Руководство по устройству электроустановок - Нейтральный провод

7 Нейтральный провод
Площадь сечения и защита нейтрального провода, кроме требований к пропускной способности по току, зависят от нескольких факторов, а именно:
Типа системы заземления - TT, TN и т.д.;
Гармонических токов;
Способа защиты от опасностей косвенного прикосновения, в соответствии с методами, описанными выше.
Нейтральный провод, согласно правилам, должен быть синего цвета. Изолированный PEN-провод должен обозначаться одним из следующих способов:
Желто-зеленая полоска по всей длине, и дополнительно, голубые отметки на концах, или
(1) Гармоники 3-го порядка и кратные им

Рис. G65 : Гармоники 3-го порядка совпадают по фазе и суммируются в нейтрали.
Голубой по всей длине и, дополнительно, желто-зеленые отметки на концах.
7.1 Определение сечения нейтрального провода
Влияние типа системы заземления Схемы TT, TN-S и IT
Одно-фазные цепи с сечением проводов менее 16мм2 (медь) и 25 мм2 (алюминий): сечение нейтрального провода должно быть равно сечению фаз.
Трехфазные цепи с сечением >16мм2 (медь) или 25мм2 (алюминий): сечение нейтрального провода можно выбрать:
Равным сечению фазовых проводов, или
Меньше, при условии что:
Ток, который, как ожидается, будет течь через нейтраль в нормальных условиях, меньше, чем допустимое значение Iz. Влияние гармоник кратных трем(1) должно особо учитываться, или
Нейтральный провод должен быть защищен от короткого замыкания, в соответствии со следующим подразделом G-7.2.
Сечение нейтрального провода, равно, как минимум,16 мм2 (медь) или 25 мм2 (алюминий). Схема TN-C
В теории применяются те же условия, что описаны выше, но на практике, нейтральный провод ни в коем случае не должен быть разомкнут, так как он выполняет роль заземляющего и нейтрального провода (см. Рис. G60, колонка "Сечение PEN-провода").
Схема IT
В целом, не рекомендуется распределять нейтральный провод, то есть 3-фазная 3-проводная схема является предпочтительной. Когда нужна 3-фазная 4-проводная установка, то применяются условия, описанные выше для схем ТТ и TN-S.
Влияние гармонических токов Влияние гармоник 3-го порядка и кратных им
Гармонические токи генерируются нелинейными нагрузками, подключенными к установке (компьютеры, флуоресцентное, выпрямители, электронные прерыватели нагрузки) и могут вызывать большие токи в нейтральном проводе. Особенно гармоники 3-го порядка и кратные им, в трехфазных установках имеют тенденцию Суммироваться в нейтрали, так как:
Основные токи не совпадают по фазе на 2п/3, поэтому их сумма равна нулю.
С другой стороны, гармоники 3-го порядка трех фаз всегда позиционируются одинаковым образом относительно своих основных токов, и совпадают по фазе друг с другом (См. Рис. G658)

Рис. G65 : Нагрузка нейтрального провода в зависимости от наличия гармоники 3.
Коэффициенты снижения для гармонических токов в 4-жильных и 5-жильных кабелях, где 4 жилы передают ток
Базовые расчеты кабелей относятся только к кабелям с тремя токоведущими жилам, то есть, в нейтральном проводе ток отсутствует. Из-за тока третьей гармоники, в нейтральном проводе есть ток. В результате, такой ток в нейтральном проводе создает горячее окружение для 3-фазных жил и таким образом необходимо применять коэффициент снижения при расчете фазных жил (см. Рис. G66).
Коэффициенты снижения, применяемые при расчете пропускной способности по току кабеля с тремя токоведущими проводами, дают пропускную способность кабеля с четырьмя токоведущими проводами, где ток в четвертом проводе появляется из-за гармоник. Коэффициенты снижения также принимают во внимание нагрев проводов из-за гармонических токов.
Там, где ожидается, что ток в нейтрали будет выше, чем ток в фазах, сечение кабеля должно выбираться на основе тока в нейтральном проводе.
Там, где сечение жил кабеля выбрано по току в нейтрали, который лишь незначительно выше фазового тока, необходимо снизить значение пропускной способности по току для трех фазнх жил.
На Рис. G65b показана величина коэффициента загрузки нейтрального провода, в зависимости от наличия гармоники 3.
На практике, максимальная величина коэффициента загрузки не может превышать 3.
Если ток в нейтрали составляет более 135% от тока в фазах и сечение кабеля выбирается на основе тока в нейтрали, то три фазовых провода не будут нести полную нагрузку. Снижение тепла, выделяемого фазовыми проводами, снижает тепло, выделяемое нейтральным проводом до такой степени, что нет необходимости применять коэффициенты снижения к пропускной способности по току для трех нагруженных проводов.

Рис. G6I: Коэффициенты снижения из-за гармонических токов в 4-жильных и 5-жильных кабелях (согласно стандарту МЭК 60364-5-52)
Примеры
Рассмотрим трехфазную цепь с расчетной нагрузкой 37А, в которой используется 4-жильный кабель с изоляцией ПВХ, с креплением к стене, метод монтажа С. Согласно Рис. G24, кабель 6мм2 с медными проводами имеет пропускную способность 40 А и, таким образом допустим, если в цепи не присутствуют гармоники.
Если присутствует 20% тока третьей гармоники, то применяется коэффициент снижения 0,86, и расчетная нагрузка становится равной: 37/0,86 = 43 А.
Для этой нагрузки необходим кабель сечением 10 мм2.
Если присутствует 40% тока третьей гармоники, то сечение кабеля выбирается на основе тока в нейтральном проводе, который равен: 37 x 0,4 x 3 = 44,4 А и применяется коэффициент снижения 0,86, поэтому расчетная нагрузка будет: 44.4/0.86 = 51.6 А.
Для этой нагрузки необходим кабель сечением 10мм2.
Если присутствует 50% тока третьей гармоники, то сечение кабеля также выбирается на основе тока в нейтральном проводе: 37 x 0,5 x 3 = 55,5 А . В этом случае коэффициент равен 1 и потребуется кабель сечением 16 мм2 .
Защита нейтрального провода (см. Рис. 667 на след. стр.) I Защита от перегрузки
Если сечение нейтрального провода выбрано правильно (включая гармоники), то не требуется специальной защиты нейтрального провода, так как он защищен устройствами защиты фазных проводников.
Однако, на практике, если сечение нейтрального провода меньше, чем сечение фазового провода, должна быть установлена защита нейтрального провода от перегрузки.
Защита от короткого замыкания
Если сечение нейтрального провода меньше, чем сечение фазного проводника, то он должен быть защищен от короткого замыкания.
Если сечение нейтрального провода равно или больше, чем сечение фазового проводника, то не требуется специальной защиты нейтрального проводника, так как он защищен защитой фазных проводников.
Отключение нейтрального провода (см. Рис. G67 на след. стр.)
Необходимость отключать или не отключать нейтральный провод связана с защитой от косвенного прикосновения.
В схеме TN-C
Нейтральный провод ни в коем случае не должен быть разомкнут, так как он выполняет роль заземляющего и нейтрального провода
В схемах TT, TN-S и IT
В случае повреждения, автоматический выключатель цепи отключит все полюса, включая полюс нейтрали, то есть, автоматический выключатель является многополюсным. В случае плавких предохранителей, это действие может быть достигнуто только непрямым способом, когда срабатывание одного или более предохранителей приводит к механическому размыканию всех полюсов в соответствующем выключателе нагрузки, подсоединенным последовательно.
Изоляция (отключение) нейтрального провода
(см. Рис. G67 на след. стр.)



Считается хорошей практикой, чтобы каждая цель имела средства изоляции (отключения).

G - Защита цепей
7 Нейтральный провод

Разрешено для схем TT или TN-S, если установлена защита типа УЗО в начале цепи или выше ее, и отсутствует дополнительный нейтральный провод ниже по цепи от точки защиты.
Защита нейтрального провода от перегрузки по току не требуется:
если нейтральный провод защищен от короткого замыкания с помощью устройства, установленного выше по цепи, или
если цепь имеет защиту типа УЗО, чувствительность которой составляет меньше 15% допустимого тока в нейтрали.
Рис. G6: Различные ситуации для нейтрального провода