Uzemnění ve dvouvodičové síti, když není uzemnění. Myšlenky nahlas / Habr

Mnohým se tento článek samozřejmě nebude líbit, a to jak z technického hlediska, tak z hlediska bezpečnosti. Už vidím, jak někdo šel na PUE nebo TCP (v Bělorusku se tomu říká „Technický kodex zavedené praxe“), aby mi řekl, že to nelze udělat. To je s největší pravděpodobností pravda, ale chci napsat článek. A na tomto webu není kde utratit vydělanou karmu (ve smyslu použití těchto bodů ve prospěch sebe nebo někoho jiného).

Vše, co je napsáno níže, by nemělo být považováno za výzvu k akci. Berte to jako logické cvičení pro váš mozek.

Budeme hovořit o dvou dobře známých problémech v obytných budovách, kde není samostatný zemnící vodič, a to i ve formě rozdělení PEN na PE a N v ASU budovy:

1. Jak se uzemnit tam, kde žádná „země“ není?
2. Ochrana při spálení hlavního nulového vodiče

Bez ochranného vodiče

Jedinou možností ochrany osoby před úrazem elektrickým proudem, když se fáze dotýká neuzemněného (a nenulovaného) těla elektrického zařízení, je elektromechanický RCD. Existuje také PES (Potential Equalization System), ale pokud není správně uzemněn, může nést ještě větší riziko.

Všechno je zde jednoduché, když tudy protéká proud podmíněný rod – lidské tělo – elektrické zařízení tělo RCD se spustí podle rozdílu proudu přitékající a odtékající nulou a fází. To znamená, že nezáleží na tom, kterou cestou se tento aktuální únik vydá: fáze-podlaha, nulové pohlaví nebo fáze a vyhořelá nula – patro – RCD bude fungovat v kterékoli z těchto možností. Důležité stejný směr tyto proudy.

Ale kromě bezpečnosti existují potíže, které jsou někdy nepřekonatelné:

1. Elektrický spotřebič „kousne“ díky svým konstrukčním prvkům (kondenzátory v napájecím zdroji).
2. Elektrický spotřebič zpočátku „nekousal“, ale začal „kousat“, přičemž stále funguje jako dříve. Otočení zástrčky v zásuvce nepomáhá. Na opravy nejsou peníze, čas atd., chci jen eliminovat „kousání“ nebo dokonce „škubání“ a používat to do úplného rozbití.
3. Elektrické zařízení „nekouše“, ale kvůli přítomnosti „chodícího“ napětí na těle nechce normálně fungovat (například dlouhý USB kabel z počítače do tiskárny, hučení v reproduktorech audio zesilovačů, špatný příjem rádia atd.).

Aby se zbavili těchto problémů, mnozí obětují bezpečnost připojením krytů elektrických zařízení přímo k „uzemnění“ ve formě topných trubek, armatur, nebo pokud to podmínky dovolí: zakopáním kovového kolíku do země. Nebezpečí těchto metod „uzemnění“ je již dlouho známo. V určitých úsecích trasy mohou být trubky spojeny spíše plastem než kovem a mají vysokou odolnost proti uzemnění. Unikající proudy z elektrických spotřebičů přispívají k rychlé korozi potrubí. Pokud se fáze dotkne těla, jistič nebo proudový chránič nemusí fungovat, pokud jsou protékající proudy malé. Nebezpečí úrazu elektrickým proudem bude hrozit nejen tomu, kdo takové uzemnění provedl, ale i všem, kteří se náhodou ocitli v postiženém místě (instalatér měnící potrubí nebo sousedé v patře pod a nahoře).

Zrušení štítu

Zde je nutné udělat odbočku.

Přestože v našich elektrických sítích je nula připojena k zemní smyčce v trafostanici, kvůli nerovnoměrnému proudovému zatížení napříč fázemi a také velké délce kabelových vedení, pro vzdálené spotřebitele elektřiny, napětí mezi nulou a zemí může být více než deset voltů. Také na nulovém vodiči je pokles napětí!

Když stojíte na mokré betonové podlaze a dotýkáte se rukama těla vynulovaného ohřívače vody nebo kovové baterie spojené kovovými hadicemi, toto napětí rozhodně cítíte. A pokud připojíte neutrální vodič ke kovovým trubkám nebo jiným konstrukcím uloženým v zemi, může jimi protékat tak slabý proud několika ampérů.

Tzn., že ani teoreticky nelze uzemnit každý nulový vodič, pokud je pevně zašroubován do ASU s PEN rozděleným na PE a N. Takové případy se stávají například, když budova nemá vlastní zemnící smyčku. Potenciál vznikne mezi skutečnou zemí (spojovací bod na TP zemní smyčky a výstupní nulový vodič) a oddělenou „země“ v ASU budovy.

Pokud nula „nekousne“, můžete fantazírovat o tom, jak se s ní můžete chránit, dokud je neporušená. A abychom věděli, že je intaktní, je potřeba se přiložit k určitému bodu, který bude mít alespoň teoreticky vůči zemi konstantní nulový elektrický potenciál (referenční napětí). Tento bod může být místem, kde je nulový vodič připojen k uzemňovací sběrnici na trafostanici, a samotná zem může být jako ideální vodič, na kterém podmíněně nedochází k žádnému poklesu napětí v sekci „uzemnění trafostanice – zem připojené budovy“. Zde je například citace z jednoho komentáře na YouTube na stejné téma

. existuje takový koncept (statistický (umělá 0), pokud jej použijete relativně k přirozené 0, můžete tento problém vyřešit mnohem snadněji a levněji). Rozdíl mezi umělým 0 a přirozeným dosahuje při zkreslení a fázových zlomech od 0,5 do 10 V. Testováno empiricky.

Důležitou podmínkou takového „referenčního uzemnění“ je schopnost procházet proudem dostatečné velikosti ke spuštění ochrany, přičemž výsledné napětí mezi „referenčním uzemněním“ a „přirozenou zemí“ by nemělo překročit nebezpečné hodnoty, např. 30 voltů.

Kde najít takové referenční uzemnění v bytě je velká otázka. Z výše popsaných důvodů odstraňujeme rozvody topení, vody a plynu. Možnost napojení na EMS v koupelně, ale není známo, jak je tato EMS propojena mezi sebou a do ostatních bytů, je nebezpečná. Ukazuje se, že jedinou možností je vyztužení stěn a stropu, svařené dohromady a mající odpor vůči skutečné zemi menší než 1 kOhm. I když ve zděné nebo dřevostavbě to tak být nemusí.

Ale pokud ano, můžete otestovat jeho „kvalitu“. Vezměte voltmetr a změřte napětí mezi nulou v zásuvce a armaturou ve zdi. Pokud není nula, ale např. 3 a více voltů, zkratováním nuly a kotvy přes pojistku 100 mA by tato pojistka měla shořet (za předpokladu, že odpor mezi kotvou a skutečnou zemí je malý). Nebo pokud se napětí mezi nulou a armaturou blíží nule, zapojte do obvodu korunovou baterii do série a přidejte 9 voltů.

Spálená pojistka je indikátorem úspěšného testu „referenčního uzemnění“.

Pro teoretický experiment budete potřebovat jako nejběžnější čtyřpólový elektromechanický proudový chránič nebo diferenciální jistič typu AC se svodovým proudem 30 mA.

Na základě skutečnosti, že ochranný obvod funguje vzhledem k „referenční zemi“, nakreslím první schéma.

Schéma je podobné schématu pro připojení proudového chrániče ve dvouvodičové síti, pouze s tím rozdílem, že „ochranný“ nulový vodič odebraný z těla panelu je také připojen přes třetí kontakt proudového chrániče, ale zespodu. Situace:

A. Nula ve štítu je neporušená. Pokud dojde k svodovým proudům z těla elektrického zařízení do fáze nebo nuly, RCD zaznamená rozdíl v přitékajícím a odtokovém proudu a ochrana bude fungovat.

B. Nula nedosahuje těla štítu (zlomení). Napětí na pouzdru je relativní k „referenční zemi“. Pokud proud teče podél řetězu „ochranná nula – pouzdro – tělo – podlaha“, RCD bude také reagovat na tento únik.

A pokud je nutné, aby RCD nespouštělo svodové proudy z nuly do pouzdra nebo z fáze do pouzdra? Na horní kontakty RCD jsme nastavili ochrannou nulu. Nyní se proudy sčítají a odečítají jinak.

A. Nula ve štítu je neporušená. Vyskytnou-li se svodové proudy z těla elektrického zařízení do fáze nebo nuly, RCD nezaznamená rozdíl v přitékajícím a odtokovém proudu, RCD nebude fungovat.

B. Nula nedosahuje těla štítu (zlomení). Napětí na pouzdru je relativní k „referenční zemi“. Pokud proud teče podél řetězu „ochranná nula – pouzdro – tělo – podlaha“, RCD na tento únik zareaguje.

Nulová ochrana proti zlomení

Čtvrtý kontakt proudového chrániče lze použít jako detektor přerušení nuly. Opět s použitím naší „referenční půdy“. Jakmile se ve stínění na ochranném nulovém vodiči objeví napětí vyšší než 30 voltů vůči „referenční zemi“, objeví se svodový proud a ochrana bude fungovat.

Komentář z internetu

Mimochodem, v roce 2000. v butiku v Podolu v Kyjevě (předrevoluční dům, přívod vzduchu) se mi podařilo přimět RCD, aby reagoval na nulový zlom. Mezi nulu a čistou zem jsem umístil rezistor 1kOhm (obvod jsem si vyrobil sám), s normálním napětím na nule 5V, únik z nuly je 5mA, pokud je na něm nula prolomená alespoň 50V, únik je 50mA, proudový chránič je vypnutý.

Nevýhodou rezistoru je proud několika miliampérů při nízkém napětí mezi zemí a nulou, to znamená, že může vždy viset 10-15 mA, což není dobré pro všechno ostatní, co je připojeno k RCD, které může fungovat, např. při 17-20mA.

Varistor nemá příliš dobrou proudově-napěťovou charakteristiku, odpor při proražení prudce neklesá, navíc i když omezíte proud odporem, má stále omezený počet operací.

Plynové vybíječe od 75 voltů jsou moc. Odpor závisí na použitém napětí.

Je mnohem jednodušší sestavit obvod pomocí diod, zenerovy diody a tranzistoru. U dvou výkonných zenerových diod to možné je, ale v prodeji se shánějí hůře.

Provozní stav okruhu:

1. Minimální stabilizační napětí zenerovy diody Ust.min musí být větší než amplituda hodnota napětí mezi „referenční zemí“ a ochrannou nulou.
2. Zesílení tranzistoru h21e by nemělo být větší než 20 – 40. Aby se jednotky mikroampérů na bázi neměnily na desítky miliampérů na kolektoru. Tranzistor je obyčejný bipolární.
3. Rezistor omezující proud obvodu je vybrán z podmínky, že při 30V by měl mezi „referenční zemí“ a ochrannou nulou protékat proud 30mA.

Když je napětí mezi „referenční zemí“ a ochrannou nulou menší než Ust.min, je proud obvodem několik mikroampérů. Když se napětí zvýší na 30 nebo více voltů, proud v obvodu se prudce zvýší na 30 nebo více miliampérů, které potřebujeme.

Vše dohromady bude vypadat takto

Pokud nedochází k pájení obvodů, můžete mezi pracovní nulu a fázi nainstalovat jednoduchou přepěťovou ochranu. Když v panelu vyhoří nula a místo 250 se objeví více než 220 voltů, proud bude protékat čtvrtým kontaktem RCD a ochrana bude také fungovat.

Pravděpodobně můžete přijít s mnoha variantami schémat na toto téma.

Vzhledem k tomu, že jsou v prodeji elektronická napěťová relé nebo podobná mechanická spoušť pro RCD a automaty od výrobců elektrických výrobků, lze takový „kulibinismus“ omezit na nic nebo na minimum. Hlavní věcí je vědět, že taková ochranná zařízení existují, a mít obecnou představu o tom, kde a jak se používají.

PS Důležitá poznámka z diskuze na jednom fóru

co se stane, když použijete 4-pólový RCD, který spojí baterii přes kontakty s nulou ve štítu, když ji někdo bude chtít použít jako nulu na baterii, ne vaše, ale sousedova? To znamená, že pak bude přes kontakty vašeho RCD protékat mnohem větší proud, než se původně očekávalo

Zde je důležité, že „ochranná nula“ na krytu může být elektricky připojena k vodovodnímu potrubí, například při připojení pračky nebo ohřívače vody pomocí hadic k potrubí (ne nutně kovovému). Podle ochranné nuly poteče tělem elektropřístroje hadičkami k baterii vyrovnávací proud, vypadne proudový chránič, ale proudy ani v jednotkách miliampérů nejsou dobré. Plus situace popsané na začátku článku.

Pro lepší pochopení toho, jak fungují zařízení diferenční proudové ochrany a jejich neobvyklé aplikace, vřele doporučuji zhlédnout video sérii „Proudové chrániče proti rozbití, přehřátí a oblouku“ od ID – Vladimir Melnikov (na rozbočovači Vladimír Melnikov).

Fázová nerovnováha, co to je?
Pro napájení většiny moderních zařízení se používá třífázová 4- (nebo 5-) drátová síť s uzemněným neutrálem. V síti s 5 vodiči jsou 3 fázové vodiče a čtvrtý vodič je NRP (nulový pracovní vodič), 5. vodič je NZP (nulový ochranný vodič). V síti se 4 vodiči jsou 3 fázové a čtvrtý kombinuje NRP a WIP.
Fáze jsou zapojeny do hvězdy s nulovým vodičem na výstupu. Zátěž je připojena mezi odpovídající fázi a NRP. A WIP slouží k provádění ochranné funkce „nulování“.

V ideální třífázové síti je napětí každé ze tří fází 220 V a síťová napětí jsou si navzájem rovna a činí 380 V. Nejlepší způsob, jak vidět vztah mezi lineárním a fázovým napětím, je ve vektorovém diagramu. Na něm vlevo vidíte ideální stav: · napětí každé ze tří fází je 220V, · jejich vektory jsou posunuty o 120°, · lineární napětí jsou si navzájem rovna a činí 380V. Fázová nerovnováha (nevyváženost napětí, asymetrie, nesymetrie napětí) v tomto diagramu může být znázorněna následovně:
• lineární napětí UA’B’, UB’C’, UC’A’ jsou si navzájem rovna a činí 380 V, • napětí každé ze tří fází U0’A’, U0’B’, U0’C ‘ se navzájem nerovnají, • jejich vektory jsou posunuty o libovolné úhly. Při nesouososti fází se objeví předpětí U0-U0′, které snižuje účinnost spotřebičů a způsobuje poruchy a poruchy. Proč dochází k fázové nerovnováze?
Existuje jak „externí“ fázová nesymetrie z napájecí sítě (1), tak „interní“ způsobená zátěží připojenou na výstup (2). Fázová nerovnováha nutně nastává, pokud jsou spotřebiče elektrické energie rozloženy mezi fázemi nerovnoměrně. Ale i při rovnoměrném rozložení zátěže podle jmenovitého výkonu není možné udržet rovnoměrnost zátěže z následujících důvodů: · rozdíly v době spínání elektrických spotřebičů, · různé typy zátěží (indukční i kapacitní), · doba sepnutí, · aktuální příkon zařízení (technologie může pracovat při různých výkonech, při spouštění mohou vznikat náběhové proudy atd.). V souladu s tím bude fázová nerovnováha v třífázové síti (pokud nepoužíváte balunový transformátor) docházet téměř neustále. Jedinou otázkou je jeho význam. Mírné vychýlení (A) vede ke snížení životnosti elektrických spotřebičů. Závažná nesouosost (B) vede k odstavení zařízení a dokonce k poruše zařízení a také ke zvýšené spotřebě energie. Co ohrožuje fázovou nerovnováhu?

• Zvýšené opotřebení zařízení
• Dočasná porucha zařízení

· Nepředvídatelné výpadky spotřebitelů

• Snížená životnost elektrických spotřebičů
• Přehřívání vinutí elektromotoru, zkraty
• Kompletní porucha zařízení
• Deaktivace záložního generátoru
• Zvýšená spotřeba paliva generátorem
• Zvýšená spotřeba elektřiny

Jak balunový transformátor (TST) odstraňuje fázovou nerovnováhu?

Hlavní funkce balunového transformátoru:

· vyrovnávání fázových napětí (eliminace fázové nesymetrie) při napájení spotřebičů z napájecí sítě;

· rovnoměrné rozložení zátěže mezi fázemi při napájení spotřebitelů;

• rovnoměrné rozložení zátěže mezi fázemi pro odstranění fázové nerovnováhy při dodávání energie do zařízení nebo zařízení z autonomního zdroje (benzínové, naftové, plynové elektrárny)

Jak TST funguje?

TST funguje na principu vyvažování – pomocí elektromagnetického přerozdělení zátěže napříč fázemi. Redistribuce se provádí následujícím způsobem:

· 50 % výkonu zůstává ve fázi, ke které je připojena zátěž,

· 25 % výkonu je distribuováno do zbývajících dvou fází.

V souladu s tím jsou zapojeny všechny tři fáze, takové přerozdělení činí zatížení třífázové sítě mnohem rovnoměrnější.

Výhody použití balunových transformátorů:

• snížení spotřeby elektřiny;
• zvýšení životnosti a zajištění bezporuchového provozu zařízení;
• snížení nákladů na opravy a údržbu, snížení opotřebení elektrospotřebičů;
• zajištění stabilního provozu naftových, benzínových, plynových elektráren při provozu s jednofázovou zátěží;
• možnost připojení energeticky náročných jednofázových nebo dvoufázových spotřebičů i za přítomnosti omezení spotřeby energie (až 50 % třífázového výkonu).
• schopnost připojit ke generátoru jednofázové spotřebiče, jejichž výkon přesahuje výkon fáze generátoru (viz obrázek);

Možné další funkce TST při úpravě:

· Přeměna třífázové sítě na jednofázovou (3 v 1) s nebo bez galvanického oddělení;

· Přeměna třífázové třívodičové sítě na třífázovou čtyřvodičovou síť (vytvoření NRP pro připojení fázové zátěže);