť nebo k třífázové síti připojujete pouze jednofázové zátěže, můžete použít jednofázové relé RN-01-02, RN-01-30, RN-01-63 ( viz obrázky níže). Tato relé se liší maximálním výkonem připojené zátěže. V případě jednofázových zátěží připojených k třífázové síti budou zapotřebí tři relé. Relé RN-01-02 je určeno pro zátěžový proud do 10A, výkonnější zátěže se připojují přes startér (schéma je na obr. 7).

Kromě zvýšeného nebo sníženého napětí v síti jsou třífázové zátěže vystaveny dalším nebezpečným havarijním faktorům. Musí být chráněny před slepením fází a narušením sledu fází. Fázové řídicí relé RKF-03-02, relé ochrany elektromotoru RZD-03-02, RZD-03-30 ochrání před těmito nouzovými situacemi. Tato zařízení poskytnou nejúplnější ochranu třífázových zátěží. K síti se připojují stejným způsobem jako napěťové relé.

Reléová ochranná zařízení sítě zajišťují odpojení odběratelů elektřiny při mimořádné odchylce napětí v síti a tím chrání připojené elektrospotřebiče před poruchou a samotnou síť před poškozením a případným požárem. Po odstranění příčiny nouzového vypnutí napěťové relé zkontroluje parametry napětí v síti a připojí zátěž.

Zdroj: Yu. N. Susha, LLC SPC „Istion-Health“

Přihlaste se k odběru Elec.ru. Jsme v Telegramu, VKontakte a Odnoklassniki