что значит изолированная нейтраль
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!
Система заземления IT. Как жить без нуля?
Схема системы заземления IT
Сегодня публикую очередную статью Конкурса. На этот раз тема, достойная внимания профессионалов. И рассматривает её профессионал.
Встречайте – Василий Васильевич, инженер-разработчик оборудования для морских нефтяных платформ из Москвы. Прочитав мою статью про системы заземления, он решил, что её необходимо дополнить. В результате – эта статья.
Ну а я, как обычно, буду пользоваться служебным положением, и периодически вставлять свои 25 копеек)))
Система заземления IT или система заземления с изолированной нейтралью.
Обычно эта система описывается примерно так:
Классическая система, основным признаком которой является изолированная нейтраль источника – «I», а также наличие на стороне потребителя контура защитного заземления – «Т». Напряжение от источника к потребителю передается по минимально возможному количеству проводов, а все токопроводящие детали корпусов оборудования потребителя должны быть надежно подключены к заземлителю. Нулевой функциональный проводник N на участке источник – потребитель в архитектуре системы IT отсутствует.
На этом всё описание системы IT обычно и ограничивается и совершенно не понятно как этим всем практически пользоваться? Как подключать потребителей, как подключать системы автоматизации?
Прежде всего, не понятно – если линейное напряжение 380 В, а фазное – 220, то как будет работать однофазная нагрузка? Ведь нуля нет, то есть фактически он оборван. А что произойдёт при обрыве нуля? Правильно, всё пойдёт в разнос – либо сгорит, либо просто не захочет работать. Как выходят из этого диссонанса в системе IT? Слушаем Василия дальше.
На эти вопросы я и постараюсь ответить.
Она широко используется на судах и всём, что считается судами, на морских нефтяных и газовых платформах, например. Не важно, что платформа стоит на дне моря, с точки зрения морского регистра она – судно 🙂
Чем система IT принципиально отличается от всех других систем?
Отличается она тем, что в ней нет ноля. Совсем нет. Никак нет. Вообще нет. 🙂
Что это значит практически?
Значит это то, что если у вас есть сеть 3 фазы 0,4 кВ, то вы НЕ СМОЖЕТЕ получить однофазное 230 В, как все привыкли, взяв один провод из фазы, а второй из нейтрали или из заземления. Нейтрали нет, а к проводу заземления подключаться НЕЛЬЗЯ, ЗАПРЕЩЕНО! Иначе у вас будет система не IT, а TT.
Как же подключить однофазную нагрузку в системе с изолированной нейтралью?
Здесь варианта два:
1) На нефтяных судах часто есть две параллельные трехфазные линии, линия 0,4 кВ 3 фазы и 230 В 3 фазы. Чтобы подключить прибор, предназначенный для использования в сети 230В, нужно включить его в сеть 230 В МЕЖДУ ДВУМЯ ФАЗАМИ, т.е. в линейное напряжение.
То есть, использовать не схему “звезда”, как это делается обычно для получения 220В, а схему “треугольник”, подключив нагрузку 220 В (которую язык почему-то не поворачивается уже назвать “однофазной”) к одной из сторон “треугольника”.
2) Использовать трансформатор, например понижающий 3Ф 400В / 3Ф 230 В. С трансформатором тоже два варианта, после него так же может быть система IT, либо трансформатор может обеспечить искусственную нейтраль на вторичной обмотке.
Обычно используют трансформатор 380 / 220 В, первичная обмотка которого подключена к любым двум фазам. Если нужно заземление, то один из выводов вторичной обмотки “глухо” заземляют, и получают систему TN-S (или, скорее TN-C-S). При правильном выборе защитного автомата и УЗО система обеспечит отличную защиту от КЗ и прямого прикосновения.
Однако, более безопасной будет система, в которой ни один из выводов трансформатора не подключается на корпус. Трансформатор может быть любым, главное, чтобы на его выходе было напряжение 220 В – не важно, линейное или фазное.
С подключением электродвигателей, клапанов и тому подобного, проблем обычно не возникает, а вот с автоматикой могут быть проблемы. Они связаны с тем, что не все приборы корректно работают при включении их питания в линейное напряжение 230 В (между фазами). Если столкнулись с этой проблемой, тут можно выйти из положения, либо заменой прибора, либо используя маломощный трансформатор с искусственным нолём после вторичной обмотки.
Теоретически да, прибору всё равно, откуда берётся напряжение 220В. А на практике, например, вместо измерения сигнала 4-20 мА какую-то ересь начинают показывать, при том, что датчики заведомо рабочие. Включаешь в обыкновенное фазное напряжение – всё работает. Видимо, что-то с архитектурой конкретных приборов не то. Не часто бывает, но мне пару раз попадалось.
Пример схемы IT
Как пример практической схемы смотрите фрагмент схемы подключения шкафа выпрямителей постоянного тока. Обратите внимание, что питание осуществляется из сети 3 фазы 230 В, каждый из трех выпрямителей включён между фазами, в линейное напряжение.
Пример построения схемы с системой заземления IT
Фактически, провод защитного заземления есть, он приходит со стороны питающего генератора, но он служит только для заземления корпусов блоков питания.
В данном случае выходное напряжение – постоянное 12 В, но может быть любым! А “минус” всех блоков питания заземлён. Выходы каждого БП через защитные автоматы (не показаны) поступают на нагрузки.
Надеюсь, стало понятней как практически устроено подключение потребителей к системе IT. Спасибо за внимание.
Голосование за эту и другие статьи будет открыто примерно через месяц, следите за новостями в группе ВК СамЭлектрик.ру! Если кто не подписан – рекомендую, нас ждёт ещё много интересного!
Василий Васильевич, автор статьи про систему заземления IT
Сети с изолированной нейтралью
Электрические сети — это сложные системы. Схемы подключения генераторов и трансформаторов предполагает подключение глухозаземленной и изолированной нетрали. В нашей энергосистеме в основном используется система с глухозаземленной нетралью. Однако, существует оборудование, которое должно работать в условиях где применяется трехпроводная сеть с изолированной нейтралью.
Это передвижные установки, оборудование торфоразработок, при добыче калийных удобрений и угольных шахтах, то есть оборудование, работающее на напряжение 380-660 В и 3-35 Кв. Питающий кабель передвижных установок выполняется четырехпроводным кабелем. Отличие одного вида заземления от другого заключается в том, что общая точка вторичной обмотки трансформатора подключается непосредственно в трансформаторной подстанции к заземлителю.
Такая система с изолированной нейтралью получается при подключении вторичных обмоток трансформатора треугольником. В этом случае средней точки просто не существует. Это используется, когда по условия безопасности не допускают аварийное обесточивание при коротком замыкании на землю. Такие системы получили обозначение IT.
Что является определением изолированной нейтрали
В правилах эксплуатации электроустановок (ПЭУ)существует определение, что собой представляет схема с изолированной нейтралью. Рассмотрим, чем называют IT схемой. Это система, в которой нулевой провод генератора или трансформатора не подключается к заземлителю. Он может быть подключен к контуру заземления путем соединения приборов сигнализации, средств измерения, защиты или аналогичных приборов к нулю. Все эти устройства должны обладать большим сопротивлением.
Систему с изолированной нейтралью можно представить трехфазной сетью, обмотка трансформатора, в которой соединена треугольником, но может быть и звездой. А от линии отходят резисторы, подключенные к заземлению и параллельно сопротивлению стоят конденсаторы. Через которые в кабельной или воздушной линии протекают токи утечки, их можно представить двумя составляющими. Одна из которых активная, а вторая реактивная.
Так как сопротивление не поврежденной изоляции имеет величину около мегаома. При таком сопротивлении ток утечки очень маленький и рассчитывается по закону Ома. I=U/R, а при величине сопротивления 0,5 Мом и напряжении 220 В, составляет 0,44 Ма. Реактивную составляющую представляют в виде конденсатора. Одной обкладкой служит провод линии, а второй земля.
Когда имеется исправная трехфазная сети с изолированной нейтралью нагрузка между фазами распределяется равномерно. При возникновении пробоя одной фазы на землю, т. е. возникают однофазные замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью.
В этом случае возникает аварийный ток однофазного замыкания. Чаще всего замыкание происходит на корпус электрического потребителя. В качестве последнего могут выступать электродвигатели или металлические конструкции.
Если они не заземлены, то на корпусе прибора возникает фазное напряжение или близкое к нему. Прикосновение человека к корпусу будет равносильно прикосновению к фазе. Что смертельно опасно.
Когда возникает однофазное КЗ в сети с изолированной нейтралью, ток замыкания небольшой, его значение составляет миллиамперы. При таких токах невозможно установить защитные устройства.
Поэтому для обеспечения отключения используются приборы, которые автоматически контролируют состояние изоляции. Такие системы устанавливают, когда необходима защита от замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью.
Достоинства
Какие же существуют достоинства и недостатки сети с изолированной нейтралью? К основным достоинствам следует отнести то, что нет необходимости оперативного отключения питающего напряжения при возникновении короткого замыкания одной фазы на землю.
Недостатки
Это считается аварийным режимом, и он не предполагает длительной работы оборудования. Такой режим имеет следующие недостатки:
Большое количество недостатков существенно снижает применение такой схемы в сетях до 1 000 В. Более широкое распространение такая система получила в высоковольтных сетях.
Что такое и чем отличается изолированная нейтраль в сетях с напряжением выше 1 000В
В сетях среднего напряжения (6 — 10 КВ) изолированная нейтраль трансформатора отсутствует, так как обмотки трансформатора соединены треугольником. При соединении обмоток звездой появляется возможность в организации защиты компенсации тока однофазного замыкания на землю в высоковольтной сети с изолированной нейтралью.
Для компенсации реактивных токов короткого замыкания применяют дугогасящие реакторы в случае:
Трехпроводная трехфазная система с изолированной нейтралью допускает производить корректировку тока КЗ, что осуществляется подключением нейтрали к заземлению при помощи высокоомного сопротивления.
В нашем случае изолированная нейтраль используется в сетях:
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
Что такое эффективно заземленная нейтраль и в чем ее преимущества
Что собой представляет эффективно заземленная нейтраль, какой у нее принцип работы и область применения. Плюсы и минусы электрических сетей с эффективно заземленной нейтралью.
Для передачи электроэнергии на большие расстояния применяют сети высокого напряжения. Безопасная эксплуатация обеспечивается средствами защиты, которая для каждого напряжения своя. В зависимости питающего напряжения применяют различные виды заземления нейтрали. Согласно правилу эксплуатации электроустановок, в сетях до 0,4 КВ применяется глухозаземленная нейтраль. В сетях 0,6-35 кВ для увеличения надежности используется схема с изолированной нейтралью. Для исключения перенапряжения неповрежденных фаз при коротком замыкании одной фазы на землю в линиях 110-1150 кВ применяется эффективно заземленная нейтраль (ЭЗН). Что это такое и в чем особенность данной схемы, мы расскажем читателям сайта Сам Электрик в пределах этой статьи.
Определение эффективно заземленной нейтрали
ЭЗН применяется в высоковольтных сетях 110 кВ и более. В случае замыкания фазы на землю, представляет собой однофазное КЗ.
Оно сопровождается значительными токами в месте повреждения, в результате чего срабатывает система защиты с отключением напряжения. Дадим определение, что это такое.
Эффективно заземленная нейтраль — это заземленная нейтраль в сетях трехфазного напряжения выше 1000 В, коэффициент замыкания на землю которой ≤ 1,4.
На ниже приведенном рисунке представлена схема ЭЗН:
Это значит, что при однофазном замыкании на землю, напряжение других, не поврежденных фаз, увеличится на величину, не превышающую значения 1,4.
И рассчитывается по нижеприведенной формуле:
Это имеет большое значение для высоковольтных сетей. Т.к. при такой схеме напряжение неповрежденных фаз не значительно превышает номинальное. А это значит, что нет необходимости увеличивать изоляцию сетей и оборудования.
Эксплуатация сетей с ЭЗН будет обходиться значительно дешевле. При этом следует учитывать, что экономия увеличивается по мере возрастания напряжения в линии.
Требования ПУЭ к сетям
Для сетей с эффективно изолированной нейтралью ПУЭ регламентирует максимальное сопротивление заземления, не превышающего 0,5 Ом. При этом учитывается естественное заземление. А сопротивление искусственных заземлителей не должно быть более 1 Ом.
Это справедливо для установок свыше 1000 В, режим токов КЗ на землю у которых равен или превышает значения 500 А. При этом следует учитывать, что ЭИН и глухозаземленная нейтраль имеют аналогичные схемы без существенных отличий. Такая схема показана на рисунке снизу.
Эффективно заземления нейтраль и глухозаземленная схема заземления позволяют предупредить дуговые перенапряжения. Однако, они относятся к системам с большими токами короткого замыкания на землю (больше или равно 500А).
Для уменьшения токов КЗ используют искусственное увеличение нулевой последовательности. Для этого на подстанции заземляется только часть нейтралей трансформаторов, или нейтрали заземляются через резистор.
В результате увеличивается напряжение на неповрежденных проводниках. К наиболее тяжелым авариям относят межфазное короткое замыкание. При этом, напряжение и токи короткого замыкания будут меньше, чем при однофазном КЗ.
Поэтому расчеты выполняются на основании больших значений, т.е. однофазного короткого замыкания.
Как выглядит однофазное КЗ на рисунке снизу:
Эффективно заземленная нейтраль предназначена для высоковольтных сетей 110 кВ и более. Но допускается использовать такую схему и для напряжения менее 1 000 В. Ее применяют там, где отсутствуют и не предвидится монтаж электроустановок, в которых может возникнуть пожар или устройства, которые могут выйти из строя или взорваться.
Другими словами, ЭЗН применяется в сетях с напряжением менее 1000 В, при условии отсутствия взрыво- и пожароопасных приборов.
Эффективно используются в городских электрических сетях. Особенность работы таких линий заключается в том, что при коэффициенте замыкания на землю менее единицы, можно применить кабель, рассчитанный на напряжение 6 кВ в сетях с напряжением 10 кВ.
Это позволяет передавать большую мощность с коэффициентом 1,73. При этом замена кабеля и коммутационной аппаратуры не требуется.
Достоинства и недостатки
Эффективно заземленная нейтраль применяется в сетях 110 кВ и выше. Она обладает рядом преимуществ.
Главным назначением таких схем являются:
Кроме очевидных достоинств, сети имеют и недостатки.
Заключение
Принцип работы сетей с эффективно заземленной нейтралью можно кратко описать так. Основная часть замыканий на землю сопровождающаяся большими токами КЗ, самоустраняется после отключения напряжения. После автоматического повторного включения напряжения в ЛЭП, режим работы линии восстанавливается.
Заземление только части трансформаторов позволяет уменьшить токи КЗ. Так, если на подстанции смонтированы два трансформатора, то к заземляющему устройству подключают только один.