Що таке нейтральний провідник (N), його позначення, призначення, вимоги

Нейтральний провідник (neutral conductor) згідно ГОСТ 30331.1-2013 – це провідник, електрично приєднаний до нейтрали і використовуваний для передачі електричної енергії. Іншими словами це провідник, який приєднаний до загальної частини багатофазної системи змінного струму, з’єднаної зіркою, що знаходиться під напругою, або середній частині однофазної системи змінного струму, що знаходиться під напругою. Даний термін має жаргонізм – “нуль”, “нуль”, “нульовий провідник”, “N-провідник”, “нульовий робочий провідник” серед деяких людей.

У книзі [2] під авторством Харечко Ю.В. ще більш предметно деталізуються призначення нейтрального провідника і його особливості:

Нейтральні провідники спільно з фазними провідниками використовують в електричних ланцюгах змінного струму низьковольтних електроустановок для забезпечення електричною енергією застосовуваного в них електроустаткування. Нейтральний провідник має електричне з’єднання із загальною токоведущей частиною багатофазного джерела живлення змінного струму, обмотки якого з’єднані зіркою, або з середньою токоведущей частиною однофазного джерела живлення змінного струму. Чи не відноситься до лінійних провідників.

[2]

Нейтральний провідник відносять до частин, що знаходяться під напругою. Однак в нормальних умовах він, на відміну від фазних провідників, зазвичай знаходиться під незначним напругою щодо землі. Нейтральний провідник є струмопровідних провідником, який враховують в загальній кількості провідників, що застосовуються в електричному ланцюзі, мережі або системі.

[2]

Нейтральні провідники, перш за все, застосовують в трифазних чотирипровідних електричних системах змінного струму, які мають джерела живлення з нейтралями. На малюнку 1 показаний приклад системи TN-S, на малюнку 2 і 3 системи – TN-C-S, на малюнку 4 – системи TT, в яких є нейтральні провідники.

Система TN-S трифазна чотирипровідна
Мал. 1. Система TN-S трифазна чотирипровідна з розділеними нейтральним провідником і захисним провідником по всій системі (на основі малюнка 31А1 з ГОСТ 30331.1-2013)

У деяких випадках і за певних умов функції нейтрального провідника і захисного провідника можуть бути об’єднані в одному PEN-провіднику.

Наведу приклад системи розподілу електроенергії, що має тип заземлення системи TN-CS і яка рекомендована для широкого застосування:

истема розподілу електроенергії (TN-CS)
Рис 2. Система розподілу електроенергії (тип заземлення системи TN-CS). Тут 1 – заземлюючих пристроїв джерела живлення; 2 – заземлюючих пристроїв електроустановки будівлі; ПС – трансформаторна підстанція; ПЛ – повітряна лінія електропередачі; КЛ – кабельна лінія електропередачі

З цієї системи ми бачимо, що PEN-провідник на вводі електроустановки повторно заземлюється і ділиться на захисний провідник PE і нейтральний провідник N. Цей малюнок демонструє один із прикладів, який показує звідки береться нейтральний провідник N в електроустановках будинків.

Система TN-CS трифазна чотирипровідна
Мал. 3. Система TN-CS трифазна чотирипровідна, в якій PEN-провідник розділений на захисний провідник PE і нейтральний провідник N десь в електроустановці (на основі малюнка 31B1 з ГОСТ 30331.1-2013)
Система TT трифазна чотирипровідна
Мал. 4. Система TT трифазна чотирипровідна із заземленим захисним провідником і нейтральним провідником у всій системі (на основі малюнка 31F1 з ГОСТ 30331.1-2013)

Нейтральні провідники можуть також застосовуватися в однофазних електричних системах змінного струму, які мають джерела живлення із середніми точками (нейтралями). На малюнку 5 показаний один з варіантів виконання системи TN-C-S.

Система TN-CS однофазная двухпроводная, в якій PEN-провідник розділений
Мал. 5. Система TN-CS однофазная двухпроводная, в якій PEN-провідник розділений на захисний провідник PE і нейтральний провідник N на введенні електроустановки (на основі малюнка 31B3 з ГОСТ 30331.1-2013)

важливо: в електроустановках, в яких навантаження включені між фазами, може бути відсутнім необхідність в нейтральному провіднику.

Вимоги по перетину

У ГОСТ Р 50571.5.52-2011 / IEC 60364-5-52: 2009 [3] викладені вимоги до нейтральних провідниках. У національному стандарті зазначено, що перетин нейтрального провідника має бути рівним перетину фазних провідників:

  • в однофазних двопровідних електричних ланцюгах для всіх перерізів;
  • в багатофазних і однофазних трьохпровідних електричних ланцюгах, якщо фазні провідники мають перетин до 16 мм 2 по міді і 25 мм 2 по алюмінію включно.

У багатофазних електричних ланцюгах, що мають фазні провідники перетином більшим ніж 16 мм 2 по міді або 25 мм 2 по алюмінію, перетин нейтрального провідника може бути менше перерізу фазних провідників (зазвичай не нижче 50%), при одночасному виконанні наступних умов:

  • очікуваний максимальний струм, включаючи гармоніки, який може протікати в нейтральному провіднику при нормальному оперуванні електроустановки будівлі, не перевищує його допустимий тривалий струм ;
  • нейтральний провідник захищений від сверхтока;
  • нейтральний провідник має переріз не менше 16 мм 2 по міді і 25 мм 2 по алюмінію.

У ГОСТ Р 50571.5.52-2011 (на підставі таблиці 52.2) встановлені мінімальні перерізи нейтрального провідника [3] :

  • в кабелях і ізольованих проводах стаціонарних електропроводок – 1,5 мм 2 по міді і 10 мм 2 по алюмінію;
  • в неізольованих проводах стаціонарних електропроводок – 10 мм 2 по міді і 16 мм 2 по алюмінію;
  • в сполучних гнучких кабелях – 0,75 мм 2 по міді.

Харечко Ю.В. в книзі [2] доповнює:

У чинному стандарті ГОСТ Р 50571.5.52-2011 / IEC 60364-5-52: 2009 вищевказані вимоги доповнені вимогами, які наказують збільшувати площу нейтральних провідників при протіканні в електричних ланцюгах струмів третьої гармоніки і кратних їй гармонік. Додаток E “Облік впливу струмів вищих гармонік для симетричних трифазних систем» містить вимоги до використання поправочних коефіцієнтів, які враховують перебіг струмів гармонік в чотирьох- і пятіжільних кабелях з чотирма струмопровідними жилами, а також приклади застосування цих коефіцієнтів.

[2]

Вимоги щодо захисту від надструмів

ГОСТ Р 50571.4.43-2012 (п. 431.2) [4] містить вимоги щодо захисту нейтральних провідників від сверхтока .

В електроустановках будинків, відповідних типів заземлення систем TN та TT, не потрібно передбачати виявлення надструмів в нейтральних провідниках і виконувати їх відключення, якщо перетину нейтральних провідників рівні перетинах фазних провідників. Якщо в якийсь електричного кола перетин нейтрального провідника менше перерізу фазних провідників, то слід передбачити виявлення в ньому сверхтока з подальшим відключенням фазних провідників.

Нейтральний провідник при цьому можна не відключати. Однак не потрібно виявлення сверхтока в нейтральному провіднику при виконанні двох умов:

  • нейтральний провідник захищений від короткого замикання за допомогою захисного пристрою фазних провідників тієї ж самої електричного кола;
  • максимальний очікуваний струм, який може протікати в нейтральному провіднику при нормальному оперуванні електроустановки будівлі, менше значення допустимого тривалого струму цього провідника.

В електроустановках будинків, що відповідають типу заземлення системи IT і мають нейтральні провідники, потрібно виявлення сверхтока в нейтральному провіднику кожної електричного кола. При його виявленні слід відключити всі провідники, що знаходяться під напругою, включаючи нейтральний провідник. Однак не потрібно виконувати зазначені заходи захисту від надструмів, якщо:

  • нейтральний провідник надійно захищений від сверхтока за допомогою захисного пристрою, встановленого з боку джерела живлення, наприклад – на вводі в електроустановку будинку;
  • розглянута електричний ланцюг захищена за допомогою захисного пристрою диференціального струму, що має номінальний відключає диференційний струм не більше 0,15 максимально допустимого струму нейтрального провідника. Це захисний пристрій повинен вимикати всі знаходяться під напругою провідники електричного кола, включаючи нейтральний провідник.

Важливо! При необхідності комутації нейтрального провідника його слід відключати після відключення фазних провідників, а включати одночасно з фазними провідниками або раніше їх.

Далі звернемося до книги [2] автора Харечко Ю.В. який доповнює вищезгадані вимоги наступним чином:

У чинному стандарті ГОСТ Р 50571.4.43-2012 (пункт 431.2.3) вищевказані вимоги доповнені вимогами, які наказують здійснювати виявлення перевантаження в нейтральному провіднику багатофазної електричної ланцюга, в якій гармонійна складова струмів фазних провідників така, що висока напруга, яка в нейтральному провіднику , може перевищити його допустимий тривалий струм. При виявленні перевантаження слід відключати фазні провідники. Нейтральний провідник при цьому можна не відключати.

[2]

В системі TN-S не потрібно роз’єднувати або відключати нейтральні провідники. У ланцюзі нейтральних провідників заборонено включати однополюсні комутаційні пристрої. Комутаційні пристрої, за допомогою яких виконують переключення з одного джерела живлення на інше, повинні впливати на всі провідники, що знаходяться під напругою. Оскільки нейтральні провідники поряд з фазними провідниками є струмоведучими провідниками, їх слід коммутировать при перемиканні джерел живлення.

[2]

Вимоги п. 444.4.7 стандарту ГОСТ Р 50571.4.44-2019 (МЕК 60364-4-44: 2007) також зобов’язують виконувати в системах TN перемикання з одного джерела живлення на інший за допомогою комутаційного пристрою, переключающего одночасно лінійні провідники і нейтральний провідник, якщо він є в низьковольтної електроустановки. Таке переключення, показане на малюнку 6, запобігає виникненню електромагнітних полів, що створюються та блукаючих струмів в головній системі харчування низьковольтної електроустановки. Оскільки сума струмів в одному кабелі повинна бути дорівнює нулю, перемикання гарантує протікання нейтральних струмів тільки в нейтральному провіднику того ланцюжка, яка підключена. Токи третьої гармоніки (150 Гц) лінійних провідників додаються до току нейтрального провідника з тим же самим фазовим кутом.

[2]
Підключення до альтернативного трифазного джерела живлення за допомогою чотириполюсним вимикача
Мал. 6. Підключення до альтернативного трифазного джерела живлення за допомогою чотириполюсним вимикача (на основі малюнка 44.R9A з ГОСТ Р 50571.4.44-2019)

УВАГА! На малюнку 6 PEN-провідники обох джерел живлення приєднані до нейтрального провідника. Однак згідно з вимогами стандарту ГОСТ Р 50571.5.54-2013 / IEC 60364-5-54: 2011 PEN-провідник слід підключати до шини або затиску, який використовують для приєднання захисних провідників.

Колірна ідентифікація і буквено-цифрова маркування

Нейтральний провідник, згідно ГОСТ 33542-2015 [6] , Позначається буквою N і ідентифікується синім кольором як в однофазних, так і в трифазних ланцюгах.

Якщо застосовують ідентифікацію за допомогою кольору, неізольовані провідники, що використовуються в якості нейтрального провідника, повинні бути або пофарбовані за допомогою синьої смуги шириною від 15 до 100 мм в кожному блоці або оболонці і в кожному доступному місці, або пофарбовані синім кольором по всій їх довжині.

[6]
Буквено-цифрове позначення провідників для трифазних електроустановок будівель

Використана література

  1. ГОСТ 30331.1-2013
  2. Харечко Ю.В. Короткий термінологічний словник щодо низької електроустановок. Частина 1 // Додаток до журналу «Бібліотека інженера з охорони праці». – 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