Ізольована нейтраль: що це таке і де вона застосовується

В даний час ізольовану нейтраль складно зустріти в побуті, ви ніколи з нею не зіткнетеся, якщо робите проводку в квартирах. У той час як високовольтних лініях вона активно використовується, а також в деяких випадках і в мережах 380В. Детальніше про те, що таке мережа з ізольованою нейтраллю і які у неї особливості, ми розповімо простими словами в цій статті.

Що це таке

Визначення поняття «ізольована нейтраль» наведено в розділі 1.7. ПУЕ, в пункті 1.7.6. і ГОСТ Р 12.1.009-2009. Де сказано, що ізольованою називається нейтраль у трансформатора або генератора, не приєднана до заземлювального пристрою взагалі, або, коли вона приєднана через прилади захисту, вимірювання, сигналізації.

Нейтраллю називається точка, в якій поєднані обмотки у трансформаторів або генераторів при включенні по схемі «зірка».

Серед електриків є оману про те, що скорочена назва ізольованої нейтрали – це система IT, за класифікацією п. 1.7.3. Що не зовсім вірно. У цьому ж пункті сказано, що позначення TN-C / C-S / S, TT і IT прийняті для мереж і електроустановок напругою до 1 кВ.

У тій же главі 1.7 ПУЕ є пункт 1.7.2. де сказано, що стосовно заходів електробезпеки електроустановки поділяються на 4 типи – ізольовану або глухо заземленої до 1 кВ і вище 1 кВ.

Таким чином є деякі відмінності в безпеці і застосуванні такої мережі в різних класах напруги і називати лінію 10 кВ з ізольованою нейтраллю «система IT» щонайменше неправильно. Хоча схематично – майже те ж саме.

У мережах до 1 кВ

Загальні відомості

Давайте розберемося де, як і в яких випадках використовують ізольовану нейтраль в електроустановках напругою до 1000 В, так звану систему IT. У ПУЕ чолі 1.7. п. 1.7.3. дано визначення схоже на те, що наведено вище, але воно дещо відрізняється. Там сказано, що корпуси та інші провідні частини в установках системи IT повинні бути заземлені. Розглянемо, як це виглядає на схемі.

Так як нейтраль трансформатора мережі IT не вставлений у землею, то, кажучи простою мовою, у нас немає небезпечної різниці потенціалів між землею і фазними проводами. І випадкове торкання 1 дроти під напругою в системі IT безпечно. Через відносно низької напруги тут нехтують ємнісний провідністю фаз.

У мережах з ізольованою нейтраллю немає виражених фази і нуля – обидва провідника рівноправні.

Струм через тіло людини дорівнює:

Iч = 3Uф/ (3rч+ z)

Uф – фазна напруга; rч – опір тіла людини (приймається 1 кОм); z – повний опір ізоляції фази щодо землі (становить 100 кОм і більше на фазу).

Струм в цьому випадку повертається до джерела живлення через ізоляцію проводів, а не в землю, як у випадку з TN.

Так як опір ізоляції більше 100 кОм на фазу, то сила струму через тіло становитиме одиниці міліампер, що не заподіє шкоди.

Наступною особливістю цієї системи є те, що струми витоку на корпус і струми КЗ на землю будуть низькими. В результаті захисна автоматика (релейний або автоматичні вимикачі) не спрацьовують тим чином, до якого ми звикли в мережах з глухозаземленою нейтраллю. Але спрацьовує система контролю опору ізоляції.

Відповідно при однофазному замиканні трифазної лінії – система продовжить функціонувати. При цьому щодо землі зростає напруга на двох, що залишилися проводах. Якщо людина торкнеться фазного проводу – він потрапляє під лінійну напругу.

У зв’язку з такою конструкцією в мережі з ізольованою нейтраллю немає двох видів напруги на відміну від глухозаземленной, де між фазами Uлінійне (В побуті 380В), а між фазою і нулем Uфазное (220). Для підключення однофазного навантаження до мережі системою IT з напругою 380В можна використовувати понижуючі трансформатори типу 380/220 і підключати прилади між двома фазами на лінійне напруга.

Сфера використання

Поговоримо про те, де використовуються таке рішення. Ця система електропостачання застосовувалася в вітчизняних електромережах для передачі електроенергії житлових будинків, за часів СРСР. Особливо для електрифікації дерев’яних будинків, де при використанні глухозаземленной нейтрали підвищувався ризик виникнення пожежі при замиканнях на землю.

З точки зору електробезпеки різниця між ізольованою і глухозаземленою нейтраллю в електропостачанні будинків, полягає в тому, що якщо в мережі IT один з провідників торкнеться заземлених струмопровідних частин, наприклад арматури стін або водопроводу, мережа продовжить функціонувати, через малих струмів витоку.

Відповідно ні жителі, ні хтось інший не дізнається про проблему, поки при одночасному торканні кимось одного з проводів і трубопроводу – когось не вдарить струмом.

В системі з глухозаземленою нейтраллю як мінімум спрацює діфзащіта, а при «хорошому» металевому замиканні – відключиться автоматичний вимикач. З початком масового будівництва панельних будинків (т.зв. хрущовок) від неї відмовилися і в 60-80-х роках перейшли на TN-C, а в кінці 90-х років на TN-C-S, про причини читайте нижче.

В даний час ізольована нейтраль використовується всюди, де потрібно забезпечити підвищену безпеку чи ні можливості зробити нормальне заземлення, а саме:

  • У море – на судах, нафто- і газодобувних платформах, де використання корпусу платформи в якості заземлення неможливо в зв’язку з анодної захистом, а в місцях стікання струму в воду вона почне посилено іржавіти і гнити.
  • У шахтах і інших місцях видобутку копалин (з напругою 380-660В).
  • В метро.
  • На освітленні і ланцюгах управління в стаціонарних вантажопідіймальних кранах і ін.
  • Також в побутових бензинових, газових або дизельних генераторах на вихідних клемах саме ізольована нейтраль.

Вона може зустрічатися не тільки в тому вигляді, що ми привели на схемі вище, але і у вигляді знижувальних і розподільчих трансформаторів, які використовуються для живлення переносних світильників (не більше 50В або 12В ПТЕЕС п.2.12.6.) Та іншого обладнання або інструменту, в тому числі і тих, з якими працюють в замкнутих і сирих приміщеннях.

Підведемо підсумки

Ми розібралися для чого потрібна ізольована нейтраль до 1 кВ, тепер перерахуємо переваги і недоліки системи електропостачання з ізольованою нейтраллю для чайників в електриці.

Переваги використання:

  1. Велика безпеку.
  2. Велика надійність, що дозволяє використовувати, наприклад, для освітлення в лікарнях.
  3. Економічний чинник – в трифазній мережі з ізольованою нейтраллю можна передати електроенергію за мінімально можливою кількістю проводів – по трьом.
  4. Система продовжить роботу при однофазних замиканнях на землю.

недоліки:

  1. При замиканні на землю підвищується небезпека використання, так як триває подача електроенергії.
  2. Малі струми КЗ.
  3. Ні іскор при первинному КЗ.

У мережах вище 1000 В

В даний час ізольована нейтраль найчастіше використовується в мережах із середнім класом напруги (1-35 кВ). Для мережі 110 кВ і вище – глухозаземленою. У зв’язку з тим, що при КЗ на землю напруга, як було сказано, зростає до лінійного, так в ЛЕП 110 кВ фазна напруга (між землею і фазним проводом) – 63,5 кВ. При КЗ на землю це особливо важливо, і дозволяє знизити витрати на ізоляційні матеріали.

До речі в КТП з вищою напругою до 35 кВ первинні обмотки трансформаторів з’єднуються в трикутник, де нейтрали немає як такої.

Низькі струми КЗ і можливість працювати при однофазних КЗ на ВЛ – в розподільних мережах особливо важливі і дозволяють організувати безперебійне електропостачання. При цьому кут зсуву між рештою в роботі фазами залишається незмінним – в 120˚.

При напрузі в тисячі вольт ємнісний провідністю фаз знехтувати не можна. Тому дотик проводів ВЛЕП небезпечно для життя людини. У нормальному режимі струми в фазах джерела визначаються сумою навантажень і ємнісних струмів щодо землі, при цьому сума ємнісних струмів дорівнює нулю і струм в землі не проходить.

Якщо опустити деякі подробиці, щоб викласти мовою, зрозумілою для початківців, то при КЗ на землю напруга щодо землі пошкодженої фази наближається до нуля. Так як напруги двох інших фаз збільшуються до лінійних значень їх ємнісні струми збільшуються в √3 (1,73) разів. В результаті ємнісний струм однофазного КЗ виявляється в 3 рази більшим нормального. Наприклад, для ВЛЕП 10 кВ довжиною 10 км ємнісний струм дорівнює приблизно 0,3 А. При замиканні фази на землю через дугу в результаті різних явищ виникають небезпечні перенапруження до 2-4Uф, що призводить до пробою ізоляції і міжфазні КЗ.

Для виключення можливості виникнення дуг і усунення можливих наслідків нейтраль з’єднують з землею через дугогасящих реактор. Його індуктивність при цьому підбирають відповідно до ємності в місці КЗ на землю, а також щоб він забезпечував роботу релейного захисту.

Таким чином завдяки реактору:

  1. Набагато зменшується Iкз.
  2. Дуга стає нестійкою і швидко гасне.
  3. Сповільнюється наростання напруги після гасіння дуги, в результаті зменшується ймовірність повторного виникнення дуги і комутаційного струму.
  4. Токи зворотній послідовності малі, отже, їх дія на обертається ротор генератора не робить істотного впливу.

Перерахуємо плюси і мінуси високовольтних мереж з ізольованою нейтраллю.

переваги:

  1. Якийсь час може працювати в аварійному режимі (при КЗ на землю)
  2. У місцях несправності з’являється незначний струм, за умови малої місткості струму.

недоліки:

  1. Ускладнено виявлення несправностей.
  2. Необхідність ізоляції установок на лінійну напругу.
  3. Якщо замикання триває тривалий час, то можлива поразка людини електричним струмом, якщо він потрапить під крокові напругу.
  4. При 1-фазних КЗ не забезпечується нормальне функціонування релейного захисту. Величина струму замикання безпосередньо залежить від розгалуженості ланцюга.
  5. Через накопичення дефектів ізоляції від впливу на неї дугових перенапруг знижується термін її служби.
  6. Пошкодження можуть виникнути в декількох місцях через пробою ізоляції, як в кабелях, так і в електродвигунах та інших частинах електроустановки.

На цьому огляд принципу дії і особливостей мереж з ізольованою нейтраллю закінчується.

Ссылка на основную публикацию