Что такое изолированная нейтраль и где она используется?

Питание потребителей электрической энергии  может производится различными способами, один из которых – трехфазная схема включения с изолированной нейтралью. Ее практически невозможно встретить в бытовых устройствах, так как еще в прошлом веке была вытеснена более прогрессивной системой с глухозаземленной нейтралью. Но, в то же время, в ряде высоковольтных сетей применяется именно изолированная нейтраль в виду других существенных преимуществ.

Что это такое?

Само по себе понятие нейтрали относится только к трехфазным сетям, так как подразумевает под собой такой способ объединения нулевых проводников обмоток трансформатора, при котором все начальные точки соединяются в одну.

Схематическое понятие изолированной нейтрали
Рис. 1. Схематическое понятие изолированной нейтрали

Такое действие с электрической точки зрения приводит к приведению всех потенциалов к одному значению – выравниванию до так называемой нулевой (базовой) отметки. Система с изолированной нулевой точкой не имеет связи с условной землей, в то время как противоположная ей схема подключения с глухозаземленной нейтралью или эффективно заземленной имеет преднамеренное соединение.

Определение

Определение системы с изолированной нейтралью
Рис. 2. Определение системы с изолированной нейтралью

Определение системы с изолированной нейтралью приводится в главе 1.7 ПУЭ, однако ее основные требования подразделяются на электроустановки до и выше 1000В. Если детально рассмотреть основные положения п.1.7.6 ПУЭ, то для устройства электроустановок под изолированной нейтралью генератора или трансформатора следует понимать такую схему, в которой нулевая точка не имеет соединения с землей или подключается через устройства с большим сопротивлением, применяемые для:

  • Защитных;
  • Сигнализации;
  • Измерительных.

Также согласно п.1.7.3 ПУЭ корпусы и элементы из токоведущих материалов должны подключаться к общему контуру заземления из соображений безопасности. Так как в случае пробоя изоляции и перехода потенциала фазных проводов на металлический каркас, ток утечки перейдет в землю, что обезопасит эксплуатирующий персонал.

Обозначение

В соответствии с положениями п.1.7.3 ПУЭ буквенное обозначение системы с изолированной нейтралью состоит из двух букв латинского алфавита – IT. Однако здесь же оговаривается, что IT  применяется лишь для электроустановок напряжением до 1000В.

Если рассмотреть значение каждой буквы в маркировке, то они обозначают:

  • первая буква I – изолированную нейтраль (если первая T, то это схема с заземленной нейтралью);
  • вторая буква T – говорит о том, что все проводящие части, не задействованные в качестве токоведущих, подключаются к защитным проводникам заземления PE, не зависимо от состояния нулевого вывода.
Обозначение системы с изолированной нейтралью
Рис. 3. Обозначение системы с изолированной нейтралью

На практике существуют и другие буквенные обозначения в системе электроснабжения, однако для  IT они не используются.  В виду ограниченности сферы применения далее рассмотрим плюсы и минусы метода запитки с изолированной нулевой точкой.

Достоинства и недостатки

Для планирования подключений, расхода материалов во время строительства, проектирования, затрат на обслуживание в процессе эксплуатации обязательно учитываются все за и против.

Изолированная от земли нулевая точка обладает такими преимуществами в эксплуатации:

  • Обеспечивает больший уровень безопасности системы, чем когда нейтраль заземлена, так как при однофазных кз отсутствует цепь для протекания электрического тока.
  • Высокая степень надежности – благодаря уменьшению числа действующих элементов, существенно понижается вероятность возможных повреждений во время работы, снижается количество возможных аварий и поломок.
  • Требует меньших затрат на этапе монтажа линий электропередач для изолированного нулевого вывода. Так как электрическая энергия передается лишь по трем проводам, это позволяет существенно снизить себестоимость ЛЭП.
  • Независимость питания для однофазных нагрузок – даже в случае обрыва одной из фаз, электроснабжение по другим продолжится в штатном режиме.
При обрыве одной фазы остальные обеспечивают питание
Рис. 4. При обрыве одной фазы остальные обеспечивают питание

Отсутствуют перекосы и нарастание токовой нагрузки.

Но, несмотря на существенные превосходства над методом электроснабжения с заземленной нейтралью, такой вариант имеет и ряд недостатков.

Среди которых наиболее важными являются:

  • Представляет опасность для человека и трехфазных нагрузок при однофазных обрывах и замыканиях в высоковольтных сетях.
  • Слишком малые величины токов замыкания, чем когда используется глухозаземленная нейтраль, что существенно усложняет своевременное выявление и локализацию повреждения.
  • Отсутствует визуальный эффект при замыкании – так как нет контакта с нейтралью источника момент касания токоведущих частей и земли не приводит к образованию искр или дуги.
  •  Изоляция всего оборудования должна рассчитываться на значение межфазного напряжения, а из-за отсутствия нулевого защитного проводника фазного, как такового вообще нет.
  • Снижается срок службы изоляции между фазами – особенно актуально для кабельно-проводниковой продукции, подсоединяемой к трехфазным обмоткам. При этом характер и место повреждения в кабеле всегда носит случайный характер, предусмотреть наиболее подверженные места попросту невозможно.

Как видите из вышеперечисленного, система с незаземленной нейтралью имеет значительно больше недостатков, чем преимуществ. Из-за чего ее постоянно вытесняет тип питания с заземлением нейтрали, но до сих пор существует ряд отраслей, где недостаток изолированной нулевой точки сведен к минимуму.

В сетях до 1000 В

Среди низковольтных потребителей, которые питались по системе с изолированной нейтралью можно выделить некоторые бытовые сети советских времен, которые впоследствии отошли от этого способа. Местами он еще сохранялся в электроснабжении деревянных построек, в которых питание от обмоток генератора или трансформатора с  глухозаземленной нулевой точкой было слишком опасным при возникновении замыкания.

Сегодня такая схема передачи электрического тока применима в:

  • электроснабжении морских и речных транспортных суден;
  • нефтедобычной отрасли, платформах для разработки месторождений в море и океане;
  • метрополитенах;
  • горнодобывающей отрасли.

Вышеперечисленные сферы не отходят от системы с изолированной нейтралью за счет отсутствия связи с защитным заземлением. Что исключает вынос метала и преждевременное разрушение металла с одной стороны, и обеспечивает безопасность персонала с другой.

Схема замещения при поражении в цепи до 1000В
Схема замещения при поражении в цепи до 1000В

Как видите на рисунке, ток через тело человека не замыкается, цепь проходит с одной фазы на другую, поэтому токи однофазных потребителей будут рассчитываться по формуле:

I = (3*U)/(3*RT+ZM)

  • где U – напряжение в питающей сети, выдаваемое одной обмоткой трансформатора;
  • RТ – сопротивление человеческого тела;
  • ZМ – сопротивление межфазной изоляции.

Если принять, что сопротивление человека составляет около 1 кОм, а сопротивление изоляция между фазами будет порядка 500 кОм, то протекающий через тело ток будет всего лишь несколько единиц миллиампер, что совершенно безопасно. Однако ситуация кардинально меняется в случае использования изолированной нейтрали в высоковольтных электрических системах, где часто случаются трехфазные КЗ.

В электросетях выше 1000 В

Сети номиналом более 1000 В используют изолированную нейтраль для категории электроустановок от 1 до 35 кВ. Все что касается более высоких классов напряжения использует режимы заземления (глухозаземленную, эффективно заземленную нейтраль) или соединение трансформатора треугольником, где нулевой вывод отсутствует как таковой. Следует также отметить, что многие подстанции напряжением в 35 кВ используют первичную схему треугольника для высокой стороны.

Питание высоковольтных сетей
Рис. 6. Питание высоковольтных сетей

Применение изолированной нулевой точки в системе электроснабжения обеспечивает тот же сдвиг фаз на 120° и бесперебойный режим работы даже с выводом одной из линий. Однако вместе с тем, аварийные режимы в цепи более 1 кВ характеризуются значительно большими токами, которые уже никоим образом нельзя игнорировать с точки зрения безопасности человека, так как емкостная проводимость изоляции намного выше.

Схема замещения при поражении в цепи выше 1000 В
Рис. 7. Схема замещения при поражении в цепи выше 1000 В

Если же вопрос касается трехфазного замыкания, то этот режим вызывает огромные токи, контакт с которыми смертельно опасен.

Однако аварийный режим в высоковольтных сетях с изолированной нейтралью несет опасность не только человеческой жизни, но и работе всей системы в целом. При этом место контакта одной фазы с землей приводит к просадке потенцифала в этой линии практически до нуля. А напряжение в двух смежных фазах при изолированной нейтрали пропорционально увеличивается, что приводит к повышению емкостных перетоков в диэлектрике.

При долговременном протекании такого процесса происходит лавинообразное изнашивание изоляции с последующим пробоем изолированного промежутка, что может привести к выходу со строя и линии, и самого источника питания с изолированной нейтралью.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:

Комментарии и отзывы

Добавить комментарий

Нажимая на кнопку "Отправить комментарий", я даю согласие на обработку персональных данных и принимаю политику конфиденциальности.

Adblock
detector