Почему нулевой провод тоньше фазного

Известно, что ток, протекающий в нейтральных проводниках трехфазных сетей с симметричной нагрузкой, должен быть равен нулю. Однако в большинстве марок современных силовых кабелей и проводов рабочее сечение «нейтрали» равно сечению фазы. Некоторые требования к сечению нейтральных проводников утверждены в нормативных документах.

Так, для медных проводов и кабелей сечением до 16 мм2 и алюминиевых до 25 мм2 в условиях симметрии сети, согласно Правилам устройства электроустановок (7.1.45), сечение рабочей нейтрали в 1-фазных 2-х и 3-х проводных групповых линиях и в 3-х фазных 4-х и 5-ти проводных линиях, где подключены 1-фазные нагрузки, должно быть не менее сечения фазных проводов.

Для более крупных проводов и кабелей площадь поперечного сечения нейтральных проводов должна составлять не менее 50% от площади поперечного сечения фазных проводов. Давайте обсудим причины этого требования.

Сечение нулевого проводника

Дисбаланс напряжения. В идеальной ситуации в 3-фазных сетях ток в нейтральном проводнике равен нулю. Предпосылками для реалистичных условий являются симметричность распределения нагрузки по фазам и линейность нагрузки.

Геометрическая сумма линейных (фазных) токов в симметричной трехфазной сети равна нулю. На практике, однако, невозможно добиться полной симметрии напряжения, но приемлемые результаты могут быть достигнуты путем обеспечения приблизительного баланса между фазами сети (приемлемые значения определены в ГОСТ 13109-97).

Дисбаланс напряжения, вызванный неравномерным распределением нагрузки по фазам, может вызвать большие токи в нейтральном проводнике. В наихудших случаях перекоса фаз (когда только одна фаза нагружена, а другие нет), ток нейтрали будет равен фазному току.

Нелинейность нагрузки. Примерами электрических нагрузок с нелинейными вольт-амперными характеристиками являются электродуговые печи, индукционные печи, выпрямители, офисное оборудование (компьютеры, принтеры, мониторы и т.д.), трансформаторы, люминесцентные лампы, ПЧ, ИБП.

Генерируемые ими токи третьей гармоники (кратные трем) оказывают негативное влияние на трехфазные сети. При сравнении вольт-амперных характеристик линейной и нелинейной нагрузок можно заметить изменение синусоидальной формы графика.

Например, полупроводники, потребляющие ток в форме трапеции, характеризуются искаженной синусоидальной кривой тока или напряжения («пилообразной»).

Кривые тока и напряжения для линейных и нелинейных нагрузок:

В случаях, когда нелинейные нагрузки превышают 20% от общей потребляемой мощности, суммарные токи высоких гармоник, генерируемые однофазным оборудованием, могут привести к серьезным падениям напряжения как в нейтральном, так и в фазном проводах электросети.

Помимо искажения формы волны напряжения, питающего другое оборудование, несинусоидальные токи третьей гармоники могут вызывать токи в нейтральном проводнике. Следовательно (особенно при отсутствии токовой защиты в цепи нейтрали), нельзя исключить перегрев и повреждение изоляции нейтральных проводников CL.

Таким образом, обоснованность приведенного в начале требования к сечению проводников рабочей нейтрали вполне очевидна; даже половина сечения фазных проводников, требуемая правилами, способна защитить нейтральный проводник от токовых перегрузок.

  • Главная страница
  • Электроснабжение
  • Размер нейтрального проводника

Информация

Эта страница создана исключительно в информационных целях. Материалы ресурса предназначены только для справочных целей.

При цитировании материалов сайта активная гиперссылка на l220.ru обязательна.

Документ определяет принципы работы устройства, регламентируя правила построения и требования как к отдельным системам, так и к их компонентам, узлам и коммуникациям ОУ, условиям размещения и монтажа.

ПТЭЭП

Требования и обязанности заказчиков, ответственность за соблюдение требований, требования к эксплуатации, управлению, ремонту, модернизации, вводу в эксплуатацию и обучению персонала.

ПОТЭУ

Правила по охране труда при эксплуатации электроустановок — документ, созданный на основе ныне не действующих Межпрофессиональных правил по охране труда (ПОТП Р М-016-2001, РД 153-34.0-03.150).

Довольно распространенной проблемой в старых электроустановках является нагрев нейтральных проводников в распределительном устройстве. Если вы столкнулись с этой неприятностью, необходимо немедленно принять меры, так как нарушение нейтрали представляет серьезную опасность, особенно в трехфазных электрических цепях. В сегодняшней статье вы узнаете, почему нагревается нейтральный проводник и как устранить эту проблему.

Наиболее вероятные причины нагрева

На тематических форумах периодически возникают дискуссии о причинах нагрева проводов нулевого потенциала при нормальном состоянии фазных проводов домашней сети. Несмотря на многочисленные дискуссии на эту тему, существует всего три фактора, которые могут вызвать рассматриваемое неблагоприятное явление:

  1. Низкая надежность электрического контакта.
  2. Влияние высших гармоник.
  3. Повышенная нагрузка на нейтральную систему.

Мы предлагаем детально рассмотреть каждую из вышеперечисленных причин.

Низкая надежность электрического контакта

Вышеуказанная причина наиболее характерна для старых кабелей, изготовленных из алюминиевых проводов. Недостатки этого материала были многократно описаны в других публикациях на нашем сайте, но стоит еще раз кратко упомянуть о них:

  • Образование оксидного слоя на проволоке, что приводит к увеличению сопротивления контакта.
  • Пластичность материала требует регулярной подтяжки соединений.
  • Перегрев алюминиевой проволоки увеличивает ее хрупкость.

Учитывая, что чаще всего внимание уделяется электрическим контактам фазных проводов, о нейтральной шине часто забывают. В результате со временем сопротивление контактов увеличивается, они нагреваются и рано или поздно перегорают. Справедливости ради следует отметить, что эта проблема может возникнуть и с медными проводниками. Пример плохого контакта с нейтральной шиной в квартире показан на фото.

Перегрев нейтральных проводников из-за плохого контакта

Характерно, что эта проблема чаще возникает в плоских панелях, чем в электрических розетках. Причина этого заключается в том, что соединения нулевого провода имеют более высокую нагрузку, чем одиночная розетка.

Влияние высших гармоник

С появлением в домах и офисах большого количества электроприборов с импульсными источниками питания остро встала проблема перегрева и, как следствие, разрушения (выгорания) рабочего нулевого проводника. Это вызвано перегрузкой последнего токами высших гармоник. Это означает, что ток в нейтральном проводнике больше, чем ток в фазных проводниках. Защитные устройства часто устанавливаются только на последних.

В старых системах учитывалась только нагрузка на линию, где присутствовала только основная гармоника (в Советском Союзе и позднее в бывшем СССР она составляла 50,0 Гц). Поэтому предполагалось, что нагрузка на фазные провода всегда будет больше, чем нагрузка на рабочую нейтраль. Из этого следует, что перегрузка нуля, превышающая фазу, не может возникнуть. Таким образом, защита от перегрузки фазы также обеспечивала безопасность нейтрали.

С появлением большого количества потребителей электроэнергии, создающих нелинейные нагрузки, ток, протекающий через рабочую нейтраль, будет увеличиваться. Это может привести к перегоранию последних в старых энергосистемах. Примеры бытовых приборов, вызывающих нелинейность:

  • Микроволновые печи, индукционные печи, а также электродуговые печи.
  • Светодиодные и газоразрядные источники света.
  • Все приборы с импульсными источниками питания.
  • Инверторные электрические машины и т.д.

Для того чтобы предотвратить потери нуля из-за влияния высших гармоник, были изменены некоторые нормативные документы. Например, ГОСТ 30804.4.30 2013 предписывает, что гармоники, порядок которых 40-й или выше, должны быть включены в расчеты. ГОСТ 50571.5.52 2011 рекомендует выбирать сечение кабеля по наиболее нагруженному током проводнику, также следует учитывать токовую нагрузку рабочей нейтрали.

К сожалению, рамки данной статьи не позволяют нам более полно обсудить тему высших гармоник, но мы обязательно вернемся к ней в одной из следующих публикаций на нашем сайте.

Повышенная нагрузка на ноль

Иногда можно услышать, что перегрев нейтрального проводника вызван перегрузкой из-за того, что сосед подключился к шине PE для хищения электроэнергии. Такой вариант интересен, но не осуществим. В одной из наших публикаций, описывающих различные конструкции счетчиков электроэнергии, обсуждалась их устойчивость к различным способам хищения тока. В частности, обсуждался вариант использования земли в качестве рабочей нейтрали и то, почему этот метод не работает на современных счетчиках энергии.

Как упоминалось выше, ток может превышать фазный ток в нейтральном рабочем проводнике только при наличии высших гармоник. Подключение соседа к нейтрали (в вашем распределительном устройстве) приведет к перегреву этого проводника, если такое действие приведет к плохому контакту с общей шиной.

Чем опасен перегрев нулевого провода?

Такая ненормальная ситуация почти гарантированно приведет к обрыву нуля. Он неоднократно упоминался в других публикациях на нашем сайте. Давайте вкратце вспомним, о чем они говорили, начиная с нулевого замыкания в трехфазных сетях.

Обнуление в трехфазной системе

Как видно на рисунке выше, замыкание нуля в проводнике приводит к разбалансировке фазных напряжений, эта ненормальная ситуация также известна как расхождение фаз. Это может привести к напряжению, близкому к линейному, т.е. близкому к 380 вольтам, в однофазной сети. Каковы риски для бытовой техники и потребительской электроники? В лучшем случае сработает защита источника питания, в худшем — приборы потребуют дорогостоящего ремонта.

В случае перегорания нейтрали в однофазной системе последствия для бытовых приборов будут не такими серьезными, как в 3-фазной системе. Ниже показаны наиболее вероятные точки разрыва бытовой водопроводной сети.

Вероятные точки перелома в жилище

Из рисунка видно, что сбои возможны в основных контактных точках автоматического выключателя остаточного тока (АВПТ). На шине PE могут возникнуть проблемы с электрическим контактом (особенно если проводка выполнена алюминиевым кабелем). Последняя возможность — сломанная розетка. В любом из этих случаев устройства не будут работать.

Казалось бы, в этом нет ничего страшного, но любой электроприбор, оставленный подключенным к сети, приводит к возникновению опасного потенциала в нейтральном проводнике. В заземленной системе TN-C это может представлять непосредственную опасность для жизни, так как на заземленном корпусе будет присутствовать фазное напряжение. В более современных системах TN-C-S такая ситуация приведет к короткому замыканию и отключению АВ.

Как не допустить критического нагрева нуля?

Поскольку на плоской шкале влияние высших гармоник пренебрежимо мало, перейдем сразу к проблеме плохих электрических контактов. Если вы обнаружили проблемное место в распределительном щитке квартиры, где нагревается электрическое соединение, прежде всего, следует отключить главный автоматический выключатель и проверить, что через него не течет ток. Лучший способ проверить это — объединить тестер напряжения и мультиметр, переключенный в режим измерения переменного тока.

Убедившись, что питание отключено, ослабьте проблемный контакт (обычно это винтовая клемма), чтобы отсоединить провод. Разберите его таким же образом, как и клемму. Если распределительное устройство подключено многожильным медным проводом, его концы следует лудить или обжимать. После этого можно приступать к монтажу контакта. Обратите внимание, что «перегрев» провода при винтовом соединении также нежелателен, как и незакрепленная клемма.

Прямой контакт меди и алюминия недопустим, так как эти материалы образуют гальваническую пару и, как следствие, электрическое сопротивление такого соединения будет быстро увеличиваться.

Если при монтаже использовались тонкие провода, их лучше заменить. Чтобы узнать, как правильно выбрать сечение кабеля в зависимости от тока нагрузки, посетите наш сайт.

Защита от перекоса фаз

Если возможно, в этом случае следует установить реле напряжения.

Реле напряжения

Это устройство обеспечивает защиту как от пониженного, так и от повышенного напряжения. Альтернативным решением может быть установка стабилизатора напряжения для всего дома. Несмотря на более высокую стоимость, преимущества очевидны — «провисание» или скачок напряжения не приведет к отключению электроэнергии.

Довольно распространенной проблемой в старых электроустановках является нагрев нейтральных проводов в распределительном устройстве. Если вы столкнулись с этой неприятностью, необходимо немедленно принять меры, поскольку нарушенная нейтраль представляет собой серьезную опасность, особенно в трехфазных электрических цепях. В сегодняшней статье вы узнаете, почему нагревается нейтральный проводник и как устранить эту проблему.

Наиболее вероятные причины нагрева

Время от времени на тематических форумах возникает дискуссия о причинах нагрева проводов с нулевым потенциалом, когда фазные провода домашней сети в норме. Несмотря на многочисленные дискуссии на эту тему, существует всего три фактора, которые могут вызвать обсуждаемое негативное явление:

  1. Низкая надежность электрического контакта.
  2. Влияние высших гармоник.
  3. Повышенная нагрузка на нейтральную систему.

Мы предлагаем детально рассмотреть каждую из вышеперечисленных причин.

Низкая надежность электрического контакта

Вышеуказанная причина наиболее характерна для старых кабелей, изготовленных из алюминиевых проводов. Недостатки этого материала были многократно описаны в других публикациях на нашем сайте, но стоит еще раз кратко упомянуть о них:

  • Образование оксидного слоя на проволоке, что приводит к увеличению сопротивления контакта.
  • Пластичность материала требует регулярной подтяжки соединений.
  • Перегрев алюминиевой проволоки увеличивает ее хрупкость.

Учитывая, что чаще всего внимание уделяется электрическим контактам фазных проводов, о нейтральной шине часто забывают. В результате со временем сопротивление контактов увеличивается, они нагреваются и рано или поздно перегорают. Справедливости ради следует отметить, что эта проблема может возникнуть и с медными проводниками. Пример плохого контакта с нейтральной шиной в квартире показан на фото.

Перегрев нейтральных проводников из-за плохого контакта

Характерно, что эта проблема чаще возникает в плоских панелях, чем в электрических розетках. Причина этого заключается в том, что соединения нулевого провода имеют более высокую нагрузку, чем одиночная розетка.

Влияние высших гармоник

С появлением в домах и офисах большого количества электроприборов с импульсными источниками питания остро встала проблема перегрева и, как следствие, разрушения (выгорания) рабочего нулевого проводника. Это вызвано перегрузкой последнего токами высших гармоник. Это означает, что ток в нейтральном проводнике больше, чем ток в фазных проводниках. Защитные устройства часто устанавливаются только на последних.

В старых системах учитывалась только нагрузка на линию, где присутствовала только основная гармоника (в Советском Союзе и позднее в бывшем СССР она составляла 50,0 Гц). Поэтому предполагалось, что нагрузка на фазные провода всегда будет больше, чем нагрузка на рабочую нейтраль. Из этого следует, что перегрузка нуля, превышающая фазу, не может возникнуть. Таким образом, защита от перегрузки фазы также обеспечивала безопасность нейтрали.

С появлением большого количества потребителей электроэнергии, создающих нелинейные нагрузки, ток, протекающий через рабочую нейтраль, будет увеличиваться. Это может привести к перегоранию последних в старых энергосистемах. Примеры бытовых приборов, вызывающих нелинейность:

  • Микроволновые печи, индукционные печи, а также электродуговые печи.
  • Светодиодные и газоразрядные источники света.
  • Все приборы с импульсными источниками питания.
  • Инверторные электрические машины и т.д.

Для того чтобы предотвратить потери нуля из-за влияния высших гармоник, были изменены некоторые нормативные документы. Например, ГОСТ 30804.4.30 2013 предписывает, что гармоники, порядок которых 40-й или выше, должны быть включены в расчеты. ГОСТ 50571.5.52 2011 рекомендует выбирать сечение кабеля по наиболее нагруженному током проводнику, также следует учитывать токовую нагрузку рабочей нейтрали.

К сожалению, рамки данной статьи не позволяют нам более полно обсудить тему высших гармоник, но мы обязательно вернемся к ней в одной из следующих публикаций на нашем сайте.

Повышенная нагрузка на ноль

Иногда можно услышать, что перегрев нейтрального проводника вызван перегрузкой из-за того, что сосед подключился к шине PE для хищения электроэнергии. Такой вариант интересен, но не осуществим. В одной из наших публикаций, описывающих различные конструкции счетчиков электроэнергии, обсуждалась их устойчивость к различным способам хищения тока. В частности, обсуждался вариант использования земли в качестве рабочей нейтрали и то, почему этот метод не работает на современных счетчиках энергии.

Как упоминалось выше, ток может превышать фазный ток в нейтральном рабочем проводнике только при наличии высших гармоник. Подключение соседа к нейтрали (в вашем распределительном устройстве) приведет к перегреву этого проводника, если такое действие приведет к плохому контакту с общей шиной.

Чем опасен перегрев нулевого провода?

Такая ненормальная ситуация почти гарантированно приведет к обрыву нуля. Он неоднократно упоминался в других публикациях на нашем сайте. Давайте вкратце вспомним, о чем они говорили, начиная с нулевого замыкания в трехфазных сетях.

Обнуление в трехфазной системе

Как видно на рисунке выше, замыкание нуля в проводнике приводит к разбалансировке фазных напряжений, эта ненормальная ситуация также известна как расхождение фаз. Это может привести к напряжению, близкому к линейному, т.е. близкому к 380 вольтам, в однофазной сети. Каковы риски для бытовой техники и потребительской электроники? В лучшем случае сработает защита источника питания, в худшем — приборы потребуют дорогостоящего ремонта.

В случае перегорания нейтрали в однофазной системе последствия для бытовых приборов будут не такими серьезными, как в 3-фазной системе. Ниже показаны наиболее вероятные точки разрыва бытовой водопроводной сети.

Вероятные точки перелома в жилище

Из рисунка видно, что сбои возможны в основных контактных точках автоматического выключателя остаточного тока (АВПТ). На шине PE могут возникнуть проблемы с электрическим контактом (особенно если проводка выполнена алюминиевым кабелем). Последняя возможность — сломанная розетка. В любом из этих случаев устройства не будут работать.

Казалось бы, в этом нет ничего страшного, но любой электроприбор, оставленный подключенным к сети, приводит к возникновению опасного потенциала в нейтральном проводнике. В заземленной системе TN-C это может представлять непосредственную опасность для жизни, так как на заземленном корпусе будет присутствовать фазное напряжение. В более современных системах TN-C-S такая ситуация приведет к короткому замыканию и отключению АВ.

Как не допустить критического нагрева нуля?

Поскольку на плоской шкале влияние высших гармоник пренебрежимо мало, перейдем сразу к проблеме плохих электрических контактов. Если вы обнаружили проблемное место в распределительном щитке квартиры, где нагревается электрическое соединение, прежде всего, следует отключить главный автоматический выключатель и проверить, что через него не течет ток. Лучший способ проверить это — объединить тестер напряжения и мультиметр, переключенный в режим измерения переменного тока.

Убедившись, что питание отключено, ослабьте проблемный контакт (обычно это винтовая клемма), чтобы отсоединить провод. Разберите его таким же образом, как и клемму. Если распределительное устройство подключено многожильным медным проводом, его концы следует лудить или обжимать. После этого можно приступать к монтажу контакта. Обратите внимание, что «перегрев» провода при винтовом соединении также нежелателен, как и незакрепленная клемма.

Прямой контакт меди и алюминия недопустим, так как эти материалы образуют гальваническую пару и, как следствие, электрическое сопротивление такого соединения будет быстро увеличиваться.

Если при монтаже использовались тонкие провода, их лучше заменить. Чтобы узнать, как правильно выбрать сечение кабеля в зависимости от тока нагрузки, посетите наш сайт.

Защита от перекоса фаз

Если возможно, в этом случае следует установить реле напряжения.

Реле напряжения

Это устройство обеспечивает защиту как от пониженного, так и от повышенного напряжения. Альтернативным решением может быть установка стабилизатора напряжения для всего дома. Несмотря на более высокую стоимость, преимущества очевидны — «провисание» или скачок напряжения не приведет к отключению электроэнергии.

Оцените статью
Добавить комментарий