Konieczność i wymagania regulacyjne połączenia N-PE w stanie z sieci hybrydowych falowników

W tym artykule najpierw przedstawiono podstawowe pojęcia i funkcje N-Wire (drut neutralny) i drutu PE (ochronne drut uziemienia) w układach elektrycznych, a następnie szczegółowo bada powody, dla których N-PE musi być niezawodnie podłączony w stanach sieci hybrydowych, w tym bezpieczeństwo, stabilność systemu i wymagania regulacyjne. Wreszcie wymieniono odpowiednie przepisy z niektórych krajów, a projekt hybrydowego falownika Inventronics został uznany za przykład w celu zilustrowania, w jaki sposób jego produkt spełnia wymagania regulacyjne dotyczące połączenia N-PE w warunkach sieciowych, zapewniając odniesienie do powiązanych badań i praktyki.

1. Koncepcja układu elektrycznego i N-PE

（1） Metoda uziemienia układu elektrycznego

Uziemienie układu elektrycznego jest ważnym środkiem podjętym w celu zapewnienia bezpiecznego działania sprzętu elektrycznego i bezpieczeństwa osobistego. Zgodnie z terminologią i pojęciami różnych metod uziemienia ochronnego określonego przez Międzynarodową Komisję Elektrotechniczną (IEC), wspólne metody uziemienia obejmują systemy TN, systemy TT i systemy informatyczne. Wśród nich system TN jest podzielony na trzy formy: TN-C, TN-S i TN-C-S. W systemie TN-C linia N i PE są dzielone i nazywane linią Pen; W systemie TN-S linia N i PE są całkowicie oddzielone; System TN-C-S jest formą hybrydową, która konwertuje z TN-C na TN-S.

Znaczenie reprezentowane przez litery:

(1) Pierwsza część litery reprezentuje związek między punktem neutralnym systemu dystrybucji a ziemią

T: Neutralny punkt zasilania jest w jednym punkcie bezpośrednio uziemiony; I: Neutralny punkt zasilania jest izolowany od ziemi lub uziemiony przez wysoki punkt impedancji.

(2) Druga część litery reprezentuje związek między odsłoniętymi częściami przewodzącymi urządzenia elektrycznego a ziemią

T: odsłonięte części przewodzące są bezpośrednio uziemione, niezależnie od punktu uziemienia systemu dystrybucji;

N: odsłonięte części przewodzące są bezpośrednio elektrycznie podłączone do neutralnego punktu układu rozkładu (znanego również jako układ neutralny);

(3) Listy po znaku „-” są instrukcjami rozszerzania

C: Ochronny drut neutralny i działający drut neutralny używają tego samego drutu;

S: Całkowicie oddziel ochronny przewód neutralny od działającego przewodu neutralnego i użyj dwóch niezależnych przewodów dla każdego;

C-S: Użyj tego samego drutu dla przedniej części ochronnego przewodu neutralnego i roboczego przewodu neutralnego i całkowicie oddziel tylną część ochronnego przewodu neutralnego od roboczego przewodu neutralnego za pomocą dwóch przewodów.

（2） Rola linii N i PE

N-linia N (linia neutralna): W trójfazowym systemie zasilacza czterokierunkowego linia N jest drutem wyprowadzającym z neutralnego punktu transformatora. Jego główną funkcją jest zapewnienie obwodu prądowego dla obciążenia i zapewnienie równowagi napięcia trójfazowego. W obciążeniach jednofazowych linia N odgrywa również rolę w zwracaniu prądu do zasilania.

Drut PE (przewód uziemienia ochronnego): Główną funkcją drutu PE jest podłączenie odsłoniętych części przewodzących urządzeń elektrycznych do podłoża, aby zapobiec wypadkom porażeniom spowodowanym przez ładowanie wyposażenia. W systemach elektrycznych rolą linii PE jest zapewnienie niskiej ścieżki impedancji dla prądów uszkodzonych do bezpiecznego przepływu na ziemię, wyzwalając urządzenia ochronne (takie jak resztkowe urządzenia prądowe) do działania, odcinania mocy i ochrony bezpieczeństwa osobistego i sprzętu.

Poniższy schemat ilustruje metody połączenia przewodów N i PE w różnych systemach uziemienia.

Rysunek 1: System TN-C

W systemie TN-C linia N i PE są zintegrowane w całym systemie

Rysunek 2: System TN-S

W systemie TN-S linia N i PE są oddzielone w całym systemie.

Rysunek 3: System TN-C-S

W systemie TN-C-S linia N i PE są zwykle zintegrowane tylko przed punktem wejścia zasilania urządzenia elektrycznego o niskim napięciu w całym systemie, a następnie podzielone na dwie linie po punkcie wejścia zasilającego.

Rysunek 4: System TT

System TT jest systemem, w którym neutralny punkt zasilania jest bezpośrednio uziemiony, a odsłonięte części przewodzące sprzętu elektrycznego są również bezpośrednio uziemione. Uziemienie neutralnego punktu zasilania jest zwykle nazywane uziemieniem roboczym, podczas gdy uziemienie odsłoniętych części przewodzących sprzętu nazywa się uziemieniem ochronnym. W systemie TT te dwa podstawy muszą być od siebie niezależne. Uziemienie sprzętu może być osiągnięte przez każde urządzenie o własnym niezależnym urządzeniu uziemiającym lub przez wiele urządzeń udostępniających to samo urządzenie uziemiające.

Rysunek 5: System IT

System IT jest systemem, w którym neutralny punkt zasilania nie jest uziemiony, a odsłonięte części przewodzące sprzętu elektrycznego są bezpośrednio uziemione. Systemy IT mogą mieć neutralne przewody, ale IEC zdecydowanie zaleca nie ustawienie neutralnych przewodów. Ponieważ jeśli ustawiona jest linia neutralna, jeśli uskok uziemienia wystąpi w dowolnym punkcie linii N w systemie IT, system nie będzie już systemem IT.

2. Przyczyny wiarygodnego połączenia N-PE w stanie z siatki hybrydowej falownika

（1） Zapewnienie ciągłości i bezpieczeństwa uziemienia

W aplikacjach poza siecią hybrydowe falowniki zazwyczaj polegają na własnych akumulatorach i panelach słonecznych w celu zasilania, bez uzasadnionego odniesienia z sieci publicznej. Łączenie przewodów N i PE może zapewnić ciągłość i integralność systemu uziemienia, skutecznie zapobiegając ładowaniu obudowy sprzętu i zmniejszaniu ryzyka porażenia prądem. Ponadto, gdy w systemie wystąpi uszkodzenie (takie jak wyciek sprzętu), połączone razem przewody N-PE mogą poprowadzić prąd usterki do ziemi, uruchomić działanie urządzenia ochronnego, odciąć zasilanie, a tym samym chronić bezpieczeństwo osobiste i sprzętu.

（2） Zapewnij stabilne odniesienie do napięcia

W trybie Off Grid falowniki hybrydowe wymagają stabilnego punktu odniesienia napięcia, aby kontrolować napięcie wyjściowe i częstotliwość falownika. Łączenie linii N i PE może zapewnić stabilny potencjał odniesienia dla falownika, zapewniając stabilne działanie systemu. Ta metoda połączenia może również zapobiec dryfowi napięcia układu, szczególnie gdy w systemie występują duże zmiany obciążenia lub obciążenia indukcyjne, co pomaga utrzymać stabilne wyjście napięcia.

Obwód sterujący i obwód zasilania wewnątrz hybrydowego falownika zwykle wymagają wspólnego punktu odniesienia uziemienia. Łączenie przewodów N i PE może spełniać wymagania projektowe obwodu wewnętrznego falownika i zapewnić jego normalne działanie. Ponadto ta metoda połączenia może uprościć projekt uziemienia falownika, zmniejszyć dodatkowe urządzenia uziemiające, a tym samym zmniejszyć złożoność i koszt systemu.

（3） Zgodnie z odpowiednimi standardami i specyfikacjami

Przepisy instalacyjne elektryczne w wielu krajach i regionach wymagają, aby linie N i PE musiały być połączone ze sobą w systemach z sieci, aby zapewnić bezpieczeństwo i niezawodność systemu. Na przykład w systemie TN-C-S jest używany drut długopisowy między zasilaczem a punktem wejściowym użytkownika, a po punkcie wejściowym użytkownika drut pióra jest podzielony na drut N i PE. Ten projekt jest nie tylko zgodny z odpowiednimi standardami, ale także równoważy bezpieczeństwo i gospodarkę systemu.

3. Wymagania regulacyjne różnych krajów

（1） Chiny

W Chinach, zgodnie ze standardami, takimi jak ogólny kodeks elektryczny i inteligentny budowa budynków (GB 55024-2022), a wymagania bezpieczeństwa dla systemów wytwarzania energii wiatrowej z sieci wiatrowej (GB/T 29544-2013), linie N i PE w systemach poza grid muszą być powiązane. Standardy te wyraźnie wymagają, aby w trybie poza siecią linie N i PE musiały być niezawodnie podłączone, aby zapewnić ciągłość i bezpieczeństwo systemu uziemienia.

（2） Unia Europejska

W Unii Europejskiej projektowanie i instalacja systemów elektrycznych zazwyczaj przestrzegają standardów IEC (Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna). Zgodnie ze standardem IEC 60364, w systemie TN-C-S, po podzieleniu linii pióra na linie N i PE w określonym punkcie, nie należy go połączyć ani w kontakcie ze sobą. Ale w trybie poza siecią, aby zapewnić ciągłość i bezpieczeństwo systemu uziemienia, zwykle wymagane jest niezawodne podłączenie linii N i PE na wlocie zasilania.

（3） Stany Zjednoczone

W Stanach Zjednoczonych projektowanie i instalacja systemów elektrycznych zazwyczaj przestrzegają NEC (krajowy kod elektryczny). Chociaż NEC kieruje głównie systemy podłączone do siatki, w systemach poza siatką, aby zapewnić ciągłość i bezpieczeństwo systemu uziemienia, zwykle wymagane jest niezawodne podłączenie linii N i PE na wlocie zasilania.

（4） Australia i Nowa Zelandia

W Australii i Nowej Zelandii projektowanie i instalacja systemów elektrycznych zwykle przestrzegają AS/NZ (standardy australijskie/nowozelandzkie). Zgodnie z AS/NZS 3000, w systemach z siatki, wymagane jest niezawodnie podłączone linią N i PE na wlocie zasilania, aby zapewnić ciągłość i bezpieczeństwo systemu uziemienia.

（5） Japonia

W Japonii projektowanie i instalacja systemów elektrycznych zazwyczaj podąża za JIS (japońskie standardy przemysłowe). Według JIS C 8450, w systemach z siatki, wymagane jest niezawodne połączenie linii N i PE na wlocie zasilania, aby zapewnić ciągłość i bezpieczeństwo systemu uziemienia.

4. Projektowanie przekaźników N-PE w hybrydowych produktach falownika inwentroniki

Hybrydowe produkty falownika Inventronics zostały zaprojektowane z pełnym uwzględnieniem wymagań regulacyjnych dla połączeń N-PE w warunkach sieciowych. Jego produkt jest wyposażony w podwójne przekaźniki, które mogą niezawodnie podłączyć linię N i PE podczas pracy z sieci. Konkretna konstrukcja pokazano na poniższym rysunku. Projekt ten nie tylko spełnia wymagania prawne i regulacyjne krajów i regionów, takich jak Chiny, Unia Europejska, Stany Zjednoczone, Australia, Nowa Zelandia i Japonia, ale także zapewnia bezpieczeństwo i stabilność systemu w trybie poza siecią.

Rysunek 6: Wbudowany przekaźnik N-PE hybrydowego falownika Inventronics

5. Podsumowanie

Linia N-Line i PE hybrydowego falownika musi być niezawodnie połączona w stanie poza siecią, aby zapewnić ciągłość i bezpieczeństwo uziemienia, zapewnić stabilne odniesienie do napięcia, spełnić wewnętrzne wymagania projektowe falownika oraz przestrzegać odpowiednich standardów i specyfikacji. Hybrydowe produkty falownika Inventronics są zaprojektowane z wbudowanymi przekaźnikami w celu niezawodnego podłączenia linii N i PE podczas pracy poza siecią, w pełni przestrzegając wymogów prawnych i regulacyjnych różnych krajów, zapewniając użytkownikom bezpieczne i niezawodne rozwiązanie zasilania sieciowego.