Как течет ток в системе с изолированной нейтралью в трехфазной сети?

Электрические сети, как известно, делятся в зависимости от класса напряжения – до и выше 1000В. Нейтраль – это общая точка обмоток у трансформаторов и генераторов, соединенных в звезду. Если же схема обмоток треугольник и необходим ноль, то можно вспомнить про схему «скользящий треугольник». Будем рассматривать только сети переменного тока.

Виды заземления нейтрали в сетях до 1кВ

В электрических сетях напряжением до 1000В принято использовать три системы заземления нейтрали – это TN, IT, TT. Каждая из букв несет определенный смысл, разберемся:

  • 1-ая буква описывает способ заземления нейтрали источника питания
    • T (terra) – нейтраль глухозаземленная
    • I (isolate) – нейтраль изолирована (и – изолирована, легко запомнить)
  • 2-ая буква показывает способ заземления открытых проводящих частей (ОПЧ) с землей
    • N (neutral) – ОПЧ заземлены через глухозаземленную нейтраль источника питания
    • T – ОПЧ заземлены независимо от источника питания

В свою очередь система TN делится на три подсистемы – TN-C, TN-S и TN-C-S. В рамках данной подсистемы третьи буквы (C — combine, S — separe) обозначают совмещение или разделение в одном проводе функций нулевого защитного (PE) и нулевого рабочего (N) проводника.

Рассмотрим теперь каждую систему более подробно.

Система заземления TN

Как течет ток в системе с изолированной нейтралью в трехфазной сети?

В этой системе нейтраль глухозаземлена, а открытые проводящие части заземлены через эту глухозаземленную нейтраль. Глухозаземленная – это значит что нейтраль присоединена непосредственно к заземляющему устройству (болтом, сваркой) или через малое сопротивление (трансформатор тока).

В сетях до 1кВ глузозаземленная нейтраль используется для питания однофазных и трехфазных нагрузок.

Система заземления TT

Как течет ток в системе с изолированной нейтралью в трехфазной сети?

Система TT предполагает, что нейтраль источника питания глухозаземлена, а ОПЧ оборудования заземлены заземляющим устройством электрически несвязанным с нейтралью источника. То есть защитный PE-проводник создается у самого потребителя, а не идет от источника питания.

Система заземления IT

Как течет ток в системе с изолированной нейтралью в трехфазной сети?

В системе IT нейтраль генератора или трансформатора изолирована или заземлена через устройства, имеющие высокое сопротивление, а ОПЧ заземлены независимо. Эта система не рекомендуется для жилых зданий, используется там, где при первом замыкании на землю не требуется перерыв питания. Это могут быть электроустановки с повышенными требованиями надежности снабжения электроэнергией.

Виды заземления нейтрали в электросетях выше 1кВ

В сетях напряжением выше 1000В используется изолированная (незаземленная) нейтраль, эффективно заземленная нейтраль и резонансно-заземленная нейтраль. Глухозаземленная нейтраль используется только в сетях до 1кВ.

Сети с незаземленной (изолированной) нейтралью

Как течет ток в системе с изолированной нейтралью в трехфазной сети?

Исторически первая система заземления. Нейтральная точка источника питания не присоединена к заземляющему устройству. Обмотки соединены в треугольник и выходит, что нулевая точка отсутствует. Применяется на напряжение 3-35кВ.

Сети с эффективно-заземленной нейтралью

Как течет ток в системе с изолированной нейтралью в трехфазной сети?

Этот вид заземления используется в сетях напряжением выше 110кВ. Достоинство заключается в том, что при однофазных замыканиях на неповрежденных фазах напряжение относительно земли будет равно 0,8 междуфазного в нормальном режиме работы. В этой системе сам контур заземления выполняется с учетом протекания больших токов КЗ, что делает его сложным и дорогим.

Сети с нейтралью, заземленной через резистор или реактор

Как течет ток в системе с изолированной нейтралью в трехфазной сети?

Применяется в сетях 3-35кВ. Используется для уменьшения величины токов КЗ. Исторически был вторым способом заземления нейтрали. Заземление через резистор используется во всем мире, через реактор – в странах бывшего союза.

Заземление через реактор – при отсутствии замыкания ток через реактор мал. Когда происходит замыкание фазы на землю, то через место повреждения течет емкостной ток КЗ и индуктивный ток реактора. Если их величина равна, то в месте замыкания отсутствует ток (явление резонанса).

Заземление через резистор бывает низкоомным и высокоомным. Разница в величине тока, создаваемым резистором при замыкании на землю. Высокоомное применяется в сетях с малыми емкостными токами, в этом случае замыкание можно не отключать немедленно. Низкоомное заземление наоборот используется при больших емкостных токах.

Выбор виды заземления нейтрали зависит от следующих факторов:

  • величина емкостного тока сети
  • допустимая величина однофазного замыкания
  • возможности отключения однофазного замыкания
  • вида и типа релейных защит
  • безопасности персонала
  • наличия резерва

Сохраните в закладки или поделитесь с друзьями

Последние статьи

Как течет ток в системе с изолированной нейтралью в трехфазной сети?

Чтобы сохранить документ в ворде нажми ctrl+s

Как течет ток в системе с изолированной нейтралью в трехфазной сети?

Испытание трансформаторного масла на пробой

Как течет ток в системе с изолированной нейтралью в трехфазной сети?

Генераторы Хартли и Колпитца

Самое популярное

Как течет ток в системе с изолированной нейтралью в трехфазной сети?

Единицы измерения физвеличин

Источник: https://pomegerim.ru/electrobezopasnost/rezhimy-raboty-nejtrali-v-elektroustanovkah-i-elektricheskih-setyah.php

Что такое изолированная нейтраль и где она используется

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.

Как течет ток в системе с изолированной нейтралью в трехфазной сети?

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.

Как течет ток в системе с изолированной нейтралью в трехфазной сети?

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:
  • Iч = 3Uф/(3rч+ z)
  • 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.

Как течет ток в системе с изолированной нейтралью в трехфазной сети?

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.

Сфера применения

Поговорим о том, где используются такое решение. Эта система электроснабжения применялась в отечественных электросетях для передачи электроэнергии жилым домам, во времена СССР. Особенно для электрификации деревянных домов, где при использовании глухозаземленной нейтрали повышался риск возникновения пожара при замыканиях на землю.

  1. С точки зрения электробезопасности разница между изолированной и глухозаземленной нейтралью в электроснабжении домов, заключается в том, что если в сети IT один из проводников коснётся заземленных токопроводящих частей, например арматуры стен или водопровода, сеть продолжит функционировать, из-за малых токов утечки.
  2. Соответственно ни жители, ни кто-то другой не узнает о проблеме, пока при одновременном касании кем-то одного из проводов и трубопровода – кого-то не ударит током.
  3. Как течет ток в системе с изолированной нейтралью в трехфазной сети?

В системе с глухозаземленной нейтралью как минимум сработает дифзащита, а при «хорошем» металлическом замыкании – отключится автоматический выключатель. С началом массового строительства панельных домов (т.н. хрущевок) от неё отказались и в 60-80-х годах перешли на TN-C, а в конце 90-х годов на TN-C-S, о причинах читайте ниже.

Читайте также:  Как подключить светодиодку через бесконтактный выключатель?

В настоящее время изолированная нейтраль используется везде, где нужно обеспечить повышенную безопасность или нет возможности сделать нормальное заземление, а именно:

  • В море — на судах, нефте- и газодобывающих платформах, где использование корпуса платформы в качестве заземления невозможно в связи с анодной защитой, а в местах стекания тока в воду она начнет усиленно ржаветь и гнить.
  • В шахтах и других местах добычи ископаемых (с напряжением 380-660В).
  • В метро.
  • На освещении и цепях управления в стационарных грузоподъёмных кранах и пр.
  • Также в бытовых бензиновых, газовых или дизельных генераторах на выходных клеммах именно изолированная нейтраль.

Она может встречаться не только в том виде, что мы привели на схеме выше, но и в виде понижающих и разделительных трансформаторов, которые используются для питания переносных осветительных приборов (не более 50В или 12В ПТЭЭП п.2.12.6.) и другого оборудования или инструмента, в том числе и тех, с которыми работают в замкнутых и сырых помещениях.

Подведем итоги

Мы разобрались для чего нужна изолированная нейтраль до 1 кВ, теперь перечислим достоинства и недостатки системы электроснабжения с изолированной нейтралью для чайников в электрике.

Преимущества использования:

  1. Большая безопасность.
  2. Большая надежность, что позволяет использовать, например, для освещения в больницах.
  3. Экономический фактор – в трёхфазной сети с изолированной нейтралью можно передать электроэнергию по минимально возможному количеству проводов – по трём.
  4. Система продолжит работу при однофазных замыканиях на землю.

Недостатки:

  1. При замыкании на землю повышается опасность использования, так как продолжается подача электроэнергии.
  2. Малые токи КЗ.
  3. Нет искр при первичном КЗ.

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.

  • Как течет ток в системе с изолированной нейтралью в трехфазной сети?
  • Кстати в КТП с высшим напряжением до 35 кВ первичные обмотки трансформаторов соединяются в треугольник, где нейтрали нет как таковой.
  • Как течет ток в системе с изолированной нейтралью в трехфазной сети?

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.

Как течет ток в системе с изолированной нейтралью в трехфазной сети?

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.

Как течет ток в системе с изолированной нейтралью в трехфазной сети?

Таким образом благодаря реактору:

  1. Намного уменьшается Iкз.
  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.

Преимущества:

  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.

Как течет ток в системе с изолированной нейтралью в трехфазной сети?

Недостатки:

  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!

Материалы по теме:

Источник: https://samelectrik.ru/chto-takoe-izolirovannaya-nejtral-i-gde-ona-ispolzuetsya.html

Система заземления IT с изолированной нейтралью — блог СамЭлектрик.ру

Как течет ток в системе с изолированной нейтралью в трехфазной сети?

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)))

Итак,

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.
  • Во-первых, где можно встретиться с этой системой?
  • 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 🙂

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.

Читайте также:  Тяговые аккумуляторы для лодочных моторов и погрузчиков, где купить

А что там свежего в группе вк самэлектрик.ру?

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.

Как течет ток в системе с изолированной нейтралью в трехфазной сети?

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!

Как течет ток в системе с изолированной нейтралью в трехфазной сети?

Василий Васильевич, автор статьи про систему заземления IT

Статья понравилась?Добавьте её в свою соц.сеть и дайте оценку!

(8

Источник: https://SamElectric.ru/spravka/sistema-zazemleniya-it-kak-zhit-bez-nulya.html

Система с изолированной нейтралью

  • В системе с изолированной нейтралью замыкание на землю одной фазы не является КЗ и практически не отражается на работе потребителей.
  • Однако этот вид повреждения создает ненормальный режим, вызывая перенапряжения, которые могут привести к нарушению изоляции относительно земли двух неповрежденных фаз и переходу однофазного замыкания на землю в междуфазное КЗ.
  • Рассмотрим характер изменения токов и напряжений в системе и их векторные диаграммы при однофазных замыканиях на землю, принимая для упрощения, что нагрузка системы отключена.
  • Каждая фаза системы обладает относительно земли емкостной и активной проводимостями.

На рисунке а) приведена схема замещения системы с изолированной нейтралью, на которой емкости и сопротивления утечки фаз показаны условно сосредоточенными.

В нормальном режиме работы системы напряжения фаз относительно земли симметричны и численно равны фазному напряжению, геометрическая сумма емкостных токов трех фаз равна нулю, а активные утечки по изоляции пренебрежимо малы. Емкостные токи между фазами можно не учитывать, так как при однофазных замыканиях на землю междуфазные напряжения не изменяются, а следовательно, не меняются и емкостные токи.

Как течет ток в системе с изолированной нейтралью в трехфазной сети?

Уравнения, связывающие фазные напряжения и емкостные токи фаз, имеют вид: Ia=y1*(Ua+Uн); Ib=y2*(Ub+Uн); Ic=y3*(Uc+Uн); Ia+Ib+Ic=0. Uн — напряжение между нейтралью и землей; Ua; Ub; Uc — фазные напряжения системы; y1; y2; y3 — полные проводимости фаз по отношению к земле.

Отсюда следует: Uн = (- (y1*Ua+y2*Ub+y3*Uc)) / (y1+y2+y3) Поскольку векторы фазных напряжений образуют симметричную звезду, а их сумма равна нулю, то Uн=0.

При наличии асимметрии системы: Uн = -(Uо+δаUа+δbUb), где: δα = (2*y1-y2-y3) / 2*(y1+y2+y3); δβ = (√3*(y2-y3)) / (2*(y1+y2+y3)) — коэффициенты асимметрии системы; Uо = (Uа + Ub + Uc) / 3; Uα = Uа + Uо; Uβ = Ub — Uc / √3 — соответственно 0, α и β — составляющие фазного напряжения трехфазной системы питания. При металлическом замыкании на землю одной фазы, например фазы А (рисунок б)), ее напряжение относительно земли снижается до нуля, а напряжение на двух других фазах увеличивается в √3 раз. Действительно, как видно на рисунке б), напряжение фазы В относительно земли равно напряжению между линией В и точкой К, следовательно Ub равно междуфазному напряжению. емкостный ток фазы А будет равен нулю, а емкостные токи неповрежденных фаз можно определить из выражений: Ib’ = √3*Ub*ω*Сe^(-jπ/3); Ic’ = √3*Uc*ω*Сe^(-j2π/3), где: С=С1=С2=С3 — емкости фаз по отношению к земле. Ток замыкания на землю: Iз = (3*Uа) / (z1+z2+z3)= -(Ia+Ib+Iс) = j*3*ω*С*Uа, где: z0 = 1/(j*ω*С); z1 = r1+jx1; z2 = r2+jx2 — входные сопротивления трехфазной системы относительно точки К соответственно для нулевой, прямой и обратной последовательностей фаз.

Таким образом, емкостный ток однофазного замыкания на землю в системе с изолированной нейтралью равен тройному емкостному току на землю неповрежденной фазы при нормальном режиме и зависит от напряжения электроустановки, частоты и емкости фаз относительно земли. Практически ток Iз составляет единицы или десятки ампер.

Изменение напряжений фаз по отношению к земле можно рассматривать как результат наложения на напряжения фаз (Uа; Ub; Uc) напряжений нулевой последовательности Uао; Ubо; Ucо (рисунок в), равных по значению и противоположных по знаку фазному напряжению поврежденной фазы.

При этом напряжения всех фаз относительно земли будут определяться геометрической суммой напряжений Uа; Ub; Uc в нормальном режиме работы системы и напряжений нулевой последовательности.

Так, при полном замыкании на землю фазы L1 получим Uc’ = Uc + Ucj; Ub’ = Ub + Ubо; Uа’ = Uа + Uао.

Из векторной диаграммы (рисунок в)) видно, что Uc’ = Ub’ = √3*Ua, а угол между Uc’ и Ub’ равен 60°.

При однофазных замыканиях на землю междуфазные напряжения не изменяются по значению и остаются сдвинутыми по фазе на 120°, что видно из векторной диаграммы на рисунке (рисунок в)).

Благодаря этому не нарушается электроснабжение потребителей, включенных на междуфазное напряжение, а система может продолжать работать с одной заземленной фазой, пока не будет найдено место повреждения, но не более 2 часов. Это является главным достоинством систем с изолированной нейтралью.

Длительная работа системы в этом режиме недопустима, так как может привести к двойному замыканию на землю, возникающему вследствие повышенных напряжений неповрежденных фаз относительно земли и сопровождающегося прохождением значительного тока КЗ.

При неметаллическом замыкании на землю в месте замыкания возникает перемежающаяся дуга, сопровождающаяся повторными гашениями и зажиганиями. В колебательном контуре, образованном емкостью и индуктивностью системы, в этом случае возникают свободные электрические высокочастотные колебания, приводящие к возникновению перенапряжений, которые распространяются на всю электрически связанную сеть.

Значение перенапряжений может достигать 2,2 Uф (фазного напряжения) на поврежденной фазе и 3,2 Uф на неповрежденных фазах.

При продолжительном горении как устойчивой, так и перемежающейся дуг перенапряжения, воздействующие на ослабленную изоляцию фаз, могут привести к двух- и трехфазным КЗ в системе и к отключению потребителей.

поэтому в системах с изолированной нейтралью должны предусматриваться сигнализация и релейная защита от однофазных замыканий на землю.

Многолетний опыт эксплуатации незаземленных систем позволил установить критические значения емкостных токов замыкания на землю, которые в зависимости от номинального напряжения системы составляют 30 А при 3-6 кВ, 20 А при 10 кВ, 15 А при 15-20 кВ, 10 А при 35 кВ и 5 А в схемах блок генератор — трансформатор при напряжении генератора 6-20 кВ. если ток замыкания превышает указанные значения, то используют компенсацию его с помощью дугогасящих реакторов.

Источник: http://elektro-rezhim.ru/sistema-s-izolirovannoj-nejtralyu/

6.2.5. Трехфазные сети с изолированной нейтралью

Такие
сети отличаются тем, что нейтральная
точка источника питания не имеет связи
с землей (или имеет связь через очень
большое сопротивление) и нейтральный
провод отсутствует.

В
трехфазной трехпроводной сети с
изолированной нейтралью при нормальном
режиме работы напряжение прикосновения
Unpи
ток Ih,
проходящий через человека в период
касания к одной из фаз, например к фазному
проводнику L1
(рис. 6.4), определяются уравнениями (6.2)
и (6.3), в которых надо принять .

Рис. 6.4. Прикосновение
человека к проводу трехфазной

  • трехпроводной
    сети с изолированной нейтралью при
  • нормальном режиме
    работы
  • Тогда
    выражение для тока, проходящего через
    человека, в комплексной форме имеет вид

Основываясь
на этом равенстве, рассмотрим следующие
три случая.

1. При
равенстве сопротивлений изоляции и
емкостей фаз относите­льно земли,
т.е. при

r1
=
r2
=
r3
=
r; C1
=
C2
=
C3
=
C,

а,
следовательно, при Y1
= Y2
= Y3
=Yполучим,
заменив проводимости полными
сопротивлениями и имея в виду, что(a2
+ a
+ 1) = 0, ток через человека

где Z
— комплекс полного сопротивления одной
фазы относительно земли, Ом;

В
действительной форме выражение для
тока примет вид

2. При
равенстве сопротивлений изоляции и
малых значениях емкостей фаз относительно
земли, которыми можно пренебречь, т.е.
при

r1
=
r2
=
r3
=
r; C1
=
C2
=
C3
= 0,

и,
следовательно, при иZ=r,
т.е. сопротивление фазы относительно
земли равно активному сопротивлению
изоляции, что может иметь место в коротких
воздушных сетях, получим из (6.11) ток,
проходящий через человека, в действительной
форме

Выражение
(6.12) показывает значение изоляции как
фактора безопасности: чем выше
сопротивление изоляции сети r,
тем меньше ток, проходящий через человека,
при однофазовом прикосновении.

Читайте также:  Почему отключается сетевой фильтр, когда стирает машинка?

При
прикосновении человека к одной фазе в
сети с малой емкостью и большим
сопротивлением изоляции, если полное
сопротивление фаз относительно земли
значительно больше сопротивления цепи
человека, т.е. Z>>Rch,
ток, проходящий через человека,
ограничивается сопротивлением фаз
относительно земли и почти не зависит
от сопротивления цепи человека.

  1. Полное сопротивление
    цепи человека
  2. Rch
    =
    Rh
    +
    Rоб
    +
    Rн,
  3. где Rоб
    — сопротивление обуви, Ом;
  4. Rн
    сопротивление опорной поверхности ног
    растеканию тока, Ом.

При
сопротивлениях фазы относительно земли,
равных нескольким десяткам кОм и более,
ток, проходящий через человека, невелик
и даже может не превышать длительно
допустимой величины.

Поэтому в сетях с
изолированной нейтралью, имеющих высокое
сопротивление изоляции и малую емкость
и не имеющих поврежденной изоляции,
безопасно однофазное прикосновение.

Однако у разветвленных сетей с большим
числом потребителей общее сопротивление
изоляции мало и емкость имеет значительную
величину.

3. При
равенстве емкостей и больших активных
сопротивлениях изоляции по сравнению
семкостными,
т.е. при

r1
=
r2
=
r3
=
r; C1
=
C2
=
C3
=
C,

и,
следовательно, при и,
что может быть в кабельных сетях,

Сеть
с большой емкостью опасна, так как ток,
проходящий через человека, прикоснувшегося
к фазе, может достигать больших значений.

Выражения
(6.10) — (6.

13) показывают, что в
сетях с изолированной нейтралью опасность
для человека, прикоснувшегося к одной
из фаз в период нормальной работы сети,
зависит от сопротивления изоляции
проводов относительно земли: с увеличением
сопротивления опасность уменьшается.
Вместе
с тем, этот случай менее опасен, чем
прикосновение в сети с заземленной
нейтралью [ср. уравнения (6.5) и (6.12)].

При
аварийном режиме (рис. 6.5), когда имеет
место замыкание фазы (например, фазы 3)
на землю через малое активное сопротивление
rзм,
проводимости
других фаз можно принять равными нулю.
Тогда, подставив в уравнение (6.9) Y1
=
Y
2
=0,
получим

Производя
соответствующие преобразования и имея
в виду, что Y3=1/rзм
и Yh=1/Rh
, получим значение тока в действительной
форме

Напряжение
прикосновения

Если
принять, что rзм=

или,
по крайней мере, считать, что rзм
0,
поэтому
напряжение,
под которым оказывается человек,
прикоснувшийся в период аварийного
режима к исправной фазе трехфазной сети
с изолированной нейтралью, значительно
больше фазного и несколько меньше
линейного напряжения сети.

Таким
образом, этот случай прикосновения во
много раз опаснее прикосновения к той
же фазе сети при нормальном режиме
работы (ср. уравнения (6.12) и (6.14), имея в
виду, что r/3
>>rзм).

Вместе
с тем этот
случай является также, при прочих равных
условиях, более опасным, чем прикосновение
к исправной фазе трехфазной сети с
заземленной нейтралью
(ср.
уравнения (6.7) и (6.14), имея в виду, что r,
мало
по сравнению с rзм).

а

б

Рис.
6.5. Прикосновение человека к проводу
трехфазной трехпроводной сети с
изолированной нейтралью при аварийном
режиме: а
— схема сети; б — векторная диаграмма
напряжений (при условии, что
Y1
=
Y2
= 0)

Источник: https://studfile.net/preview/2670325/page:4/

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.

Устройство

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.

Похожие темы:

Источник: https://electrosam.ru/glavnaja/jelektrotehnika/jelektrobezopasnost/izolirovannaia-neitral/

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector