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 2-4U_ф, 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:

1. Намного уменьшается I_кз.
2. Дуга становится неустойчивой и быстро гаснет.
3. Замедляется нарастание напряжения после гашения дуги, в результате уменьшается вероятность повторного возникновение дуги и коммутационного тока.
4. Токи обратной последовательности малы, следовательно, их действие на вращающейся ротор генератора не оказывает существенного влияния.

Перечислим плюсы и минусы высоковольтных сетей с изолированной нейтралью.

1. Какое-то время может работать в аварийном режиме (при КЗ на землю)
2. В местах неисправности появляется незначительный ток, при условии малой емкости тока.

1. Усложнено обнаружение неисправностей.
2. Необходимость изоляции установок на линейное напряжение.
3. Если замыкание продолжается длительное время, то возможно поражение человека электрическим током, если он попадёт под шаговое напряжение.
4. При 1-фазных КЗ не обеспечивается нормальное функционирование релейной защиты. Величина тока замыкания напрямую зависит от разветвленности цепи.
5. Из-за накапливания дефектов изоляции от воздействия на нее дуговых перенапряжений снижается срок её службы.
6. Повреждения могут возникнуть в нескольких местах из-за пробоя изоляции, как в кабелях, так и в электродвигателях и других частях электроустановки.

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!

Источник

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:

• Более 30 А, напряжение от 3 до 6 кВ.
• Больше 20 А, напряжение 10 кВ.
• Ток более 15 А, напряжение от 15 до 20 кВ.
• Ток больше 10 А, напряжение от 3 до 20 кВ, с опорами линий передач электроэнергии.
• Все сети питания на напряжение 35 кВ.
• В группе «генератор-трансформатор» при нагрузке 5 А и напряжении на генераторе от 6 до 20 кВ.

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:

• 2-проводных сетях постоянного тока.
• 3-фазных сетях переменного тока до 1 кВ.
• 3-фазных сетях от 6 до 35 киловольт при условии допустимого тока замыкания.
• Низковольтных сетях, имеющих защитные устройства в виде разделяющих трансформаторов, защитной изоляции, для создания безопасных условий человека.

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

• Сложное обнаружение неисправностей.
• Все электроустановки требуется изолировать на линейное напряжение.
• Если замыкание продолжается длительное время, то существует действительная опасность удара человека электрическим током.
• При 1-фазных замыканиях не обеспечивается нормальное функционирование релейной защиты, так как величина действительного тока замыкания напрямую зависит от работы сети питания, а именно от числа подключенных веток цепи.
• Снижается срок службы изоляции из-за постепенного накапливания дефектов вследствие воздействия на нее дуговых перенапряжений в течение длительного времени.
• Повреждения могут появиться в различных местах из-за пробоя изоляции в других местах, где появляются дуговые перенапряжения. Поэтому многие кабели выходят из строя, так же, как электродвигатели и другие электроустановки.
• Возможно появление дуговых перенапряжений, дуги незначительного тока в местах 1-фазного замыкания на землю.

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.

Источник

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.

Электрические сети с изолированной нейтралью применяются в электрических сетях на напряжении 380 — 660 В и 3 — 35 кВ.

Применение сетей с изолированной нейтралью при напряжении до 1000 В

Трехпроводные электрические сети с изолированной нейтралью применяются на напряжении 380 — 660 В при необходимости соблюдения повышенных требований электробезопасности (электрические сети угольных шахт, калийных рудников, торфяных разработок, передвижных установок). Сети передвижных электроустановок могут выполняться четырехпроводными.

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

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).

Поскольку z >> r _ч , ток I, незначителен. Следовательно, прикосновение человека к фазе относительно безопасно. Именно это обстоятельство обусловливает применение изолированной нейтрали в электроустановках указанных объектов, помещения которых с точки зрения опасности поражения людей электрическим током относятся к помещениям особо опасным или с повышенной опасностью.

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.

При однофазных замыканиях на землю напряжение исправных фаз относительно земли возрастает до линейного и ток, проходящий через тело человека при его прикосновении к неповрежденной фазе в момент замыкания, всегда опасен, так как достигает нескольких сотен миллиампер (здесь z r _ч и вместо значения U ф в формулу следует подставлять линейное значение напряжения , т. с. √ 3 .

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:

I з = 3 U ф/ z , Uz = I з х r_z = 3 U ф х ( r_z/z)

где r_z — сопротивление заземления корпусов электрооборудования. Так как z >> r_z , то Uz

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.

К трехпроводным электрическим сетям напряжением выше 1 кВ с изолированной нейтралью (с малыми токами замыкания на землю) относятся сети напряжением 3 — 33 кВ. Здесь емкостной проводимостью фаз относительно земли пренебречь нельзя.

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.

При глухом замыкании на землю напряжение относительно земли этой поврежденной фазы становится примерно равным нулю , а напряжения относительно земли двух других (поврежденных) фаз увеличиваются до линейных значений. Емкостные токи неповрежденных фаз также увеличиваются в √3 раз, поскольку к емкостям фаз уже приложены не фазные, а линейные напряжения. В результате емкостный ток однофазного замыкания на землю оказывается в 3 раза большим нормального емкостного тока фазы.

Абсолютное значение указанных токов относительно невелико. Так, для воздушной линии электропередачи напряжением 10 кВ и длиной 10 км емкостный ток равен п римерно 0,3 А , а для кабельной линии такого же напряжения и протяженности — 10 А .

Применение трехпроводной сети напряжением 3 — 35 кВ с изолированной нейтралью обусловлено не требованиями электробезопасности (такие сети всегда опасны для человека), а возможностью обеспечения нормальной работы электроприемников, включенных на междуфазное напряжение, в течение определенного промежутка времени. Дело в том, что при однофазных замыканиях на землю в сетях с изолированной нейтралью междуфазное напряжения остаются неизменными по величине и сдвинутыми по фазе на угол 120°.

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.

При замыкании фазы на землю через перемежающуюся дугу могут возникнуть резонансные явления и опасные перенапряжения до (2 , 5 — 3,9)Uф, которые при ослабленной изоляции приводят к ее пробою и короткому замыканию. Поэтому уровень линейной изоляции определяется кратностью резонансных перенапряжений.

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:

Источник