Что такое нейтральный проводник (N), его обозначение, назначение, требования

Нейтральный проводник (neutral conductor) согласно ГОСТ 30331.1-2013 — это проводник, электрически присоединенный к нейтрали и используемый для передачи электрической энергии. Другими словами это проводник, который присоединен к общей части многофазной системы переменного тока, соединённой звездой, находящейся под напряжением, или средней части однофазной системы переменного тока, находящейся под напряжением. Данный термин имеет жаргонизм — «ноль», «нуль», «нулевой проводник», «N-проводник», «нулевой рабочий проводник» среди некоторых людей.

В книге [2] под авторством Харечко Ю.В. еще более предметно детализируются назначение нейтрального проводника и его особенности:

Нейтральные проводники совместно с фазными проводниками используют в электрических цепях переменного тока низковольтных электроустановок для обеспечения электрической энергией применяемого в них электрооборудования. Нейтральный проводник имеет электрическое соединение с общей токоведущей частью многофазного источника питания переменного тока, обмотки которого соединены звездой, или со средней токоведущей частью однофазного источника питания переменного тока. Не относится к линейным проводникам.

[2]

Нейтральный проводник относят к токоведущим частям. Однако в нормальных условиях он, в отличие от фазных проводников, обычно находится под незначительным напряжением относительно земли. Нейтральный проводник является токопроводящим проводником, который учитывают в общем числе проводников, применяемых в электрической цепи, сети или системе.

[2]

Нейтральные проводники, прежде всего, применяют в трехфазных четырехпроводных электрических системах переменного тока, которые имеют источники питания с нейтралями. На рисунке 1 показан пример системы TN‑S, на рисунке 2 и 3 системы – TN‑C‑S, на рисунке 4 – системы TT, в которых имеются нейтральные проводники.

Система TN-S трехфазная четырехпроводная
Рис. 1. Система TN-S трехфазная четырехпроводная с разделенными нейтральным проводником и защитным проводником по всей системе (на основе рисунка 31А1 из ГОСТ 30331.1-2013)

В некоторых случаях и при определенных условиях функции нейтрального проводника и защитного проводника могут быть объединены в одном PEN-проводнике.

Приведу пример системы распределения электроэнергии, имеющей тип заземления системы TN-C-S и которая рекомендована для широкого применения:

истема распределения электроэнергии (TN-C-S)
Рис 2. Система распределения электроэнергии (тип заземления системы TN-C-S). Здесь 1 — заземляющее устройство источника питания; 2 — заземляющее устройство электроустановки здания; ПС — трансформаторная подстанция; ВЛ — воздушная линия электропередачи; КЛ — кабельная линия электропередачи

Из этой системы мы видим, что PEN-проводник на вводе электроустановки повторно заземляется и делится на защитный проводник PE и нейтральный проводник N. Этот рисунок демонстрирует один из примеров, показывающий откуда берется нейтральный проводник N в электроустановках зданий.

Система TN-C-S трехфазная четырехпроводная
Рис. 3. Система TN-C-S трехфазная четырехпроводная, в которой PEN-проводник разделен на защитный проводник PE и нейтральный проводник N где-то в электроустановке (на основе рисунка 31B1 из ГОСТ 30331.1-2013)
Система TT трехфазная четырехпроводная
Рис. 4. Система TT трехфазная четырехпроводная с заземленным защитным проводником и нейтральным проводником во всей системе (на основе рисунка 31F1 из ГОСТ 30331.1-2013)

Нейтральные проводники могут также применяться в однофазных электрических системах переменного тока, которые имеют источники питания со средними точками (нейтралями). На рисунке 5 показан один из вариантов выполнения системы TN-C‑S.

Система TN-C-S однофазная двухпроводная, в которой PEN-проводник разделен
Рис. 5. Система TN-C-S однофазная двухпроводная, в которой PEN-проводник разделен на защитный проводник PE и нейтральный проводник N на вводе электроустановки (на основе рисунка 31B1 из ГОСТ 30331.1-2013)

Важно: в электроустановках, в которых нагрузки включены между фазами, может отсутствовать необходимость в нейтральном проводнике.

Требования по сечению

В ГОСТ Р 50571.5.52-2011/МЭК 60364-5-52:2009 [3] изложены требования к нейтральным проводникам. В национальном стандарте указано, что сечение нейтрального проводника должно быть равным сечению фазных проводников:

  • в однофазных двухпроводных электрических цепях для всех сечений;
  • в многофазных и однофазных трехпроводных электрических цепях, если фазные проводники имеют сечение до 16 мм2 по меди и 25 мм2 по алюминию включительно.

В многофазных электрических цепях, имеющих фазные проводники сечением большим чем 16 мм2 по меди или 25 мм2 по алюминию, сечение нейтрального проводника может быть меньше сечения фазных проводников (обычно не ниже 50%), при одновременном выполнении следующих условий:

  • ожидаемый максимальный ток, включая гармоники, который может протекать в нейтральном проводнике при нормальном оперировании электроустановки здания, не превышает его допустимый длительный ток;
  • нейтральный проводник защищен от сверхтока;
  • нейтральный проводник имеет сечение не менее 16 мм2 по меди и 25 мм2 по алюминию.

В ГОСТ Р 50571.5.52-2011 (на основании таблицы 52.2) установлены минимальные сечения нейтрального проводника [3]:

  • в кабелях и изолированных проводах стационарных электропроводок – 1,5 мм2 по меди и 10 мм2 по алюминию;
  • в неизолированных проводах стационарных электропроводок – 10 мм2 по меди и 16 мм2 по алюминию;
  • в соединительных гибких кабелях – 0,75 мм2 по меди.

Харечко Ю.В. в книге [2] дополняет:

В действующем стандарте ГОСТ Р 50571.5.52-2011/МЭК 60364-5-52:2009 вышеуказанные требования дополнены требованиями, которые предписывают увеличивать площадь нейтральных проводников при протекании в электрических цепях токов третьей гармоники и кратных ей гармоник. Приложение E «Учет влияния токов высших гармоник для симметричных трехфазных систем» содержит требования к использованию поправочных коэффициентов, учитывающих протекание токов гармоник в четырех- и пятижильных кабелях с четырьмя токопроводящими жилами, а также примеры применения этих коэффициентов.

[2]

Требования по защите от сверхтока

ГОСТ Р 50571.4.43-2012 (п. 431.2) [4] содержит требования по защите нейтральных проводников от сверхтока.

В электроустановках зданий, соответствующих типам заземления систем TN и TT, не требуется предусматривать обнаружение сверхтоков в нейтральных проводниках и выполнять их отключение, если сечения нейтральных проводников равны сечениям фазных проводников. Если в какой-то электрической цепи сечение нейтрального проводника меньше сечения фазных проводников, то следует предусмотреть обнаружение в нем сверхтока с последующим отключением фазных проводников.

Нейтральный проводник при этом можно не отключать. Однако не требуется обнаружение сверхтока в нейтральном проводнике при выполнении двух условий:

  • нейтральный проводник защищен от короткого замыкания посредством защитного устройства фазных проводников той же самой электрической цепи;
  • максимальный ожидаемый ток, который может протекать в нейтральном проводнике при нормальном оперировании электроустановки здания, меньше значения допустимого длительного тока этого проводника.

В электроустановках зданий, соответствующих типу заземления системы IT и имеющих нейтральные проводники, требуется обнаружение сверхтока в нейтральном проводнике каждой электрической цепи. При его выявлении следует отключить все проводники, находящиеся под напряжением, включая нейтральный проводник. Однако не требуется выполнять указанные меры защиты от сверхтока, если:

  • нейтральный проводник надежно защищен от сверхтока посредством защитного устройства, установленного со стороны источника питания, например – на вводе в электроустановку здания;
  • рассматриваемая электрическая цепь защищена посредством защитного устройства дифференциального тока, имеющего номинальный отключающий дифференциальный ток не более 0,15 максимально допустимого тока нейтрального проводника. Это защитное устройство должно отключать все находящиеся под напряжением проводники электрической цепи, включая нейтральный проводник.

Важно! При необходимости коммутации нейтрального проводника его следует отключать после отключения фазных проводников, а включать одновременно с фазными проводниками или ранее их.

Далее обратимся к книге [2] автора Харечко Ю.В. который дополняет вышеуказанные требования следующим образом:

В действующем стандарте ГОСТ Р 50571.4.43-2012 (пункт 431.2.3) вышеуказанные требования дополнены требованиями, которые предписывают осуществлять обнаружение перегрузки в нейтральном проводнике многофазной электрической цепи, в которой гармоническая составляющая токов фазных проводников такова, что электрический ток, протекающий в нейтральном проводнике, может превысить его допустимый длительный ток. При обнаружении перегрузки следует отключать фазные проводники. Нейтральный проводник при этом можно не отключать.

[2]

В системе TN-S не требуется разъединять или отключать нейтральные проводники. В цепи нейтральных проводников запрещено включать однополюсные коммутационные устройства. Коммутационные устройства, посредством которых выполняют переключение с одного источника питания на другой, должны воздействовать на все проводники, находящиеся под напряжением. Поскольку нейтральные проводники наряду с фазными проводниками являются токоведущими проводниками, их следует коммутировать при переключении источников питания.

[2]

Требования п. 444.4.7 стандарта ГОСТ Р 50571.4.44-2019 (МЭК 60364-4-44:2007) также предписывают выполнять в системах TN переключение с одного источника питания на другой посредством коммутационного устройства, переключающего одновременно линейные проводники и нейтральный проводник, если он имеется в низковольтной электроустановке. Такое переключение, показанное на рисунке 6, предотвращает возникновение электромагнитных полей, создаваемых блуждающими токами в главной системе питания низковольтной электроустановки. Поскольку сумма токов в одном кабеле должна быть равна нулю, переключение гарантирует протекание нейтральных токов только в нейтральном проводнике той цепи, которая подключена. Токи третьей гармоники (150 Гц) линейных проводников добавляются к току нейтрального проводника с тем же самым фазовым углом.

[2]
Подключение к альтернативному трехфазному источнику питания посредством четырехполюсного выключателя
Рис. 6. Подключение к альтернативному трехфазному источнику питания посредством четырехполюсного выключателя (на основе рисунка 44.R9A из ГОСТ Р 50571.4.44-2019)

ВНИМАНИЕ! На рисунке 6 PEN-проводники обоих источников питания присоединены к нейтральному проводнику. Однако согласно требованиям стандарта ГОСТ Р 50571.5.54-2013/МЭК 60364-5-54:2011 PEN-проводник следует подключать к шине или зажиму, который используют для присоединения защитных проводников.

Цветовая идентификация и буквенно-цифровая маркировка

Нейтральный проводник, согласно ГОСТ 33542-2015 [6], обозначается буквой N и идентифицируется синим цветом как в однофазных, так и в трехфазных цепях.

Если применяют идентификацию посредством цвета, неизолированные проводники, используемые в качестве нейтрального проводника, должны быть или окрашены посредством синей полосы шириной от 15 до 100 мм в каждом блоке или оболочке и в каждом доступном месте, или окрашены синим цветом по всей их длине.

[6]
Буквенно-цифровое обозначение проводников для трехфазных электроустановок зданий

Использованная литература

  1. ГОСТ 30331.1-2013
  2. Харечко Ю.В. Краткий терминологический словарь по низковольтным электроустановкам. Часть 1// Приложение к журналу «Библиотека инженера по охране труда». – 2011. – № 3. – 160 c.
  3. ГОСТ Р 50571.5.52-2011
  4. ГОСТ Р 50571.4.43-2012
  5. ГОСТ Р 50571.4.44-2019
  6. ГОСТ 33542-2015