Что такое изолированная нейтраль и где она используется
Сети с изолированной нейтралью используются для повышения надёжности высоковольтных линий и в опасных электроустановках. Что такое изолированная нейтраль, читайте в статье.
В настоящее время изолированную нейтраль сложно встретить в быту, вы никогда с ней не столкнетесь, если делаете проводку в квартирах. В то время как высоковольтных линиях она активно используется, а также в некоторых случаях и в сетях 380В. Подробнее о том, что такое сеть с изолированной нейтралью и какие у нее особенности, мы расскажем простыми словами в этой статье.
Что это такое
Определение понятия «изолированная нейтраль» приведено в главе 1.7. ПУЭ, в пункте 1.7.6. и ГОСТ Р 12.1.009-2009. Где сказано, что изолированной называется нейтраль у трансформатора или генератора, не присоединенная к заземляющему устройству вообще, или, когда она присоединена через приборы защиты, измерения, сигнализации.
Нейтралью называется точка, в которой соединены обмотки у трансформаторов или генераторов при включении по схеме «звезда».
Среди электриков есть заблуждение о том, что сокращенное название изолированной нейтрали – это система IT, по классификации п. 1.7.3. Что не совсем верно. В этом же пункте сказано, что обозначения TN-C/C-S/S, TT и IT приняты для сетей и электроустановок напряжением до 1 кВ.
В той же главе 1.7 ПУЭ есть пункт 1.7.2. где сказано, что в отношении мер электробезопасности электроустановки делятся на 4 типа — изолированную или глухо заземленную до 1 кВ и выше 1 кВ.
Таким образом есть некоторые отличия в безопасности и применении такой сети в разных классах напряжения и называть линию 10 кВ с изолированной нейтралью «система IT» по меньше мере неправильно. Хотя схематически – почти тоже самое.
В сетях до 1 кВ
В сетях выше 1000 В
В настоящее время изолированная нейтраль чаще всего используется в сетях со средним классом напряжения (1-35 кВ). Для сети 110 кВ и выше – глухозаземленная. В связи с тем, что при КЗ на землю напряжение, как было сказано, возрастает до линейного, так в ЛЭП 110 кВ фазное напряжение (между землёй и фазным проводом) – 63,5 кВ. При КЗ на землю это особенно важно, и позволяет снизить расходы на изоляционные материалы.
Кстати в КТП с высшим напряжением до 35 кВ первичные обмотки трансформаторов соединяются в треугольник, где нейтрали нет как таковой.
Низкие токи КЗ и возможность работать при однофазных КЗ на ВЛ – в распределительных сетях особенно важны и позволяют организовать бесперебойное электроснабжение. При этом угол сдвига между оставшимися в работе фазами остаётся неизменным — в 120˚.
При напряжениях в тысячи вольт емкостной проводимостью фаз пренебречь нельзя. Поэтому касание проводов ВЛЭП опасно для жизни человека. В нормальном режиме токи в фазах источника определяются суммой нагрузок и емкостных токов относительно земли, при этом сумма емкостных токов равна нулю и ток в земле не проходит.
Если опустить некоторые подробности, чтобы изложить языком, понятным для начинающих, то при КЗ на землю напряжение относительно земли поврежденной фазы приближается к нулю. Так как напряжения двух других фаз увеличиваются до линейных значений их емкостные токи увеличиваются в √3 (1,73) раз. В результате емкостный ток однофазного КЗ оказывается в 3 раза большим нормального. Например, для ВЛЭП 10 кВ длиной 10 км емкостный ток равен примерно 0,3 А. При замыкании фазы на землю через дугу в результате различных явлений возникают опасные перенапряжения до 2-4Uф, что приводит к пробою изоляции и междуфазному КЗ.
Для исключения возможности возникновения дуг и устранения возможных последствий нейтраль соединяют с землёй через дугогасящих реактор. Его индуктивность при этом подбирают согласно ёмкости в месте КЗ на землю, а также чтобы он обеспечивал работу релейной защиты.
Таким образом благодаря реактору:
Перечислим плюсы и минусы высоковольтных сетей с изолированной нейтралью.
На этом обзор принципа действия и особенностей сетей с изолированной нейтралью заканчивается. Если вы хотите дополнить статью или поделится опытом – пишите в комментариях, мы обязательно опубликуем!
Применение электрических сетей с изолированной нейтралью
Изолированной нейтралью называется нейтраль трансформатора или генератора, не присоединенная к заземляющему устройству либо присоединенная к нему через большое сопротивление.
Применение сетей с изолированной нейтралью при напряжении до 1000 В
В нормальном режиме работы напряжения фаз сети относительно земли симметричны и численно равны фазному напряжению установки, а токи в фазах источника — фазным токам нагрузки.
В сетях напряжением до 1 кВ (как правило, небольшой протяженности) пренебрегают емкостной проводимостью фаз относительно земли.
При касании человеком фазы сети проходящий через его тело ток
I ч = 3 U ф/(3 r ч + z)
где U ф — фазное напряжение; r ч — сопротивление тела человека (принимается равным 1 кО м ); z — полное сопротивление из оляции фазы относительно земли (составляет 100 кОм и более на фазу).
При неисправной изоляции, когда z r ч, человек, касаясь фазы, попадает под фазное напряжение. В этом случае ток. проходящий через тело человека, может превосходить смертельно опасное значение.
Следствием сказанного является применение в таких сетях в качестве защитной меры защитного отключения или заземления в сочетании с контролем состояния и золя ции сети. Длительная работа сети при однофазных замыканиях на землю в указанных электроустановках не допускается.
Основанием для применения заземления в сочетании с контролем изоляции сечи служит то обстоятельство, что ток глухого замыкания на землю I з в сетях с изолированной нейтралью не зависит от сопротивления заземления корпусов электрооборудования, нормально не находящихся под напряжением (в связи с тем, что проводимость в месте замыкания на землю значительно превосходит сумму проводимостей нейтрали, изоляции и емкости фаз отно сит ельно земли), и напряжение поврежденной фазы относительно земли Uz составляет небольшую часть фазного напряжения источника.
Значения величин I з и Uz при симметричных сопротивлениях изоляции относительно земли определяются так:
Как видно из формул, в сетях с изолированной нейтралью замыкание одной фазы на землю не вызывает токов короткого замыкания, ток I, составляет несколько миллиампер. Защитное отключение обеспечивает автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения электрическим током и в подземных сетях строится на основе автоматического контроля за состоянием изоляции.
В нормальном режиме токи в фазах источника определяются геометрической суммо й нагрузок и емкостных токов фаз относительно земли Геометрическая сумма емкостных токов трех фаз равна нулю, поэтому ток в земле не проходит.
Повышение напряжения в неповрежденных фазах до линейного значения распространяется н а всю есть, и при длительном воздействии возможно повреждение изоляции и последующее короткое замыкание между фазами. Поэтому в таких сетях для быстрого отыскания замыканий на землю должен выполняться автоматический контроль изоляции, действующий на сигнал при уменьшении сопротивления изоляции одной из фаз ниже заданного значения.
В сетях, питающих подстанции передвижных установок, торфяных разработок, угольных шах т и калийных рудников защита от замыканий на землю должна действовать на отключение.
Перемежающиеся дуги возникают в сетях при емкостных токах замыкания на землю свыше 10 и 15 А при напряжении соответственно 35 и 20 кВ, свыше 20 и 30 А при напряжении соответственно 6 и 10 кВ.
Для исключения возможности возникновения перемежающихся дуг и устранения связанных с этим опасных последствий для изоляции электрооборудования в нейтраль трехпроводной сети включают индуктивный дугогасящий реактор. Индуктивность реактора подбирают таким обра з ом, чтобы емкостный ток в месте замыкания на землю был возможно меньшим и в то же время обеспечивал работу релейной зашиты, реагирующей на однофазное замыкание на землю.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Что такое изолированная нейтраль и где она используется
В настоящее время изолированную нейтраль сложно встретить в быту, вы никогда с ней не столкнетесь, если делаете проводку в квартирах. В то время как высоковольтных линиях она активно используется, а также в некоторых случаях и в сетях 380В. Подробнее о том, что такое сеть с изолированной нейтралью и какие у нее особенности, мы расскажем простыми словами в этой статье.
Что это такое
Определение понятия «изолированная нейтраль» приведено в главе 1.7. ПУЭ, в пункте 1.7.6. и ГОСТ Р 12.1.009-2009. Где сказано, что изолированной называется нейтраль у трансформатора или генератора, не присоединенная к заземляющему устройству вообще, или, когда она присоединена через приборы защиты, измерения, сигнализации.
Нейтралью называется точка, в которой соединены обмотки у трансформаторов или генераторов при включении по схеме «звезда».
Среди электриков есть заблуждение о том, что сокращенное название изолированной нейтрали – это система IT, по классификации п. 1.7.3. Что не совсем верно. В этом же пункте сказано, что обозначения TN-C/C-S/S, TT и IT приняты для сетей и электроустановок напряжением до 1 кВ.
В той же главе 1.7 ПУЭ есть пункт 1.7.2. где сказано, что в отношении мер электробезопасности электроустановки делятся на 4 типа — изолированную или глухо заземленную до 1 кВ и выше 1 кВ.
Таким образом есть некоторые отличия в безопасности и применении такой сети в разных классах напряжения и называть линию 10 кВ с изолированной нейтралью «система IT» по меньше мере неправильно. Хотя схематически – почти тоже самое.
В сетях до 1 кВ
Общие сведения
Давайте разберемся где, как и в каких случаях используют изолированную нейтраль в электроустановках напряжением до 1000 В, так называемую систему IT. В ПУЭ главе 1.7. п. 1.7.3. дано определение похожее на то, что приведено выше, но оно несколько отличается. Там сказано, что корпуса и другие проводящие части в установках системы IT должны быть заземлены. Рассмотрим, как это выглядит на схеме.
Так как нейтраль трансформатора сети IT не соединена с землёй, то, говоря простым языком, у нас нет опасной разности потенциалов между землёй и фазными проводами. И случайное касание 1 провода под напряжением в системе IT безопасно. Из-за относительно низкого напряжения здесь пренебрегают емкостной проводимостью фаз.
В сетях с изолированной нейтралью нет выраженных фазы и нуля – оба проводника равноправны.
Ток через тело человека равняется:
Uф — фазное напряжение; rч — сопротивление тела человека (принимается 1 кОм); z — полное сопротивление изоляции фазы относительно земли (составляет 100 кОм и более на фазу).
Ток в этом случае возвращается к источнику питания через изоляцию проводов, а не в землю, как в случае с TN.
Так как сопротивление изоляции более 100 кОм на фазу, то сила тока через тело будет составлять единицы милиампер, что не причинит вреда.
Следующей особенностью этой системы является то, что токи утечки на корпус и токи КЗ на землю будут низкими. В результате защитная автоматика (релейная или автоматические выключатели) не срабатывают тем образом, к которому мы привыкли в сетях с глухозаземленной нейтралью. Но срабатывает система контроля сопротивления изоляции.
Соответственно при однофазном замыкании трёхфазной линии – система продолжит функционировать. При этом относительно земли возрастает напряжение на двух оставшихся проводах. Если человек коснется фазного провода – он попадает под линейное напряжение.
В связи с такой конструкцией в сети с изолированной нейтралью нет двух видов напряжения в отличии от глухозаземленной, где между фазами Uлинейное (в быту 380В), а между фазой и нулём Uфазное (220В). Для подключения однофазной нагрузки к сети системой IT с напряжением 380В можно использовать понижающие трансформаторы типа 380/220 и подключать приборы между двумя фазами на линейное напряжение.
Сфера применения
Поговорим о том, где используются такое решение. Эта система электроснабжения применялась в отечественных электросетях для передачи электроэнергии жилым домам, во времена СССР. Особенно для электрификации деревянных домов, где при использовании глухозаземленной нейтрали повышался риск возникновения пожара при замыканиях на землю.
С точки зрения электробезопасности разница между изолированной и глухозаземленной нейтралью в электроснабжении домов, заключается в том, что если в сети IT один из проводников коснётся заземленных токопроводящих частей, например арматуры стен или водопровода, сеть продолжит функционировать, из-за малых токов утечки.
Соответственно ни жители, ни кто-то другой не узнает о проблеме, пока при одновременном касании кем-то одного из проводов и трубопровода – кого-то не ударит током.
В системе с глухозаземленной нейтралью как минимум сработает дифзащита, а при «хорошем» металлическом замыкании – отключится автоматический выключатель. С началом массового строительства панельных домов (т.н. хрущевок) от неё отказались и в 60-80-х годах перешли на TN-C, а в конце 90-х годов на TN-C-S, о причинах читайте ниже.
В настоящее время изолированная нейтраль используется везде, где нужно обеспечить повышенную безопасность или нет возможности сделать нормальное заземление, а именно:
Она может встречаться не только в том виде, что мы привели на схеме выше, но и в виде понижающих и разделительных трансформаторов, которые используются для питания переносных осветительных приборов (не более 50В или 12В ПТЭЭП п.2.12.6.) и другого оборудования или инструмента, в том числе и тех, с которыми работают в замкнутых и сырых помещениях.
Подведем итоги
Мы разобрались для чего нужна изолированная нейтраль до 1 кВ, теперь перечислим достоинства и недостатки системы электроснабжения с изолированной нейтралью для чайников в электрике.
В сетях выше 1000 В
В настоящее время изолированная нейтраль чаще всего используется в сетях со средним классом напряжения (1-35 кВ). Для сети 110 кВ и выше – глухозаземленная. В связи с тем, что при КЗ на землю напряжение, как было сказано, возрастает до линейного, так в ЛЭП 110 кВ фазное напряжение (между землёй и фазным проводом) – 63,5 кВ. При КЗ на землю это особенно важно, и позволяет снизить расходы на изоляционные материалы.
Кстати в КТП с высшим напряжением до 35 кВ первичные обмотки трансформаторов соединяются в треугольник, где нейтрали нет как таковой.
Низкие токи КЗ и возможность работать при однофазных КЗ на ВЛ – в распределительных сетях особенно важны и позволяют организовать бесперебойное электроснабжение. При этом угол сдвига между оставшимися в работе фазами остаётся неизменным — в 120˚.
При напряжениях в тысячи вольт емкостной проводимостью фаз пренебречь нельзя. Поэтому касание проводов ВЛЭП опасно для жизни человека. В нормальном режиме токи в фазах источника определяются суммой нагрузок и емкостных токов относительно земли, при этом сумма емкостных токов равна нулю и ток в земле не проходит.
Если опустить некоторые подробности, чтобы изложить языком, понятным для начинающих, то при КЗ на землю напряжение относительно земли поврежденной фазы приближается к нулю. Так как напряжения двух других фаз увеличиваются до линейных значений их емкостные токи увеличиваются в √3 (1,73) раз. В результате емкостный ток однофазного КЗ оказывается в 3 раза большим нормального. Например, для ВЛЭП 10 кВ длиной 10 км емкостный ток равен примерно 0,3 А. При замыкании фазы на землю через дугу в результате различных явлений возникают опасные перенапряжения до 2-4Uф, что приводит к пробою изоляции и междуфазному КЗ.
Для исключения возможности возникновения дуг и устранения возможных последствий нейтраль соединяют с землёй через дугогасящих реактор. Его индуктивность при этом подбирают согласно ёмкости в месте КЗ на землю, а также чтобы он обеспечивал работу релейной защиты.
Таким образом благодаря реактору:
Перечислим плюсы и минусы высоковольтных сетей с изолированной нейтралью.
На этом обзор принципа действия и особенностей сетей с изолированной нейтралью заканчивается. Если вы хотите дополнить статью или поделится опытом – пишите в комментариях, мы обязательно опубликуем!
Что такое изолированная нейтраль
Электрическая сеть – совокупность электроустановок, обеспечивающих передачу тока. Работа сети во многом определяется режимом работы нейтралей генераторов или трансформаторов. Используется изолированная нейтраль либо замыкающая.
Понятие изолированной нейтрали
Чаще всего потребитель сталкивается с заземляющей нейтралью. Она присоединяется к заземляющему контуру непосредственно или через аппарат с малым электрическим сопротивлением. Изолированная нейтраль – это нейтраль, которая не присоединена к заземлению либо же подключается через устройство с большим диэлектрическим сопротивлением.
Во время работы сети постоянно возникают утечки тока. Они становятся причиной 2 типов замыканий: на землю и на корпус. Первый вариант – это случайное соединение частей приборов, находящихся под напряжением, с частями, не изолированными от земли. Второй – контакт частей энергоустановки, находящихся под напряжением, с частями, не находящимися под напряжением в нормальном режиме.
Режим работы нуля определяет уровень изоляции, величину напряжения и тока, условия включения и выключения защитного реле, выбор обслуживающей аппаратуры и прочее.
По уровню безопасности все установки разделяются на сети до 1000 В включительно и свыше 1000 В.
Сети до 1 кВ
Провод сети с изолированной нейтралью можно рассматривать как протяженный конденсатор. На воздушных контурах обкладками конденсатора выступают проводник и земля, а диэлектриком становится воздух. При укладке в землю обкладками являются жила и металлическая оболочка, а диэлектриком – изоляция. По отношению к земле провод обладает некоторым сопротивлением и некоторой электрической емкостью. Это означает, что при штатном режиме работы через землю и сопротивление изоляционной оболочки протекает ток утечки, а через конденсаторы – емкостные токи.
В исправной сети геометрическая сумма токов равна нулю. Сами токи невелики и на работу электроустановок влияния не оказывают.
В сетях с изолированной нейтралью для уменьшения токов замыкания нейтрали заземляют через дугогасящие катушки. Но такой вариант неприменим в электроустановках, где требования к безопасности повышенные – в угольных шахтах, на торфоразработках.
Допускается работа электросетей с однофазным замыканием в течение не более 2 часов. Затем необходимо отключить источник питания и найти повреждение.
Сфера применения
Сеть с изолированной нейтралью применяется на участках, где требуется поддерживать высокую безопасность, но не останавливать работу при однофазном замыкании:
Изолированную нейтраль допускается использовать, когда вторичные обмотки трансформатора соединены по схеме треугольника. Такое же решение используется при невозможности отключить электричество при аварии.
Изолированная нейтраль. Устройство и работа. Применение
Изолированная нейтраль — в процессе передачи, распределения и потребления электрической энергии применяется симметричная 3-фазная система. Такую симметричность можно достичь, приведя в одинаковое положение линейные и фазные напряжения. Поэтому на всех фазах создается равномерная нагрузка по току, равный фазный сдвиг напряжений и токов.
Но при эксплуатации такой системы часто возникают аварийные режимы, приводящие к различным неисправностям проводников. Вследствие этого возникает нарушение симметричности трехфазной системы. Такие нарушения необходимо быстро устранять. На это оказывает большое влияние быстродействие релейной защиты.
Ее правильное функционирование зависит от нейтралей, которые бывают изолированными или глухозаземленными. Каждая из них имеет свои недостатки и преимущества, и используется в соответствующих условиях работы. От технического состояния релейной защиты зависит ее нормальная эксплуатация.
Изолированная нейтраль
Изолированная нейтраль создает режим, который нашел применение в российских энергосистемах для трансформаторов, а также генераторов. Их нейтральные точки не имеют соединения с контуром заземления. В сетях высокого напряжения (от 6 до 10 кВ) нейтральная точка не обязательна, так как обмотки трансформаторов выполнены по схеме треугольника.
По правилам имеется возможность ограничить режим изолированной нейтрали током емкости. Этот ток возникает при замыкании одной фазы.
Ток замыкания можно компенсировать путем использования дугогасящих реакторов в следующих случаях:
Допускается производить компенсацию тока замыкания на заземляющий контур путем замены ее на заземление нейтрали специальным резистором. В таком случае порядок действия релейной защиты изменится. Изолированная нейтраль впервые была заземлена в электрических устройствах с небольшой величиной напряжения.
В отечественных сетях питания изолированная нейтраль применяется в:
Принцип действия
Изолированная нейтраль применяется в схемах сетей питания в случаях соединения вторичных обмоток трансформаторов по схеме треугольника, а также при невозможности отключения питания при аварии. Поэтому точка нейтрали отсутствует.
Замыкание фазы на землю не считается коротким при схеме сети с изолированной нейтралью, так как нет соединения между землей и проводниками сети. Но это не значит, что не будет тока утечки при замыкании.
Это объясняется тем, что изоляция кабеля – это не абсолютный диэлектрик, как и другие изоляторы, которые имеют некую минимальную проводимость. Чем больше длина линии, тем выше ток утечки. Представим жилу кабеля обкладкой конденсатора. Второй обкладкой будет земля. Воздух и изоляция будет диэлектриком между токоведущими частями без напряжения, и кабелем. Емкость такого воображаемого конденсатора будет тем выше, чем длиннее линия передач.
Сеть с изолированной нейтралью представляет собой цепь замещения, учитывая удельную электроемкость сети и сопротивление изоляции. Это изображено на рисунке.
Такие компоненты цепи создают ток утечки. При различных условиях в таких сетях 380 вольт ток утечки незначителен, и составляет несколько миллиампер. Несмотря на это, такое замыкание приводит к аварии сети, хотя сеть еще может некоторое время работать.
Нельзя забывать, что в аналогичных сетях при замыкании 1-фазы на землю значительно повышается напряжение между землей и исправными фазами. Это напряжение приближается к величине 380 вольт (линейное напряжение). Этот факт может привести к удару электрическим током электротехнических работников.
Также, изолированная нейтраль при замыкании одной фазы на землю способствует пробиванию изоляции и появлению замыкания на других фазах, то есть, может возникнуть межфазное замыкание с большими токами. Чтобы обеспечить защиту в такой ситуации, необходимы плавкие вставки или автоматические выключатели.
Двойное замыкание на землю очень опасно для работников, обслуживающих сети. Поэтому, если в сети имеется однофазное замыкание, то такую сеть считают аварийной, так как условия безопасности резко снижаются. Наличие «земли» повышает опасность удара током при касании к элементам под напряжением. Поэтому замыкания даже одной фазы на землю немедленно должны устраняться.
Незначительная величина тока 1-фазного замыкания при изолированной нейтрали является причиной такого фактора, что такое замыкание невозможно отключить предохранителями и автоматами защиты. Поэтому потребуется вспомогательные релейные электроустановки, которые предупредят об аварийном режиме.
Эта система питания требует значительного числа сигнализаций и защитных устройств, а к работникам, которые обслуживают сети, предъявляются высокие квалификационные требования.
Преимущества
Режим изолированной нейтрали обладает достоинством, которое заключается в отсутствии надобности оперативного отключения первого 1-фазного замыкания на землю. В местах неисправности появляется незначительный ток, при условии небольшой емкости тока на заземление.
Изолированная нейтраль применяется ограниченно, так как имеет несколько серьезных недостатков.
Недостатки
В результате можно сказать, что значительное число недостатков превосходит все преимущества этого режима. Но при некоторых условиях такой способ вполне проявляет свою эффективность и не нарушает требований правил электроустановок.
