Что понимается под глухозаземленной и изолированной нейтралью
Нейтраль: что это такое, определение, примеры
В этой статье мы рассмотрим, что такое нейтраль, что она из себя представляет и какое электрооборудование её имеет. Также мы рассмотрим, почему термины «глухозаземленная нейтраль» и «изолированная нейтраль» имеют ограниченное применение и их следует исключить из нормативной документации.
Что такое нейтраль?
Согласно определения из ГОСТ 30331.1-2013 [1]:
Нейтраль (neutral) — это общая часть многофазной системы переменного тока, соединённой звездой, находящаяся под напряжением, или средняя часть однофазной системы переменного тока, находящаяся под напряжением.
Какое электрооборудование имеет нейтрали?
Чтобы ответить на данный вопрос обратимся к книге [2] Ю.В. Харечко, который пишет:
« Некоторые виды электрооборудования переменного тока имеют нейтрали, например: трехфазные трансформаторы, генераторы и электродвигатели, обмотки которых соединены звездой, трехфазные электронагреватели, нагревательные элементы которых также соединены звездой. В составе трехфазной электрической системы могут быть десятки, сотни и тысячи электротехнических изделий, имеющих нейтрали. »
Что представляет собой нейтраль?
Ю.В. Харечко в своей книге [2] вполне однозначно описал нейтраль:
« Нейтраль представляет собой общую токоведущую часть многофазного источника питания переменного тока. Нейтралью, например, является общий вывод обмоток трёхфазного электрогенератора или трансформатора, соединённых в звезду. У однофазного источника питания нейтралью является средняя токоведущая часть, например, средний вывод обмотки однофазного трансформатора или электрогенератора. Указанная токоведущая часть может быть заземлена или изолирована от земли. В нормативной документации (особенно в ПУЭ) ее соответственно называют глухозаземленной или изолированной нейтралью. »
Найти нейтраль вы можете на рисунке 1 ниже (в качестве примера).
Рис. 1. Система TT трехфазная четырехпроводная (показана нейтраль) (на основе рисунка 31F1 ГОСТ 30331.1-2013)
Термины «глухозаземленная нейтраль» и «изолированная нейтраль» корректны, если их правильно употребляют.
Если обратиться к книгам Ю.В. Харечко [2] и [3], то можно в них найти анализ действовавшей ранее и действующей в настоящее время нормативной документации в которой некорректно трактуются и употребляются данные термины. В частности Ю.В. Харечко вполне справедливо делает заключение:
« В нормативных требованиях термин «изолированная нейтраль» иногда используют недостаточно корректно. При соединении обмоток трехфазного электрогенератора или трансформатора треугольником у источника питания нет нейтрали. Токоведущие части однофазного источника питания, имеющего одну обмотку, например выводы однофазного электрогенератора, также не являются нейтралью. Поэтому в низковольтных электрических системах переменного тока с так называемой «изолированной нейтралью» нейтрали, как таковой, может и не быть вовсе. В указанных случаях более правильно говорить об изолированных от земли токоведущих частях источника питания. »
« Поэтому термины «глухозаземленная нейтраль» и «изолированная нейтраль» имеют ограниченное применение. Их можно исключить из нормативных требований к низковольтным электроустановкам. Низковольтные электрические системы правильнее классифицировать по типам заземления системы. В противном случае требования нормативных документов больше напоминают собой нагромождение понятий, повторяющих друг друга. »
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
Чем отличается изолированная нейтраль от глухозаземленной
В настоящее время на территории Российской Федерации сетевыми организациями эксплуатируются электрические сети среднего и низкого напряжения со следующими режимами работы нейтрали:
Примеры схем сетей с глухозаземленной, изолированной и резистивной нейтралью
Примеры схем сетей с глухозаземленной, изолированной и резистивной нейтралью
Дополнительная информация. При определении способа заземления нейтрали в распределительных сетях высокого напряжения обычно применяют метод, называющийся эффективно заземленная нейтраль.
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.
Преимущества и недостатки системы
Главным достоинством таких систем можно отметить ограничение потенциала в системах напряжением 110 КВ и более в неповрежденных линиях при возникновении аварийной ситуации, что оказывает существенное значение для материалов изоляции. А также применение относительно несложных устройств релейной защиты от однофазных коротких замыканий на землю.
Недостатками подобных электросетей, касательно к сетям с изолированной нейтралью, можно отнести высокие токи КЗ, что требует моментального отключения напряжения. Если этого не произойдет, то возникает опасность серьезного повреждения линии, а также возрастает вероятность поражения электрическим током обслуживающего персонала.
И велико возникновение пожара и даже взрыва. Высокие токи КЗ предъявляют особые требования к устройствам защиты, она должна срабатывать мгновенно, а это усложняет приборы защиты.
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.
Эффективно заземленная
Режимы работы нейтралей в электроустановках выше 110 кВ реализованы представленным способом, что обеспечивает требуемые условия защиты сети и безопасности. Нулевая точка трансформатора заземляется на контур или через специальное устройство под названием «ЗОН-110 кВ». Последнее влияет на чувствительность срабатывания защит.
При падении провода создается потенциал между заземлителем и точкой обрыва. Из-за этого срабатывает релейная защита. Отключение производится с минимальной выдержкой времени, после чего включается вновь. Это связывается с тем фактом, что на работоспособность могла повлиять ветка дерева или птица. Повторное включение (АПВ) позволяет выявить реальность повреждения. К преимуществам необходимо отнести следующие моменты:
Недостатков практически нет. На практике считается, что это идеальный вариант для высоковольтных сетей.
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.
В подавляющем большинстве электросетей (до 1 кВ) применяется глухозаземленная нейтраль, поскольку такое исполнение наиболее оптимально для действующих требований электробезопасности. Учитывая распространенность этой схемы заземления нейтрали, имеет смысл подробно ознакомиться с ее устройством, принципом работы и техническими особенностями, а также основными требованиями ПУЭ к электроустановкам до 1 кВ.
Что такое глухозаземленная нейтраль?
Начнем с определения нейтрали, в электротехнике под этим термином подразумевается точка в месте соединения всех фазных обмоток трансформаторов и генераторов, когда применяется тип подключения «Звезда». Соответственно, при включении «Треугольником» нейтрали быть не может.
Включение обмоток: а) «звездой»; б) «треугольником»
Устройство сетей с голухозаземленной нейтралью
Как видно из рисунка 2, характерной особенностью электросетей TN типа является заземление нейтрали. Заметим, что в данном случае речь идет не о защитном заземлении, а о рабочем соединении между нейтралью и заземляющим контуром. Согласно действующим нормам, максимальное сопротивление такого соединения — 4-е Ома (для сетей 0,4 кВ). При этом нулевой провод, идущий от глухозаземленной средней точки, должен сохранять свою целостность, то есть, не коммутироваться и не оборудоваться защитными устройствами, например, предохранителями или автоматическими выключателями.
В ВЛ до 1-го кВ, используемых в системах с глухозаземленной нейтралью, нулевые провода прокладываются на опорах, как и фазные. В местах, где делается отвод от ЛЭП, а также через каждые 200,0 метров магистрали, положено повторно заземлять нулевые линии.
Пример устройства сети TN-C-S
Если от трансформаторных подстанций отводятся кабели к потребителю, то при использовании схемы с глухозаземленной нейтралью, длина такой магистрали не может превышать 200,0 метров. На вводных РУ также следует подключать шину РЕ к контуру заземления, что касается нулевого провода, то необходимость в его подключении к «земле» зависит от схемы исполнения.
Общее представление
Режимы нейтрали электроустановок выбираются из общепринятой, устоявшейся мировой практики. Некоторые изменения и корректировки вносятся из особенностей государственных энергосистем, что связывается с финансовыми возможностями объединений, протяженностью сети и другими параметрами.
Чтобы определить нейтраль и режим ее работы, достаточно ориентироваться в наглядных схемах электроустановок. Необходимо особое внимание уделить силовым трансформаторами и их обмоткам. Последние могут выполняться звездой или треугольником. Подробнее — ниже.
Треугольник предполагает изолированность нулевой точки. Звезда — наличие заземлителя, который присоединяется к:
Технические особенности
В данной системе, где используется общая средняя точка, помимо межфазного присутствует и фазное напряжение. Последнее образуется между рабочим нулем и линейными проводами. Наглядно отличие первого от второго продемонстрировано ниже.
Разница между фазным и линейным напряжением
Разность потенциалов UF1, UF2 и UF3 принято называть фазными, а величины UL1, UL2 и UL3 – линейными или межфазными. Характерно, что UL превышает UF примерно в 1,72 раза.
В идеально сбалансированной сети трехфазного электрического тока должны выполняться поддерживаться следующие соотношения:
На практике добиться такого результата невозможно по ряду причин, например из-за неравномерной нагрузки, токов утечки, плохой изоляции фазных проводников и т.д. Когда нейтраль заземлена, дисбаланс линейных и фазных характеристик энергосистемы существенно снижается, то есть, рабочий ноль позволяет выравнивать потенциалы.
Обрыв нулевого провода считается серьезной аварией, которая с большой вероятностью приведет к нарушению симметрии нагрузки, более известной под термином «перекос фаз». В таких случаях в сетях однофазных потребителей произойдет резкое увеличение амплитуды электрического тока, что с большой вероятностью выведет из строя оборудование, рассчитанное на напряжение 220 В. Получить более подробную информацию о перекосе фаз и способах защиты от него, можно на страницах нашего сайта.
Принцип действия сетей с глухозаземленной нейтралью
Теперь рассмотрим подробно, с какой целью заземляется нейтраль и как подобная реализация обеспечивает должный уровень электробезопасности, для этого перечислим обстоятельства, которые могут привести к поражению электротоком:
В идеале между нейтралью и землей разность потенциалов должна стремиться к нулю. Подключение к заземляющему контуру на вводе потребителя существенно способствует выполнению этого условия, в тех случаях, когда ТП находится на значительном удалении. При правильной организации заземления такая особенность может спасти человеческую жизнь, как минимум, в двух последних случаях из указанного выше списка.
Чтобы избежать пагубного воздействия электротока необходимо заземлять корпуса электроприборов, а также и других металлических частей электроустановок зданий. Это приведет к тому, что при «пробое» возникнет замыкание фазы на землю. В результате произойдет автоматическое отключение снабжения питанием электроприемников, вызванное срабатыванием устройства защиты от токов КЗ.
Даже если защита не сработает, а кто-либо прикоснется к металлическому элементу, все равно ток будет течь по заземляющему проводнику, поскольку в этой цепи будет меньшее сопротивление.
Движение тока при КЗ на корпус
Говоря о принципе работы защиты заземленной нейтрали нельзя не отметить быстрый выход в аварийный режим, когда один из фазных проводов замыкается на шину PEN. По сути, это КЗ на нейтраль, следствием которого является резкое возрастание тока, приводящее к защитному отключению энергоустановки или проблемного участка цепи.
При определенных условиях можно даже организовать защиту от образования опасных зон с шаговым напряжением. Для этого на пол в потенциально опасном помещении стелют (если необходимо, то замуровывают в бетон) металлическую сеть, подключенную к общему заземляющему контуру.
Отличия глухозаземленной нейтрали от изолированной
Чтобы дать объяснить различие необходимо, кратко рассказать об основных особенностях изолированной нейтрали, пример такого исполнения приведен ниже.
Рис. 6. Электроустановка с изолированной нейтралью
Как видно из рисунка при данном способе нейтраль изолирована от контура заземления (в случае соединения обмоток «треугольником» она вообще отсутствует), поэтому открытые проводящие части (далее по тексту ОПЧ) электроустановок заземляются независимо от сети. Основное преимущество такой системы заключается в том, что при первом однофазном замыкании можно не производить защитное отключение. Это несомненный плюс для высоковольтных линий, поскольку обеспечивается более высокая надежность электроснабжения. К сожалению, такой режим заземления не удовлетворяет требования электробезопасности для сетей конечных потребителей.
Низкий уровень электробезопасности основной, но не единственный недостаток изолированной нейтрали, с их полным списком, а также другими особенностями этой схемы электроснабжения, можно ознакомиться на нашем сайте.
Важно знать
Для электроснабжения однофазных и трёхфазных потребителей в промышленности и в бытовых условиях используют так называемое зануление, которое «якобы» является действенным методом, обеспечивающим автоматическое отключение электроустановки или части её, в которой произошло короткое замыкание. При занулении в цепях с глухозаземлённой нейтралью к нулевому проводу подключаются все металлические части и корпуса электрооборудования. Как работает данная защита? Дело в том что при любом коротком замыкании на корпус цепь переходит в режим короткого замыкания, ток в цепи автоматического выключателя сильно увеличивается и аварийный участок отключается от сети.
Преимуществом такой системы являются экономия расходов на проводку защитного заземления, а также снижение стоимости кабельной продукции, так как к одной и той же цепи можно подключить и однофазные и трёхфазные электроприёмники.
Однако недостатком глухозаземлённой нейтрали, организованной по принципу защитного зануления, можно назвать недостаточность обеспечения защиты человека при пробое изоляции на корпус электроприбора и одновременном обрыве нулевого провода, который является и защитным. И это очень важный момент — зануление является опасной мерой защиты, поэтому оно запрещено и организовываться в домашних условиях ни в коем случае не должно!
Современное электроснабжение всё-таки направлено больше на безопасность, поэтому требует установки УЗО и отдельного защитного заземляющего контура, через который даже самые незначительные токи утечки будут уходить в землю, при этом не подвергая человека опасности.
Теперь вы знаете, что такое глухозаземленная нейтраль, какой у нее принцип работы и в каких сетях она применяется. Если остались вопросы, можете задавать их в комментариях под статьей!
Системы TN и её подсистемы
Начнем с аббревиатуры. Первые две буквы характеризуют вариант исполнения заземления для нейтрали и ОПЧ соответственно. Варианты для первой литеры:
Варианты вторых литер говорят об исполнении заземления ОПЧ: N или Т, используется глухозаземленная нейтраль или независимый контур, соответственно.
Сейчас практикуется три схемы нейтрали:
Схема заземления ТТ
Требования ПУЭ
В Правилах нормам и требованиям к глухозаземленной посвящена глава 1.7, приведем наиболее значимые выдержки из нее:
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.
Объяснение для чайников
Понижающая подстанция, в которой установлен трансформатор, имеет свой контур заземления. Он соединен между собой стальными шинами и прутами, в один заземляющий контур. К потребителям в электрический щиток от подстанции прокладывается кабель который содержит четыре жилы:
Если потребителю необходимо питание от трёхфазной цепи 380 Вольт, то подключаться необходимо к этим трём жилам. В однофазное сети 220 В питание будет осуществляется от нулевого провода и от одной из фаз. Защита людей в однофазных и трехфазных цепях, если нет системы заземления, должна осуществляется за счёт специальных устройств защитного отключения (УЗО), которые срабатывают при небольшой утечке на ноль, при этом отключают надёжно потребителя от сети.
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.
Механизм действия
В соответствии с Правилами этим термином называют электрическое соединение нейтрали генератора (трансформатора) с устройством заземления. К примеру, трехпроводная сеть прокладывается от источника питания в жилой дом. Нейтраль через шкаф ввода распределяется по щиткам. К ней подключаются контуры заземления потребителей. В этих цепях недопустим монтаж плавких предохранителей, иного устройства, способного нарушить целостность цепи.
Рабочий ноль – это другой проводник. Между ним и третьим проводом возникает напряжение фазы, которое используется стиральными машинами, микроволновыми печами и другим оборудованием.
Пример аварийной ситуации. Под воздействием вибрации внутри техники отсоединился от штатного места крепления фазный провод, произошло его прикосновение к металлическому корпусу. Возникнет короткое замыкание, резко возрастет сила тока. Автоматический выключатель или плавкая вставка выполнит свою функцию, питание будет отключено.
Сопротивление R0 будет меньше, чем по пути прохождения тока через тело человека, случайно дотронувшегося до фазного провода, что исключает поражение током (рис. ниже). На этой схеме представлен вариант заземления нейтрали генератора.
Схема глухозаземленной нейтрали
Чтобы такая схема сработала быстро и эффективно, необходимо соблюдать положения норм Правил. В соответствии с ними должна создаваться качественная защищенная сеть.
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!
7.4. Сеть с эффективно заземленной нейтралью
Сеть с эффективно заземленной нейтралью является частным случаем сети с глухозаземленной нейтралью. Электрическая сеть с эффективно заземленной нейтралью — трехфазная электрическая сеть напряжением выше 1000 В, в которой коэффициент замыкания на землю не превышает 1,4.
Под К3 понимают отношение
где Uф.з — фазное напряжение неповрежденной фазы при замыкании на землю.
Сети напряжением 110 кВ и выше выполняются с эффективным заземлением нейтрали по соображениям стоимости изоляции, так как в таких сетях при замыкании на землю одной фазы напряжение на двух, других не превышает 0,8 номинального междуфазного напряжения. Это означает, что изоляцию рассчитывают на это напряжение, а не на полное между фазное напряжение в случае изолированной или компенсированной нейтрали.
При эффективном заземлении нейтрали замыкание фазы на землю является, по существу, однофазным коротким замыканием, которое требует немедленного отключения. Тяжелым аварийным режимом является также двух- или трехфазное короткое замыкание на землю. Однако при таких КЗ напряжения на неповрежденных фазах, а также токи КЗ оказываются меньшими, чем при однофазных замыканиях на землю. Поэтому двух- и трехфазное короткое замыкание на землю не рассматривается.
Значительная часть однофазных замыканий в сетях 110 кВ и выше при снятии напряжения самоустраняется, поэтому автоматическое повторное включение восстанавливает питание потребителей.
Обычно в электрических сетях с эффективно заземленной нейтралью для ограничения тока однофазного КЗ заземляют нейтрали не всех, а лишь части силовых трансформаторов. Например, из двух установленных на подстанции трансформаторов нейтраль заземляют только у одного. Для этой же цели в некоторых случаях нейтрали трансформаторов заземляют через дополнительное активное или реактивное сопротивление.
Основным преимуществом такого заземления нейтрали, в особенности для сетей напряжением 110 кВ и более, является ограничение напряжений, возникающих в неповрежденных фазах при замыканиях на землю в сети. Следовательно, изоляцию таких сетей можно рассчитывать на меньшую кратность перенапряжений. Некоторое значение имеет также возможность применения в сетях с эффективным заземлением нейтрали относительно простых устройств релейной защиты от замыканий на землю.
К недостаткам таких сетей по сравнению с сетями, в которых обеспечивается режим изолированной нейтрали, относятся более тяжелые последствия однофазных замыканий на землю (необходимость их немедленного отключения и т.д.), а также более высокая электроопасность для обслуживающего персонала, пожаро- и взрывоопасность. Кроме того, реализация режима эффективного заземления нейтрали, которое должно быть рассчитано на больший ток КЗ, требует существенного усложнения системы заземления на подстанциях.
Основными областями применения эффективного заземления ней-! трели следует считать сети с номинальными напряжениями 110 кВ и более, а также сети напряжением до 1000 В при условии отсутствия в них установок с повышенной электро-, пожаро- и взрывоопасностью.
Следует отметить, что в последние годы эффективное заземление нейтрали получает распространение и в городских сетях. В этом случае, если сеть имеет К3