La necessità e i requisiti normativi della connessione N-PE nello stato della griglia off degli inverter ibridi

Questo articolo introduce innanzitutto i concetti e le funzioni di base del filo n-filo (filo neutro) e del filo PE (filo di messa a terra protettivo) nei sistemi elettrici, e quindi esplora in dettaglio i motivi per cui N-PE deve essere collegato in modo affidabile negli stati della griglia OFF degli invertitori ibridi, tra cui la sicurezza, la stabilità del sistema e le esigenze normative. Infine, sono state elencate le normative pertinenti di alcuni paesi e la progettazione dell'invertrone Invertronics Hybrid Inverter è stata presa come esempio per illustrare come il suo prodotto soddisfa i requisiti normativi per la connessione N-PE in condizioni di griglia off, fornendo riferimento per la ricerca e la pratica correlate.

1. Sistema elettrico e concetto N-PE

（1） Metodo di messa a terra del sistema elettrico

La messa a terra del sistema elettrico è una misura importante adottata per garantire il funzionamento sicuro delle apparecchiature elettriche e della sicurezza personale. Secondo la terminologia e i concetti di vari metodi di messa a terra protettivi specificati dalla Commissione elettrotecnica internazionale (IEC), i metodi di messa a terra comuni includono sistemi TN, sistemi TT e sistemi IT. Tra questi, il sistema TN è diviso in tre forme: TN-C, TN-S e TN-C-S. Nel sistema TN-C, la linea N e la linea PE sono condivise e chiamate Pen Line; Nel sistema TN-S, la linea N e la linea PE sono completamente separati; Il sistema TN-C-S è una forma ibrida che si converte da TN-C a TN-S.

Il significato rappresentato dalle lettere:

(1) La prima parte della lettera rappresenta la relazione tra il punto neutro del sistema di distribuzione e il terreno

T: Il punto neutro dell'alimentazione è direttamente messo a terra in un certo punto; I: Il punto neutro dell'alimentazione è isolato da terra o messo a terra attraverso un punto di impedenza elevata.

(2) La seconda parte della lettera rappresenta la relazione tra le parti conduttive esposte del dispositivo elettrico e il terreno

T: Le parti conduttive esposte sono direttamente messe a terra, indipendentemente dal punto di messa a terra del sistema di distribuzione;

N: Le parti conduttive esposte sono direttamente collegate elettricamente al punto neutro del sistema di distribuzione (noto anche come sistema neutro);

(3) Le lettere dopo il segno "-" sono istruzioni di espansione

C: Il filo neutro protettivo e il filo neutro funzionano usano lo stesso filo;

S: Separare completamente il filo neutro protettivo dal filo neutro funzionante e utilizzare due fili indipendenti per ciascuno;

C-S: Usa lo stesso filo per la parte anteriore del filo neutro protettivo e il filo neutro funzionante e separa completamente la parte posteriore del filo neutro protettivo dal filo neutro funzionante usando due fili.

（2） Il ruolo di N Line e PE Linea

Linea N (linea neutra): in un sistema di alimentazione a quattro fili trifase, la linea N è un filo che viene guidato dal punto neutro del trasformatore. La sua funzione principale è quella di fornire un circuito di corrente per il carico e garantire l'equilibrio della tensione trifase. Nei carichi monofase, la linea N svolge anche un ruolo nel ritorno della corrente all'alimentazione.

Filo PE (filo di messa a terra protettiva): la funzione principale del filo PE è quella di collegare le parti conduttive esposte delle apparecchiature elettriche a terra, al fine di prevenire gli incidenti di scosse elettriche causate dalla carica della guscio dell'apparecchiatura. Nei sistemi elettrici, il ruolo delle linee PE è quello di fornire un percorso a bassa impedenza per le correnti di guasto per fluire in sicurezza a terra, innescando dispositivi di protezione (come i dispositivi di corrente residua) per agire, tagliare la potenza e proteggere la sicurezza personale e delle attrezzature.

Il seguente diagramma illustra i metodi di connessione dei fili N e PE in vari sistemi di messa a terra.

Figura 1: sistema TN-C

Nel sistema TN-C, la linea N e la linea PE sono integrate in tutto il sistema

Figura 2: sistema TN-S

Nel sistema TN-S, la linea N e la linea PE sono separate in tutto il sistema.

Figura 3: sistema TN-C-S

Nel sistema TN-C-S, la linea N e la linea PE sono generalmente integrate solo prima del punto di ingresso dell'alimentazione del dispositivo elettrico a bassa tensione in tutto il sistema e quindi divisi in due linee dopo il punto di ingresso dell'alimentazione.

Figura 4: sistema TT

Il sistema TT è un sistema in cui il punto neutro dell'alimentazione è direttamente messo a terra e anche le parti conduttive esposte delle apparecchiature elettriche sono direttamente a terra. La messa a terra del punto neutro dell'alimentazione è generalmente chiamata messa a terra di lavoro, mentre la messa a terra delle parti conduttive esposte dell'attrezzatura è chiamata messa a terra protettiva. Nel sistema TT, questi due motivi devono essere indipendenti l'uno dall'altro. L'attrezzatura di terra può essere ottenuta da ciascun dispositivo con il proprio dispositivo di messa a terra indipendente o da più dispositivi che condividono lo stesso dispositivo di messa a terra.

Figura 5: sistema IT

Il sistema IT è un sistema in cui il punto neutro dell'alimentazione non è messo a terra e le parti conduttive esposte delle apparecchiature elettriche sono direttamente a terra. I sistemi IT possono avere fili neutri, ma IEC consiglia vivamente di non impostare fili neutri. Poiché se è impostata una linea neutra, se si verifica un guasto a terra in qualsiasi punto della linea N nel sistema IT, il sistema non sarà più un sistema IT.

2. Ragioni per una connessione affidabile di N-PE nello stato della griglia off di inverter ibrido

（1） Garantire la continuità di messa a terra e la sicurezza

Nelle applicazioni OFF GRID, gli inverter ibridi in genere si basano sulle proprie batterie e pannelli solari per l'alimentazione, senza un riferimento a terra dalla rete pubblica. Collegare insieme i fili N e PE può garantire la carica la continuità e l'integrità del sistema di messa a terra, impedendo efficacemente l'involucro dell'attrezzatura e la riduzione del rischio di scosse elettriche. Inoltre, quando si verifica un guasto nel sistema (come la perdita di apparecchiature), i fili N-PE collegati insieme possono guidare la corrente di guasto a terra, attivare l'azione del dispositivo di protezione, tagliare l'alimentazione e quindi proteggere la sicurezza personale e delle apparecchiature.

（2） Fornire un riferimento di tensione stabile

Nella modalità GRID OFF, gli inverter ibridi richiedono un punto di riferimento di tensione stabile per controllare la tensione di uscita e la frequenza dell'inverter. Collegamento delle linee N e PE insieme può fornire un potenziale di riferimento stabile per l'inverter, garantendo il funzionamento stabile del sistema. Questo metodo di connessione può anche impedire la deriva della tensione di sistema, specialmente quando vi sono grandi modifiche di carico o carichi induttivi nel sistema, che aiutano a mantenere un'uscita di tensione stabile.

Il circuito di controllo e il circuito di alimentazione all'interno dell'inverter ibrido di solito richiedono un punto di riferimento di messa a terra comune. Collegamento dei fili N e PE insieme può soddisfare i requisiti di progettazione del circuito interno dell'inverter e assicurarsi il suo normale funzionamento. Inoltre, questo metodo di connessione può semplificare la progettazione di messa a terra dell'inverter, ridurre ulteriori dispositivi di messa a terra e quindi ridurre la complessità e il costo del sistema.

（3） Rispetta gli standard e le specifiche pertinenti

Le norme di installazione elettrica in molti paesi e regioni richiedono che le linee N e PE debbano essere collegate insieme nei sistemi OFF GRID per garantire la sicurezza e l'affidabilità del sistema. Ad esempio, nel sistema TN-C-S, viene utilizzato un filo della penna tra l'alimentazione e il punto di input dell'utente e dopo il punto di input dell'utente, il filo della penna è diviso in filo N e filo PE. Questo design non è solo conforme agli standard pertinenti, ma bilancia anche la sicurezza e l'economia del sistema.

3. Requisiti normativi di vari paesi

（1） Cina

In Cina, secondo standard come il codice generale per la costruzione elettrica e intelligente di edifici (GB 55024-2022) e i requisiti di sicurezza per i sistemi di generazione di energia complementare solare a griglia OFF (GB/T 29544-2013), le linee N e PE nei sistemi Off Grid devono essere connesse in modo affidabile. Questi standard richiedono esplicitamente che in modalità GRID OFF, le linee N e PE debbano essere collegate in modo affidabile per garantire la continuità e la sicurezza del sistema di messa a terra.

（2） L'Unione europea

Nell'Unione europea, la progettazione e l'installazione di sistemi elettrici seguono in genere gli standard IEC (International Electrotechnical Commission). Secondo lo standard IEC 60364, nel sistema TN-C-S, dopo che la linea di penna è stata divisa in linee N e PE in un certo punto, non dovrebbe essere unita o a contatto tra loro. Ma in modalità GRID OFF, al fine di garantire la continuità e la sicurezza del sistema di messa a terra, di solito è necessario che la linea N e la linea PE siano collegate in modo affidabile all'ingresso di potenza.

（3） Stati Uniti

Negli Stati Uniti, la progettazione e l'installazione di sistemi elettrici in genere seguono NEC (National Electrical Code). Sebbene NEC prenda principalmente di mira i sistemi collegati alla griglia, nei sistemi di griglia off, al fine di garantire la continuità e la sicurezza del sistema di messa a terra, di solito è necessario che la linea N e la linea PE siano collegate in modo affidabile all'ingresso di potenza.

（4） Australia e Nuova Zelanda

In Australia e Nuova Zelanda, la progettazione e l'installazione di sistemi elettrici in genere seguono AS/NZS (standard australiani/neozelandesi). Secondo AS/NZS 3000, nei sistemi OFF GRID, è necessario che la linea N e la linea PE siano collegate in modo affidabile all'ingresso di alimentazione per garantire la continuità e la sicurezza del sistema di messa a terra.

（5） Giappone

In Giappone, la progettazione e l'installazione di sistemi elettrici in genere seguono JIS (standard industriali giapponesi). Secondo JIS C 8450, nei sistemi OFF GRID, è necessario che la linea N e la linea PE siano collegate in modo affidabile all'ingresso di potenza per garantire la continuità e la sicurezza del sistema di messa a terra.

4. Progettazione di relè N-PE in Inventronics Hybrid Inverter Products

I prodotti inverter ibridi di Inventronics sono progettati con piena considerazione dei requisiti normativi per le connessioni N-PE in condizioni di griglia off. Il suo prodotto è dotato di doppi relè, che possono collegare in modo affidabile la linea N e la linea PE quando si lavora alla griglia. Il design specifico è mostrato nella figura seguente. Questo progetto non solo è conforme ai requisiti legali e normativi di paesi e regioni come la Cina, l'Unione europea, gli Stati Uniti, l'Australia, la Nuova Zelanda e il Giappone, ma garantisce anche la sicurezza e la stabilità del sistema in modalità Off Grid.

Figura 6: il relè N-PE incorporato dell'invertrido Inventrics Inverter

5. Riepilogo

La linea N-line e PE dell'inverter ibrido deve essere collegata in modo affidabile in uno stato di griglia off, al fine di garantire la continuità e la sicurezza di messa a terra, fornire un riferimento di tensione stabile, soddisfare i requisiti di progettazione interna dell'inverter e rispettare gli standard e le specifiche pertinenti. I prodotti inverter ibridi di Inventronics sono progettati con relè integrati per collegare in modo affidabile le linee N e PE durante il funzionamento della rete off, rispettando pienamente i requisiti legali e normativi di vari paesi, fornendo agli utenti una soluzione di potenza a griglia sicura e affidabile.