Co se stane v třífázovém obvodu, když se přeruší nulový vodič
Elektřina je spotřebiteli dodávána lineárními kabely. Nulový vodič (nulový vodič) se používá v elektrické síti k návratu proudu od spotřebiče zpět do generátorové stanice. Neutrál v normálním stavu funguje jako ochrana a nemá žádné napětí.
Z výrobní stanice je elektřina přenášena ke spotřebiteli prostřednictvím třífázové sítě. Skládá se ze tří vodičů s provozním napětím, dále nulového a zemnicího vodiče. Dvojice pracovních vodičů má mezi sebou napětí 380 V, které se nazývá lineární. Pracovní vodič a nulový vodič v páru mají napětí 220 V – fáze.
Pomocí nuly dochází i k samoregulaci zátěže v třífázové síti. Pokud je zatížení fází nerovnoměrné, přebytečný proud se vypustí do neutrálu a systém se automaticky vyrovná.
K čemu vede přerušení nulového vodiče, jaké typy přerušení existují?
Pokud nulový vodič funguje jako ochrana, proč je jeho přerušení nebezpečné? Chcete-li odpovědět na tuto otázku, zvažte situaci přerušení třífázových a jednofázových sítí.
Nulové přerušení v třífázové síti
Třífázová síť je postavena tak, že elektrický proud protéká pracovním vodičem ke spotřebiteli a jde do neutrálu. Napětí mezi nimi je v normální situaci 220 V. V případě rozpojení nuly budou spotřebiče zapojeny podle obvodu „hvězda bez nulového vodiče“. To znamená, že každý spotřebitel nedostane stabilní fázové napětí 220 V, ale „chodící“ lineární napětí od 0 do 380 V. K tomu dochází v důsledku fázové nerovnováhy, tzn. nerovnoměrné zatížení na různých fázích.
Jako příklad si vezměme tři byty, které jsou napojeny na různé fáze. Obyvatelé prvního bytu jsou doma a používají pračku, elektrickou troubu a další elektrospotřebiče. V druhém bytě nikdo nebydlí, takže všechny spotřebiče jsou odpojené. Do třetice se všichni pustili do práce a nechali nějaké vybavení v pohotovosti. V případě nulové přestávky zařízení v bytě č. 1 přestane fungovat nebo dojde k poruše, protože napětí klesne na 50 100 V a v bytě č. 3 připojená zařízení obdrží 300 350 V a selžou a způsobí požár. Byt č. 2 nebude poškozen, protože všechna zařízení jsou vypnutá.
To se děje proto, že když se neutrál přeruší (v situaci s velkým celkovým odporem), získá se větší napětí, což vyvolá poruchu zařízení.
Nulové přerušení v jednofázové síti
V jednofázové síti je přerušený neutrál pro člověka nebezpečný. To lze vysvětlit tím, že ve vývodu, kde byla nula, se objeví nebezpečný potenciál. Tato situace je zvláště nebezpečná v systémech s uzemněním TN-C, protože je použit kombinovaný nulový a zemnící vodič PEN. Proto se při přetržení drátu na otevřených, neizolovaných částech krytu elektrických spotřebičů objeví potenciál nebezpečný pro lidský život.
Příčiny přerušení nulového vodiče
Hlavními důvody pro přerušení neutrálu jsou zhoršení elektrických sítí a nedostatek profesionality některých rádoby elektrikářů, kteří umožňují instalaci elektroinstalace bez dodržení nezbytných pravidel. Nevěřte neprofesionálům!
Jak najít nulovou přestávku?
Abyste v bytě našli přerušení neutrálu, musíte zkontrolovat všechna připojení v panelu. Není těžké takový problém vidět a opravit. Jiná věc je, jestli někde ve zdi vyhořel drát. Chcete-li najít poškozenou oblast pod povrchovou úpravou, musíte použít speciální testery.
Pokud nulový vodič vyhoří na stoupačce u vchodu, musí tento problém vyřešit elektrikáři ze speciální služby. Úkolem majitele bytu je zajistit elektrickou bezpečnost vlastního domova.
Jaká je ochrana proti nulové ztrátě?
K ochraně osob a zařízení před následky nulového přerušení je nutné na vstupním panelu použít speciální ochranná zařízení: napěťová relé, RCD nebo automatické jističe. Napěťové relé pomůže chránit zařízení před napěťovými rázy. RCD a difatomat budou fungovat v případě úniku proudu, což ochrání osobu před nebezpečným úrazem elektrickým proudem.
DC Electronics je výrobcem napěťových relé RBUZ, které pomohou chránit před následky nejen nulového přerušení, ale i jiných nouzových situací v elektrických sítích.
Široká škála vyráběných relé umožňuje vybrat si zařízení s provozním proudem od 16 do 63 A a výkonem až 13900 VA. Pro snadnou instalaci jsou zařízení vyráběna v různých provedeních: pro montáž na DIN lištu nebo pro instalaci přímo do zásuvky.
Každý model má funkci zpoždění pro zapnutí po spuštění, což umožňuje chránit zařízení před opakovanými přepětími. Použití algoritmu True RMS poskytuje větší přesnost měření.
Je třeba také poznamenat vysokou požární bezpečnost relé RBUZ. Všechna zařízení jsou vyrobena z polykarbonátu, který nepodporuje hoření. Většina zařízení má přídavnou tepelnou ochranu, která vypne napájení, pokud se relé zahřeje nad nastavenou teplotu. Po vychladnutí se zařízení opět zapne. To ochrání váš domov před případným požárem.
Při výrobě relé RBUZ jsou použity komponenty od takových výrobců jako EPCOS, Samsung, HTC atd. To zajišťuje vysokou spolehlivost a životnost zařízení. DC Electronics poskytuje na relé RBUZ záruku 5 let.
Závěr
Nulová ztráta je vážná havarijní situace, která může mít řadu negativních důsledků jak pro zařízení, tak pro samotnou osobu. Instalace napěťového relé v automatickém režimu vypne napájení v případě nehody, což pomůže chránit zařízení a zabránit požáru v důsledku přepětí. Spolu s dalšími ochrannými zařízeními toto zařízení pomůže zajistit maximální ochranu vašeho domova před různými nouzovými situacemi v elektrické síti.
Rýže. 1 Řada ovládacích relé vyráběných ABB: od multifunkčních třífázových až po monofunkční, sledující jednotlivé parametry sítě
Výkon elektroinstalace se stal jedním z klíčových faktorů ovlivňujících úspěšnost průmyslového podniku a jeho schopnost vyrábět výrobky včas. Výpadky proudu často způsobují narušení technologických procesů, ovlivňují následné fáze výrobního cyklu a vedou k dodatečným nákladům na nákladné opravy. Pro takové podniky je obzvláště důležité kontrolovat parametry třífázových elektrických sítí. Tento problém lze s minimálním úsilím a náklady vyřešit použitím elektronických monitorovacích relé (obr. 1), které předem detekují odchylky parametrů a umožňují odpojení vadných komponent před poruchou zařízení. V tomto případě není potřeba provádět změny ve výrobním procesu ani instalovat další technologické zařízení.
Průmysl již dlouho oceňuje výhody napájení prostřednictvím třífázových sítí. Jako žádný jiný je tento systém vhodný pro různé průmyslové aplikace. Třífázová síť umožňuje nejen ekonomicky a spolehlivě přenášet významný výkon, ale také používat konstrukčně jednoduché a účinné třífázové motory.
| Obr. 2a Hvězdné spojení  | Obr.2b Obdélníkové spojení  |
V třífázových sítích se nejčastěji používají dva typy zapojení prvků – zapojení do hvězdy a zapojení do trojúhelníku. Zapojení do hvězdy: Tři vodiče třífázové sítě jsou spojeny v jednom bodě (nulový bod hvězdy), ke kterému pasuje i nulový vodič. Toto zapojení umožňuje použití dvou různých napětí: napětí mezi jednou ze tří fází a nulovým vodičem je 220/230 V a napětí mezi libovolnými dvěma fázemi je 380/400 V (obr. 2a). Zapojení do trojúhelníku: napětí mezi libovolnými dvěma body (u1, v1 a w1) je 400 V (obr. 2b).
Parametry třífázové sítě
Pro zajištění nepřetržité dodávky elektřiny do výroby je nutné sledovat stav třífázových sítí. Jedno- a multifunkční třífázová relé umožňují ovládat řadu důležitých parametrů.
Fázová sekvence
Tento parametr určuje směr otáčení elektromotoru. Porušení sledu fází při běžícím motoru nebo nesprávné zapojení fází před spuštěním změní směr otáčení připojeného zařízení. Otáčení nesprávným směrem způsobuje poruchu funkce generátorů, čerpadel, ventilátorů atd. Včasná detekce chyb fázového otáčení je velmi důležitá zejména u strojů s rotujícími a pohyblivými částmi, u pohonů a také u mobilních spotřebitelů, jako jsou stavební stroje.
Selhání fáze
Kvůli výpadku fáze se motory přestanou spouštět nebo začnou odebírat potřebný proud z jiných fází. V takové situaci jsou vinutí motoru vystavena nerovnoměrnému zatížení, které může způsobit poškození.
Přerušený neutrální vodič
Zda přerušení nulového (nulového) vodiče ovlivní provoz zařízení, závisí na tom, zda je zatížení v síti symetrické nebo asymetrické. Při symetrickém zatížení (například elektromotory nebo třífázové ohřívače) přerušení nulového vodiče neovlivňuje síť. Přerušení nulového vodiče v síti s asymetrickou zátěží způsobuje odchylky napětí v jednotlivých fázích, které mohou způsobit značné poškození připojeného zařízení. V tomto případě je nutné provést taková ochranná opatření, jak je uvedeno v příkladu „Detekce přerušeného nulového vodiče“.
Přepětí a podpětí
Dlouhodobý provoz elektrického zařízení, které je připojeno k síti s napětím mimo přípustné meze, má nežádoucí důsledky. Při zvýšení napětí se připojené zařízení přehřívá a v důsledku toho je poškozeno nebo dokonce zničeno. Při nízkém napětí zařízení pracuje nestabilně a není zaručeno spolehlivé spuštění motoru. Pokud je na cívku stykače přivedeno snížené napětí, kontakty nemusí při spínání správně fungovat – mohou zaujmout neurčitou polohu.
Asymetrie
V důsledku nerovnoměrného rozložení zátěže napříč fázemi sítě se napájecí napětí motoru stává asymetrickým. Současně se snižuje výkon zařízení, elektromotor zažívá zvýšené tepelné zatížení a může selhat, pokud zařízení tepelné ochrany, kterými je vybaven, nemají funkci řízení fázové asymetrie.
Příklady použití monitorovacích relé
Detekce výpadku fáze motoru pracujícího s rekuperací energie do sítě
Relé pro monitorování asymetrie fáze je schopno jasně detekovat ztrátu fáze běžícího třífázového motoru. Ve jmenovitém režimu, ihned po přivedení napájecího napětí, toto zařízení detekuje správnou rotaci fáze L1–L2–L3 a shodu všech napětí s rozsahem Umin/Umax. Tím je zajištěna absence přepětí, podpětí a ztráty fáze (obr. 3a). Teprve poté motor naskočí.
Obr. 3a
Třífázový motor s ovládacím relé v provozu: elektrický obvod, ekvivalentní obvod motoru, průběhy proudu a napětí
Obr.3b
Monitorování třífázového motoru s rekuperací a monitorovacím relé před vypnutím kvůli ztrátě fáze: elektrický obvod, ekvivalentní obvod motoru, křivky proudu a napětí
Když je fáze přerušena (fáze L3 na obr. 2b), fázový proud IL2 se rovná 0 a fázové napětí UL2 se sníží o hodnotu DU. Zbytkové napětí UL2 může být až 95 % jmenovitého napětí v závislosti na typu použitého motoru, zatížení a dalších faktorech. Zařízení pro monitorování fáze a podpětí monitorují výpadky fáze pouze do 60 % jmenovitého napětí. Proto nelze výpadek fáze běžícího motoru určit s dostatečnou spolehlivostí pomocí fázového nebo nízkonapěťového řídicího relé. Spolehlivého zjištění této poruchy lze dosáhnout pouze monitorováním fázové asymetrie. Po zjištění fázové asymetrie relé řízení asymetrie vypne motor, aby se zabránilo poškození.
Určení přerušeného nulového vodiče
Jak již bylo uvedeno, důsledky přerušení nulového vodiče závisí na typu zátěže v třífázové síti. Proud procházející nulovým vodičem IN je podle Kirchhoffova zákona určen jako součet všech fázových proudů. Při symetrické zátěži přerušení nulového vodiče neovlivňuje činnost zařízení, protože fázové proudy IL1, IL2 a IL3 jsou stejné velikosti a jsou vůči sobě posunuty o 120O. Proud protékající nulovým vodičem IN je kdykoli nulový (viz křivky proud/napětí na obr. 3a) a přerušení N není nutné monitorovat.
Obr.3c
Třífázový motor se ztrátou fáze v L2 po sepnutí řídicího relé: elektrický obvod, ekvivalentní obvod motoru, křivky proudu a napětí
V sítích s asymetrickou zátěží – kterých je zpravidla většina – mají fázové proudy IL1, IL2 a IL3 různé hodnoty a různé fázové úhly a fázová napětí UL1, UL2 a UL3 vzhledem k UN jsou stejná. . V důsledku rozdílu fázových proudů protéká nulovým vodičem kompenzační proud IN. Při přerušení nulového vodiče se proud IN rovná 0 a nulový bod hvězdy se posune, proto se fázová napětí přerozdělí mezi jednotlivé fáze (obr. 4). To znamená, že fázové napětí v obvodu se sníženou zátěží klesá a v obvodu se zvýšenou zátěží se zvyšuje.
| Obr Přerušený nulový vodič dovnitř třífázová síť  | Obr Připojení třífázového ovládacího relé neutrální vodič  |
V jednom z obvodů se tak objeví přepětí, které může poškodit připojené zařízení. V jiném obvodu naopak dochází k poklesu napětí s různými důsledky v závislosti na zátěži. Pokud je tedy zátěž běžící motor a nadále spotřebovává ze sítě stejnou energii, jakou spotřeboval před přerušením nulového vodiče, pak se proud v tomto obvodu zvýší, což způsobí zahřátí zátěže a za určitých okolností zničení to. Spínací zařízení, jako jsou stykače, mohou pracovat nestabilně v důsledku poklesu napětí, náhodného zapínání/vypínání. To vede k nepředvídatelnému spínání připojené zátěže a situacím nebezpečným pro zařízení. Třífázová proudová monitorovací relé s funkcí sledování nulového vodiče poskytují bezpečnou a spolehlivou ochranu proti přerušení N-vodiče. Tato relé jsou připojena ke třem fázím napájecí sítě a nulovému vodiči (obr. 5). Uvnitř relé je simulováno zapojení do hvězdy a zátěž je připojena k N. Stav nulového vodiče lze určit měřením napětí na odporu v jeho obvodu. Při připojení tohoto vodiče vzniká kompenzační proud IN, který způsobí pokles napětí URN. V případě, že je proud IN a napětí URN roven nule, výstupní relé hlásí přerušení nulového vodiče.
Závěr
Uvažované příklady ukazují proveditelnost a důležitost monitorování parametrů v třífázových sítích. Tento krok s minimálními náklady zajišťuje bezpečný a spolehlivý provoz zařízení, zachovává výrobní proces, zabraňuje ztrátám a zároveň pomáhá šetřit náklady. Klíčovými vlastnostmi, které se ABB snaží poskytnout všem třífázovým monitorovacím relé, které vyrábí, je snadné použití a všestrannost. Přes své malé rozměry mají multifunkční relé celou řadu funkcí, které je umožňují poměrně flexibilně integrovat do téměř jakéhokoli technologického procesu. Při změně procesních parametrů lze relé snadno překonfigurovat výběrem požadované funkce. Jedním z takových zařízení je multifunkční relé CM-MPS. Toto zařízení zajišťuje řízení všech fázových parametrů: sled fází, výpadek fáze, poklesy napětí a asymetrie. K napájení nejsou potřeba žádné další obvody, protože k tomuto účelu lze využít řízenou síť. Sortiment relé ABB zahrnuje i jednodušší zařízení, která monitorují pouze konkrétní parametr, což umožňuje cenově výhodné monitorování třífázových sítí.
Třífázová monitorovací relé ABB zajišťují monitorování všech důležitých parametrů třífázových obvodů. Detekují chyby v rané fázi a pomáhají tak předejít odstavení celé instalace. V případě velkého narušení sítě bezpečně vypnou připojená zařízení a motory, čímž sníží riziko poškození a ochrání instalaci před poruchami, které stojí čas a peníze.
Díky použití třífázových monitorovacích relé je zachován bezpečný provoz zařízení s maximální dostupností, což je důležitým přínosem pro ekonomiku podniku.
Potřebujete více informací?