Nulový zlom v třífázové síti – příčiny a důsledky

Nulová přestávka – jedná se o nouzový režim provozu třífázové elektrické sítě, ve kterém se v důsledku přerušení (vyhoření) neutrálního pracovního vodiče v případě asymetrického zatížení objeví napětí na jednofázových napájecích přijímačích připojené k této síti výrazně nižší nebo naopak výrazně vyšší než jmenovité napětí jednofázové sítě.

Důsledky nulové ztráty – jedná se o poruchová elektrická zařízení a především se jedná o drahá elektronická zařízení, jako jsou počítače, televize, moderní pračky atd., které jsou nejcitlivější na změny síťového napětí a zejména na jeho zvýšení.

Vůbec nezáleží na tom, zda bydlíte v soukromém domě nebo v bytě, zda máte třífázovou síť nebo jednofázovou síť, pokud je přerušena nula napájecí sítě a při absenci řádné ochrany, riskujete, že se stanete obětí takové nehody.

V tomto článku se podíváme na to, co se stane, když dojde k přerušení nuly, kde se v jednofázové zásuvce může objevit 380 voltů, a také z jakých důvodů může dojít k přerušení nuly a jak se před ním chránit.

2. Proč se při porušení nuly zvýší napětí?

Abychom na tuto otázku odpověděli, podívejme se, jak je strukturována naše elektrická síť a jak jsou k ní připojeny elektrické spotřebiče.

Existují dva hlavní způsoby připojení elektrických přijímačů – paralelní a sériové:

Na obrázku výše je paralelní zapojení dvou žárovek při tomto zapojení bude napětí na obou žárovkách stejné a rovné síťovému napětí bez ohledu na počet žárovek a jejich výkon, přičemž proud sítě (I;₁) se bude rovnat součtu proudů I₂ – která prochází první žárovkou a I₃ která prochází druhou žárovkou.

Podle tohoto schématu jsou připojena všechna elektrická zařízení v bytech a soukromých domech.

Celkový proud pro paralelní připojení lze vypočítat pomocí vzorce:

I=U/R

kde: U – napětí sítě, Volt; R — odpor sítě, Ohm.

Z tohoto vzorce je zřejmé, že proud v síti je nepřímo úměrný odporu, tzn. Čím vyšší odpor, tím nižší proud a naopak.

Každé elektrické zařízení, ať už je to jednoduchá žárovka nebo mikrovlnná trouba, má svůj elektrický odpor a čím je zařízení výkonnější, tím je jeho odpor nižší.

Celkový odpor sítě při paralelním připojení je určen vzorcem:

• Při připojení dvou rezistorů:

• Při připojení tří nebo více rezistorů:

kde: R₁,R₂,R_n – odpor jednotlivých elektrických zařízení připojených k síti.

Představme si, že jsme do sítě zapojili paralelně 2 žárovky: jednu žárovku o výkonu 75 Wattů s odporem R₁= 600 Ohm a druhý – 150 Watt s odporem R₂= 300 Ohm, pak bude celkový odpor sítě roven:

R_síť=(600*300)/(600+300)=200 Ом

Nyní do naší sítě přidáme třetí 75wattovou žárovku s odporem R₃= 600 Ohm, pak:

1/R_síť=1/600+1/300+1/600 ➜ 1/R_síť=0,0017+0,0033+0,0017,

odtud zjistíme celkový odpor sítě:

R_síť=1/(0,0017+0,0033+0,0017)=149 Ом

Jak je z tohoto výpočtu patrné, při zapojení třetí žárovky se snížil celkový odpor sítě.

ZÁVĚR #1: Čím více elektrických přijímačů je připojeno paralelně k síti, tím nižší bude její celkový odpor.

Při sériovém zapojení má proud tekoucí obvodem stejnou hodnotu po celé jeho délce (tj. oběma žárovkami protéká stejný proud bez ohledu na jejich výkon), která se vypočítá podle stejného vzorce jako při paralelním zapojení:

Celkový odpor sítě při sériovém zapojení je však určen jako součet odporů všech připojených elektrických přijímačů:

kde: R₁*R₂*R_n – odpor jednotlivých elektrických zařízení připojených k síti.

Při sériovém zapojení elektrických spotřebičů se napětí sítě rozdělí mezi tyto elektrické spotřebiče v poměru k jejich odporu. Napětí na každém zařízení lze vypočítat pomocí následujícího vzorce:

U_{elektrický přijímač} = I_síť*R_{elektrický přijímač}

Jak je z tohoto vzorce patrné, napětí na elektrickém přijímači je přímo úměrné jeho odporu.

Pro názornost si spočítejme napětí na dvou 220W žárovkách zapojených do série do 75V sítě (odpor jedné žárovky R=600 Ohm) (obr. 1)

V tomto případě bude celkový odpor sítě roven:

R_síť= R_{žárovky č.1} + R_{žárovky č.2}= 600 + 600 = 1200 ohmů

Proud sítě bude roven:

Potom bude napětí na žárovce:

U_žárovky = I_síť*R_žárovky=0,183*600=110 voltů

Protože odpor (výkon) obou žárovek je stejný, rozdělí se mezi ně napětí sítě rovným dílem.

Takto zapojíte například žárovky v girlandách, když vezmete desetivoltové žárovky stejného výkonu, tak zapojením 22 takových žárovek do série do sítě 220V bude mít každá žárovka přesně 10V ( 220 voltů/22 žárovek = 10 voltů pro každou žárovku), ale pokud jedna žárovka shoří, řetěz se přetrhne a celá girlanda zhasne.

Nyní si představte, že jsme jednu ze žárovek nahradili 150wattovou žárovkou, jejíž odpor bude R_{žárovky č.2} =300 Ohm (obr. 2)

Potom bude celkový odpor sítě roven:

R_síť= R_{žárovky č.1} + R_{žárovky č.2}= 600 + 300 = 900 ohmů

Proud sítě bude roven:

Potom se napětí na žárovce č. 1 (75 Watt) bude rovnat:

U_{žárovky č.1} = I_síť*R_{žárovky č.1}=0,2444*600=147 voltů

A napětí na žárovce č. 2 (150 Watt) bude:

U_{žárovky č.2} = I_síť*R_{žárovky č.2}=0,2444*300=73 voltů

To znamená, že méně výkonná žárovka obdrží více napětí, a proto bude hořet jasněji.

ZÁVĚR #2: Když jsou elektrické spotřebiče zapojeny sériově do sítě, méně výkonným elektrickým spotřebičům je přiděleno větší napětí než spotřebičům s vyšším výkonem.

No, konečně, pojďme zjistit, proč, pokud je nula rozbitá, může se ve vaší zásuvce objevit 380 voltů Chcete-li to provést, představme si obvyklé schéma pro připojení bytů v bytovém domě (podobným způsobem jsou připojeny soukromé obytné domy. k elektrickému vedení):

Schéma ukazuje spojení tří bytů, protože zátěž napříč fázemi by měla být rozdělena rovnoměrně; všechny byty jsou napojeny na různé fáze, přičemž všechny tři byty mají společnou nulu.

V třífázové síti je napětí mezi fázemi 380 voltů a napětí mezi fází a nulou je 220 voltů, v tomto schématu v každém z apartmánů je síťové napětí 220 voltů a elektrické spotřebiče jsou zapojeny paralelně do této sítě, zatímco proud teče z fáze do nuly.

Nyní se podívejme, co se stane v elektrické síti, když se zlomí nula (pro větší přehlednost a zjednodušení výpočtů si představme, že obyvatelé bytu č. 3 odjeli na dovolenou s prozíravým vypnutím všech elektrických spotřebičů v bytě):

Výše uvedený diagram ukazuje, že když byla nula porušena, první a druhý byt byly zapojeny do série na 380V síť, v tomto případě proud již neteče z fáze do nuly, ale z fáze do fáze;

Jak bylo uvedeno výše, při sériovém zapojení elektrických spotřebičů do sítě je méně výkonným elektrospotřebičům přiděleno větší napětí (vývod č. 2). Pokud by se celkový výkon elektrospotřebičů připojených k síti v bytě č. 1 rovnal výkonu zařízení připojených k síti v bytě č. 2, pak by se napětí mezi byty rozdělilo rovným dílem, tzn. 190 voltů na byt, ale v praxi se to obvykle nestává.

V našem případě mají obyvatelé v bytě č. 1 k síti připojen pouze počítač, TV a jednu žárovku o celkovém výkonu 475 Wattů, přičemž v bytě č. 2 je součástí sítě: pračka, el. trouba, a 2 žárovky o celkovém výkonu 3950 Wattů, tedy t .To. celkový výkon bytu č. 1 je výrazně nižší, napětí v elektrické síti bytu č. 1 bude mnohem vyšší.

Po provedení výpočtu můžeme určit, že napětí v elektrické síti bytu č. 2 bude 40 voltů, při tomto napětí přestanou fungovat elektrické spotřebiče v bytě č. 2, vlákna v žárovkách budou sotva horká , přitom v bytě č. 1 bude napětí sítě 340 Voltů, při Při takto vysokém napětí začnou v bytě č. 1 selhávat především elektronická zařízení nejcitlivější na změny v dojde k výpadku síťového napětí, tzn. TV a počítače a po jejich poruše se celkový výkon bytu č. 1 sníží a napětí v síti se odpovídajícím způsobem zvýší, dokud všechna elektrická zařízení připojená k síti v bytě č. 1 „nevyhoří“:

Po poruše posledního elektrospotřebiče v bytě č. 1 dojde k přerušení elektrického obvodu (přestane téci proud), napětí v elektrické síti bytu č. 2 se vynuluje a měřením napětí v zásuvku bytu č. 1 uvidíme 380 Voltů.

Důvody nulové ztráty.

Existuje několik důvodů pro nulovou ztrátu:

1) Špatná kvalita a předčasná údržba elektrických panelů (nebo jeho úplná absence). Tento problém je zvláště akutní v obytných domech s více byty.

Pravidelná údržba je klíčem k bezproblémovému provozu elektrického zařízení. Bohužel provozní organizace (bytové a komunální služby) tuto důležitou zásadu často opomíjejí a jejich elektrikáři se do podlahových elektropanelů dívají až poté, co dojde k další havárii.

Příklad nulového spálení nulové sběrnice v důsledku špatně upnutého kontaktního spojení:

2) Asymetrické rozložení zatížení.

Jak již bylo napsáno výše, zatížení mezi fázemi by mělo být rozloženo co nejrovnoměrněji (symetricky).

Jak je patrné z výše uvedených schémat, při symetrické zátěži (když je připojený výkon na všech třech fázích stejný) jsou proudy vzájemně vyvážené, v důsledku toho v nulovém vodiči není žádný proud, avšak s asymetrickým zatížení fází, v nulovém vodiči teče tzv. vyrovnávací proud vyrovnávající nerovnoměrnost zátěže a čím vyšší je tato asymetrie, tím větší je vyrovnávací proud a tím vyšší je riziko nulového vyhoření.

3) Staré elektrické rozvody. Pokud nemáte to štěstí, že bydlíte v novostavbě, tak je dost možné, že váš dům byl projektován před 30-40 lety, kdy zátěž průměrného bytu byla v dnešní době pár žárovek a jedno rádio; má spoustu energeticky náročných zařízení, jako jsou mikrovlnné trouby, rychlovarné konvice, elektrické pece atd., ale staré elektrické rozvody samozřejmě nebyly dimenzovány na takovou zátěž.

Nulová ochrana proti zlomení

Existují dva hlavní způsoby ochrany proti přerušení nuly: opětovné uzemnění nulového vodiče a instalace napěťového relé:

1) Opětovné uzemnění nuly – tento způsob ochrany je vhodný pro soukromé obytné budovy, jejichž uzemnění se provádí pomocí systému TN-CS, zatímco v příchozím elektrickém panelu domu je zemní smyčka připojena k nulový vodič:

Jak je vidět na diagramu, když nula praskne (vyhoří), vyrovnávací proud pokračuje v toku do zemní smyčky, díky čemuž je fázové napětí udržováno na 220 Voltech. Další informace o tom, jak znovu uzemnit, si přečtěte v článku: Uzemnění v soukromém domě.

2) Instalace napěťového relé – tato metoda se používá k ochraně elektrické sítě bytů ve vícebytových domech před nulovým přerušením a také k ochraně elektrické sítě soukromých obytných budov s uzemněním prováděným podle systému TT nebo vůbec bez zemní smyčky.

Napěťové relé je zařízení, které sleduje úroveň napětí elektrické sítě, pokud se zvýší nebo sníží na nepřijatelnou úroveň, napěťové relé vypne elektrickou síť, dokud se napětí sítě nevrátí do normálu.

Přečtěte si více v článku Napěťové relé.

Na článku se pracovalo:

Autor článku: Dmitrij Komlev

Byl pro vás tento článek užitečný? Nebo možná ty otázky zůstávají? Pište do komentářů!

Na stránkách jsem nenašel odpověď na vaši otázku? Zeptejte se na fóru! Naši specialisté vám určitě odpoví.