Изолированная нейтраль что это такое для чайников
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.
Как работает сеть трехфазного тока с изолированной нейтралью
Рис. 1. Схема сети трехфазного тока с изолированной нейтралью (а). Замыкание на землю в сети с изолированной нейтралью (б).
Как бы хороша ни была в целом изоляция токоведущих частей сети от земли, все же проводники сети имеют всегда связь с землей. Связь эта двоякого рода.
1. Изоляция токоведущих частей имеет определенное сопротивление (или проводимость) по отношению к земле, обычно выражаемое в мегомах. Это означает, что через изоляцию проводников и землю проходит ток не которой величины. При хорошей изоляции этот ток весьма мал.
Допустим, например, что между проводником одной фазы сети и землей напряжение равно 220 В, а измеренное мегомметром сопротивление изоляции этого провода равно 0,5 МОм. Это значит, что ток на землю 220 этой фазы равен 220 / (0,5 х 1000000) = 0,00044 А или 0,44 мА. Этот ток называется током утечки.
2. Связь второго рода образуется емкостью про водников сети по отношению к земле. Как это понимать?
Каждый проводник сети и землю можно представить себе как две обкладки протяженного конденсатора. В воздушных линиях проводник и земля — это как бы обкладки конденсатора, а воздух между ними — диэлектрик. В кабельных линиях обкладками конденсатора являются жила кабеля и металлическая оболочка, соединенная с землей, а диэлектриком — изоляция.
При переменном напряжении изменение зарядов конденсаторов вызывает возникновение и прохождение через конденсаторы переменных токов. Эти так называемые емкостные токи в исправной сети равномерно распределены по длине проводов и в каждом отдельном участке также замыкаются через землю. На рис. 1,а сопротивления емкостей трех фаз на землю х1, х2, х3 условно показаны присоединенными каждое к одной точке сети. Чем больше длина сети, тем большую величину имеют токи утечки и емкостные токи.
Замыкание, показанное на рисунке 1,б, называется однофазным замыканием на землю, а возникающий при этом аварийный ток — током однофазного замыкания.
Представим себе теперь, что однофазное замыкание вследствие повреждения изоляции произошло не непосредственно на землю, а на корпус какого-нибудь электроприемника — электродвигателя, электрического аппарата, либо на металлическую конструкцию, по которой проложены электрические провода (рис. 2). Такое замыкание называется замыканием на корпус. Если при этом корпус электроприемника или конструкция не имеют связи с землей, тогда они приобретают потенциал фазы сети или близкий к нему.
Рис. 2. Замыкание на корпус в сети с изолированной нейтралью
Прикосновение к корпусу равносильно прикосновению к фазе. Через тело человека, его обувь, пол, землю, сопротивления утечки и емкостные сопротивления исправных фаз образуется замкнутая цепь (для простоты на рис. 2 емкостные сопротивления не показаны).
Ток в этой цепи замыкания зависит от ее сопротивления и может нанести человеку тяжелое поражение или оказаться для него смертельным.
Рис. 3. Прикосновение человека к проводнику в сети с изолированной нейтралью при наличии в сети замыкания на землю
Из сказанного следует, что для прохождения тока через землю необходимо наличие замкнутой цепи (иногда представляют себе, что ток «уходит в землю» — это неверно). В сетях с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В токи утечки и емкостные токи обычно невелики. Они зависят от состояния изоляции и длины сети. Даже в разветвленной сети они находятся в пределах нескольких ампер и ниже. Поэтому эти токи, как правило, недостаточны для расплавления плавких вставок или отключения автоматических выключателей.
При напряжениях выше 1000 В основное значение имеют емкостные токи, они могут достигать нескольких десятков ампер (если не предусмотрена их компенсация). Однако в этих сетях отключение поврежденных участков при однофазных замыканиях обычно не применяется, чтобы не создавать перерывов в электроснабжении.
Так, наличие «земли» увеличивает опасность поражения электрическим током при прикосновении к частям, находящимся под напряжением. Это видно, например, из рисунка 3, где показано прохождение тока поражения при случайном прикосновении к токоведущему проводу фазы А и неустраненной «земле» в фазе С. Человек при этом оказывается под воздействием линейного напряжения сети. Поэтому однофазные замыкания на землю или на корпус должны устраняться в кратчайший срок.
Изолированная нейтраль электрической сети: терминология, назначение и применение
Как известно, изолированная нейтральная централь не используется в квартирной или домашней электропроводке. Однако для трансформаторов и генераторов высоковольтных проводов она является неотъемлемой частью всей сети электричества.
В этой статье мы углубимся в терминологию и область применения изолированный вид нейтрали.
Определение изолированной нейтрали и терминология
Термин «изолированной центральной нейтрали» описан в ПУЭ, главе 1,7, пункт 1,7,6, а также в ГОСТ 2009-009, 12,1. В этих законодательных источниках четко прописана формулировка, что изолированная нейтраль – это центральная нейтраль генератора или трансформатора электросети, которая не присоединяется к устройству заземления или присоединяется, но через приборы безопасности или аварийной сигнализации.
Также центральной изолированный нейтралью может выступать определенная точка, которая является центром соединения жил по схеме «звезды».
Некоторые, даже профессиональные, специалисты по электрике убеждены, что изолированная нейтраль – это система заземления IТ, которая описана в ПУЭ 1,7,3.
Однако это ложная информация и глубокое заблуждение, поскольку в том же пункте ПУЭ сказано, что данная система используется исключительно для электросетей до одного кВ.
Кроме того, в пункте 1,7,2 сообщается, что в зависимости от безопасности изолированные установки разделяются на четыре категории от изолированных до глухо заземленных, а также до одного кВ и выше.
Исходя из вышеописанных пунктов изолированной ПУЭ следует вывод: изолированная центральная нейтраль и система глухого заземления – это абсолютно разные устройства с разными типами применения.
Применение изолированной нейтрали в сети до 1000 В
Благодаря использования изолированной нейтрали в трансформаторе, нивелируется любая возможная вероятность перепада напряжения между жилами «нуля» и «фазами».
Потому даже случайный контакт с проводом под напряжением электрического тока – безопасно.
Чтобы объяснить данный процесс технологическим языком, вы можете ознакомиться с точной формулой ниже, которая демонстрирует равность электрического тока при контакте с человеком.
Как видно, электрический ток сразу же возвращается к изолированному источнику питания, а не стремится в землю через проводника, в данном случае – человека.
Кроме того, поскольку сопротивление тока равно около ста кОм на одну фазную жилу, то соответственно сила напряжения тока будет равна не более нескольких единиц милиампер, что абсолютно безопасно.
Помимо вышеописанных защитных преимуществ изолированной нейтрали, стоит упомянуть о минимизации любых рисков утечки тока на металлический корпус трансформатора или генератора.
Хотя в данном устройстве не сработает изолированное защитное реле или автоматический выключатель, обязательно сработает контроль-система изоляторного сопротивления, которая исключит возможность небезопасной ситуации.
Как итог такой налаженной работы изолированной электроустановки, электросеть с тремя фазами продолжит работоспособность даже в случае короткого замыкания одной жилы «фаз».
В таком случае напряжение электрического потока в активных двух фазах равномерно возрастет и при случайном контакте с одной из них, пользователь попадет под линейное напряжение тока.
Как видно, из-за особенной контракции устройства в электросети существует лишь один тип напряжения тока, в отличие от системы изолированного глухого заземления.
Если пользователь хочет подключить систему к электросети с нагрузкой на одну активную фазу, рекомендуется всегда использовать понижающие электроустановки, по типу генератора 380 на 220.
Применение изолированной нейтрали
Изолированная центральная нейтраль активно применяется для городских трансформаторов для электроснабжения жилых микрорайонов, домом и бытовых помещений еще с середины прошлого века.
Кроме того, системы заземления крайне необходимы для электроснабжения зданий из деревянных материалов, поскольку они в зоне повышенного риска аварийных и пожарных ситуаций.
Специалисты сообщают, что чаще всего для многоквартирных домов применяется система глухого заземления, поскольку при случайном контакте пользователя с проводом под напряжением или поверхностью с током утечки, вся электросеть продолжить функционировать, изолировав лишь одну фазу, и все остальные жители дома не пострадают от полного отключения электричества общей электросети.
Как видно, в случае с системой заземления обязательно активизируется ДИП-защита, а при возникновении опасной ситуации для безопасности пользователей – сработает автомат.
Однако еще в конце прошлого века от данной изолированной системы специалисты отказались и начали использовать обновленные электроустановки.
На данный момент изолированная центральная нейтраль широко распространена в каждой электросети, которая требует повышенной системы безопасности. Например, там где исключена любая возможность правильного заземления по разным причинам.
К ним могут относиться следующие изолированные электросети:
Преимущества и недостатки изолированной нейтрали
Ниже мы опишем плюсы и минусы использования центральной изолированной нейтрали в сетях до 1000 В.
Плюсы изолированной нейтрали:
Минусы изолированной нейтрали:
Применения изолированной нейтрали для сетей более 1000 В
Для безопасности пользования и снижения расходных материалов в электросетях более 1000 В чаще всего применяются изоляционные системы глухого заземления.
Однако стоит отметить, что в некоторых трансформаторах жилы соединены по схеме «трех углов», а не «звезды» и центральная нейтраль не предусмотрена изначально.
Для высоковольтных проводных систем изолированное глухое заземление крайне необходимо для стабильной работы электросети, поскольку благодаря ему напряжение тока при коротком замыкании фазы – минимальное, а также при отключении одной фазы, остальные две продолжат работу.
Кроме того, даже единичный контакт с не изолированным высоковольтным проводом – смертельно опасен для жизни человека, потому нельзя пренебрегать системой для обеспечения безопасности.
Помимо вышеописанных факторов необходимости использования изоляции, существует еще один, связанный с повреждением одной из фаз.
Как известно, при коротком замыкании заземленной фазы через другу в трансформаторе высоковольтных проводов, возникает значительная перегрузка, которая приводит к разрушению изоляции и межфазному короткому замыканию.
Чтобы исключить малейшую вероятность заземленной дуги и вытекающих аварийных последствий изолированная центральная нейтраль обязательно соединяется с «землей» через специальный реактор гасящий дугу.
Его необходимо подобрать и установить согласно всем характеристикам определенной сети, чтобы он обеспечивал максимальную защиту и безопасность.
Реактор, описанный выше, для гашения дуги способствует следующим процессам:
Преимущества и недостатки
Плюсы и минусы использования изолированной нейтрали в сети более 1000 В.
Надеемся, что данная информация будет полезной. Если у вас имеются полезные заметки из личного опыта, обязательно делитесь ими в комментариях ниже.
Изолированная и глухозаземленная нейтраль
В процессе производства, преобразования, транспортировки, распределения и потребления электроэнергии используется трехфазная симметричная система проводов. Достичь такой симметричности стало возможно путем приведения фазных и линейных напряжений в одинаковое состояние. В результате, на всех фазах образуется равномерная токовая загрузка, а также одинаковый сдвиг фаз токов и напряжений.
Во время функционирования всей этой системы рано или поздно возникают аварийные ситуации в виде обрыва провода, пробоя изоляции и прочих специфических неисправностей, приводящих к нарушениям симметрии трехфазной системы. Последствия таких нарушений должны быть устранены как можно скорее. Большую роль в этом играет степень быстродействия релейной защиты, на работу которой влияет изолированная и глухозаземленная нейтраль. Каждый из этих режимов имеет свои достоинства и недостатки и применяется в наиболее подходящих условиях. В любом случае от их состояния во многом зависит нормальное функционирование релейной защиты.
Изолированная нейтраль
Изолированная нейтраль нашла достаточно широкое применение в отечественных энергетических системах. Данный способ заземления применяется для генераторов или трансформаторов. В этом случае их нейтральные точки не соединяются с заземляющим контуром. В распределительных сетях на 6-10 киловольт нейтральной точки может не быть вообще, поскольку соединение трансформаторных обмоток выполняется методом треугольника.
В соответствии с ПУЭ, режим изолированной нейтрали может быть ограничен емкостным током, представляющим собой ток однофазного замыкания на землю сети. Его компенсация с помощью дугогасящих реакторах предусматривается при следующих значениях:
Компенсация тока замыкания на землю может быть заменена резистивным заземлением нейтрали с помощью резистора. В этом случае алгоритм действия релейной защиты будет изменен. Впервые заземление в режиме изолированной нейтрали было применено в электроустановках со средним значением напряжения.
Достоинства и недостатки изолированной нейтрали
Несомненным достоинством режима изолированной нейтрали является отсутствие необходимости быстрого отключения первого однофазного замыкания на землю. Кроме того, в местах повреждений образуется малый ток, при условии малой токовой емкости на землю.
Однако этот режим имеет ряд существенных недостатков, из-за которых его использование существенно ограничено.
Основные недостатки изолированной нейтрали:
Таким образом, большое количество недостатков перекрывает все достоинства данного режима заземления. Однако в определенных условиях этот метод считается достаточно эффективным и не противоречит требованиям ПУЭ.
Глухозаземленная нейтраль
Более прогрессивным способом считается режим глухозаземленной нейтрали. В этом случае нейтраль генератора или трансформатора непосредственно соединяется с заземляющим устройством. В некоторых случаях соединение осуществляется с использованием малого сопротивления, например, трансформатора тока. В отличие от защитного, такое заземление нейтрали называется рабочим. Значение сопротивления заземляющих устройств, соединенных с нейтралью, не должно превышать 4 Ом в электроустановках с напряжением 380/220 вольт.
В электроустановках, где используется глухозаземленная нейтраль, поврежденный участок должен быстро и надежно отключаться в автоматическом режиме в случае возникновения замыкания между фазой и заземляющим проводником. С связи с этим, при напряжении до 1000 вольт, корпуса оборудования должны обязательно соединяться с заземленной нейтралью установок. Таким образом, обеспечивается быстрое отключение поврежденного участка в случае короткого замыкания с помощью реле максимального тока или предохранителя.
Особенности глухого заземления
Заземление нейтрали в глухом режиме предусмотрено для четырехпроводных сетей переменного тока. В таких случаях выполняется глухое заземление нулевых выводов силовых трансформаторов. Соединяются все части, подлежащие заземлению и нулевой заземленный вывод. Нулевой провод должен быть цельным, без предохранителей и каких-либо разъединяющих приспособлений.
В качестве глухозаземленной нейтрали воздушных линий с напряжением до 1 киловольта используется нулевой провод, прокладываемый вместе с фазными линиями на тех же опорах.
Все ответвления или концы воздушных линий, длиной свыше 200 метров подлежат повторному заземлению нулевого провода. То же самое касается вводов в здания, где имеются установки, подлежащие заземлению. В качестве естественных заземлителей могут использоваться железобетонные опоры, а также заземляющие устройства, защищающие от грозовых перенапряжений.
Таким образом, изолированная и глухозаземленная нейтраль обеспечивает нормальную работу релейной защиты генераторов и трансформаторов. Кроме того, они надежно защищают людей от поражения электрическим током.
Заземление нейтрали трансформатора
СИП – самонесущий изолированный провод
Антирезонансные трансформаторы напряжения
Расчет емкостного тока сети
Трансформатор тока нулевой последовательности