Глухозаземлённая нейтраль и изолированная нейтраль: Что такое изолированная нейтраль и где она используется

Содержание

Изолированная нейтраль. Устройство и применение. Особенности

Понятие «изолированная нейтраль» неразрывно связано со способами передачи энергии, а также с защитой потребителя в трехфазных электрических сетях переменного тока. Для решения этих задач применяются линейные системы из 4-х проводов с равномерно распределенной нагрузкой по каждой из фаз. Достичь этого удается за счет введения в электрическую цепь нулевой жилы, называемой нейтралью.

Ее наличие, помимо создания обратной цепочки для рабочего тока, позволяет устанавливать в линии приборы релейной защиты, а также организовать повторное заземление на стороне потребителя. Для этого на обслуживаемом объекте обустраивается защитный контур, соединяемый отдельной шиной с нейтральным проводом трехфазной цепи.

Изолированная нейтраль – это нулевая точка трехфазной сети, не заземленная на стороне источника электроэнергии (генератора переменного тока или трансформатора на подстанции). Сюда же относятся случаи, когда она соединяется с землей через вспомогательные приборы с большим внутренним сопротивлением (защитные, измерительные устройства или средства сигнализации).

Подобное решение нередко применяется в российских энергосистемах, где нейтраль вообще не предусмотрена. Такая возможность объясняется тем, что в высоковольтных линиях электропередач 6-10 кВ в качестве схемы распределения фаз применяется «треугольник«.

При изолированной нейтрали важно предусмотреть обязательное заземление оборудования на приемной стороне, защитив таким способом пользователя от удара током.

В отечественных силовых сетях изолированная нейтраль применяется в следующих системах передачи электроэнергии:

3-фазные сети с действующим напряжением до 1 кВ (система заземления IT).
Их аналоги с напряжениями от 6 до 35 кВ (использование разрешено при допустимых значениях токов замыкания).
Низковольтные цепи, оснащенные защитными и измерительными устройствами в различных исполнениях (разделительными трансформаторами, в частности).

Изолированная нейтраль в сетях с напряжениями до 1000 В и низковольтные цепи

При эксплуатации электрических сетей, рассчитанных на напряжения 380 или 660 В, особое внимание уделяется безопасности обслуживающего персонала и исключению случайного искрообразования.

К объектам, на которых используются такие сети, относят:

Угольные шахты.
Рудники и торфяные разработки.
Мобильные (передвижные) станции.
Особо опасные помещения, в которых хранятся легко воспламеняющиеся и взрывчатые вещества.

Особенность этих систем состоит в том, что при напряжениях до 1 кВ в сетях небольшой протяженности емкостная проводимость относительно земли очень мала. По этой причине при случайном касании человеком одной из фаз ток, проходящий через его тело, сравнительно невелик и практически безопасен. Это объясняется тем, что замкнутой цепи для его протекания не образуется.

Именно поэтому использование изолированной нейтрали в электроустановках перечисленных объектов считается не только целесообразным, но и соответствующим требованиям ТБ. Низковольтные цепи с защитными устройствами различного типа относятся к этой же категории трехфазных силовых сетей.

Сети с напряжением более 1 кВ

К электрическим сетям этого класса, отличающимся небольшими по величине токами замыкания, относятся силовые трехфазные линии напряжением до 35 кВ. В этом случае емкостной составляющей токов утечки пренебречь уже не удается. В штатном режиме токовые показатели в каждой из фаз определяются векторной суммой импедансов, образующихся из-за емкостных утечек в землю. Поскольку геометрическая сумма рабочих токов в каждой из фаз равна нулю – утечки в землю в этом случае практически отсутствуют.

В аварийных ситуациях (при замыкании на грунт) потенциал поврежденной фазы падает до нуля, а напряжения на двух других – возрастают до линейных величин (380 В). Емкостные токи в оставшихся неповрежденными линиях также увеличиваются в √3 раз. Это объясняется тем, что к образующим емкость линиям прикладываются не фазные, а линейные напряжения. В итоге емкостный ток замыкания на землю оказывается в 3 раза большим, чем тот же показатель в штатном режиме.

В нормальных условиях рабочие значения указанных величин относительно невелики. К примеру, для (высоковольтных линий) ВЛ 10 кВ протяженностью порядка 10 км емкостный ток составляет всего 0,3 А, а для кабельной линии с теми же параметрами от равен 1,0 А.

Популярность ВЛ напряжением 3-35 кВ, в состав которых входит изолированная нейтраль, связана не только с их безопасностью (при нарушении правил эксплуатации они все равно опасны для пользователя). Их привлекательность объясняется способностью обеспечить нормальные условия работы оборудования при линейном напряжении.

Требования к изоляции ВЛ

При замыкании фазы высоковольтных систем на землю возможно возникновение перемежающейся дуги, сопровождающейся опасными перенапряжениями и резонансными явлениями. При величине этих перенапряжений, достигающих (2,5-3,9) Uф в случае поврежденной или изношенной изоляции возможен ее пробой и короткое замыкание в линии. Именно поэтому провода в ВЛ подбираются с учетом качества линейной изоляции, определяемой кратностью резонансных явлений.

Возникновение перемежающейся дуги возможно при величинах емкостных токов замыкания на землю порядка 10, 15, 20 или 30 А для различных условий эксплуатации. Два нижних токовый предела относится к сетям с рабочими напряжениями 35 и 20 кВ. При напряжениях 6 и 10 кВ они составляют соответственно 20 и 30 А и более.

Для исключения проявлений опасного для оборудования и человека эффекта в нейтрали трехфазных сетей устанавливается компенсирующий реактор в виде дугогасящего индуктивного элемента. Его основной показатель (индуктивность) подбирается из того расчета, чтобы по возможности полностью компенсировать емкостный ток в месте замыкания. Вместе с тем он должен быть достаточным для того, чтобы во время аварии срабатывали исполнительные цепи релейной зашиты.

Преимущества и недостатки электрических сетей с изолированной нейтралью

К преимуществам, относят:

Замыкание фазы на землю при изолированной нейтрали не означает КЗ, поскольку прямое электрическое соединение между ними отсутствует.
Токи однофазного замыкания (ОЗЗ) незначительны по величине.
Допустимость работы системы в режиме ОЗЗ некоторое время, достаточное для отыскания неисправности и ее устранения.
Емкостной характер токов замыкания, объясняемый особым типом связи, существующей между кабельными/воздушными линиями с электрооборудованием и землей.

Плюсом этого способа организации 4-х проводной линии также считается отсутствие активной токовой составляющей. Последнее объясняется тем, что резистивной связи между землей и нейтралью в этом случае не существует.

Изолированная нейтраль в составе трехфазных цепей передачи электроэнергии применяется крайне редко, поскольку у нее имеется ряд серьезных недостатков. К ним относятся:

Сложность выявления и устранения неисправностей.
Необходимость надежной изоляции линейных проводников.
Опасность поражения высоким напряжением при длительном замыкании на землю.
Невозможность обеспечить нормальную работу релейной защиты при 1-фазных замыканиях.
Возможность повреждения изоляции из-за воздействия на нее дуговых перенапряжений. Случайные разрушения могут обнаружиться на любых участках ВЛ или кабельной укладки из-за пробоя изоляции в проблемных местах.

Все перечисленное позволяет заключить, что недостатки этих систем при напряжениях выше 1 кВ превышают их достоинства. Однако в определенных условиях этот режим достаточно эффективен и не нарушает требований, предъявляемых к электросетям нормативными документами (ПУЭ, в частности).

Области применения

Как правило, изолированная нейтраль используется на участках линий, к которым предъявляются повышенные требования в части безопасности эксплуатации. Кроме того, она востребована на объектах, где нет возможности обустроить полноценное заземление. К таким местам относятся:

Морские суда, а также нефте- и газодобывающие платформы.
Шахты и подобные им объекты, связанные с добычей полезных ископаемых при рабочих напряжениях 380-660 В.
Подземные службы гражданского назначения (метро, в частности).
Цепи управления рельсовыми подъемными кранами.
Осветительные сети.

В открытом море и на платформах использование корпуса в качестве заземления невозможно, поскольку он имеет специальную анодную защиту. К тому же в зоне стекания тока в жидкую среду защитный слой со временем разрушается.

Изолированная нейтраль также применяется в бытовых генераторах, работающих на различных видах горючего топлива (бензине, газе или солярке).

Этот способ организации питающих линий широко распространен в виде понижающих/разделительных трансформаторов, необходимых для безопасной эксплуатации переносных светильников. Последние предназначаются для работы в особо опасных условиях и в замкнутых пространствах, к которым относятся траншеи, цистерны и помещения с повышенным уровнем влажности.

«Почему в шахтах применяются сети с изолированной нейтралью, а на поверхности с глухозаземленной нейтралью?» — Яндекс Кью

Энергетика

О сообществе

Энергетика

Сообщество о тепло- и электроэнергетике.

Общие сведения о заземлении нейтрали в системах ИБП

Перейти к основному содержанию

Аджу Паулоз

Менеджер инфраструктурных проектов @ TCS

Опубликовано 27 марта 2020 г.

+ Подписаться

Многие люди по-разному относятся к требованиям заземления нейтрали и корпуса ИБП. Некоторые специалисты утверждают, что для нейтрали ИБП должно быть предусмотрено отдельное заземление. Это верно ? Об этом мы подробно поговорим в этой теме.

Во-первых, мы рассмотрим основы ИБП и два разных типа ИБП, чтобы лучше понять тему.

В этом разделе мы в основном обсуждаем ИБП с двойным преобразованием, которые будут иметь выпрямитель, батареи и инвертор вместе с трансформатором или без него.

При наличии сетевого питания мощность проходит через выпрямитель и инвертор на выход для питания основных/критических нагрузок. В этом режиме аккумулятор постоянно держится полностью заряженным. Во время перебоев в электроснабжении батарея питает инвертор, который затем обеспечивает бесперебойное питание критических нагрузок.

В дополнение к вышеперечисленному, ИБП также будет иметь статический байпас, который включается при возникновении проблемы в пути двойного преобразования, такой как перегрузка, короткое замыкание, перегрев и т. д. ИБП также будет иметь техническое обслуживание. байпас, который обходит или изолирует цепи ИБП и соединяет входную сеть с выходной во время обслуживания или ремонта ИБП.

Как правило, все трехфазные ИБП принимают вход в 3-проводной конфигурации и выдают выход в 4-проводной конфигурации. Если байпас включен, ИБП необходимо настроить для приема входных сигналов в 4-проводной конфигурации.

Существуют две разные категории ИБП. ИБП с трансформатором и без трансформатора

ИБП с трансформатором

ИБП с трансформатором будет иметь трансформатор на выходе инвертора в конфигурации треугольник/звезда с заземленной нейтралью во вторичной звезде. Этот трансформатор изолирует нейтраль входной сети от выхода. Когда вход изолирован от выхода с помощью трансформатора, схема становится «отдельно производным источником»

Эта компоновка имеет следующие преимущества:

Это позволит создать отдельное новое подключение нейтрали, когда нейтраль источника входного сигнала имеет серьезные проблемы с качеством электроэнергии

Бестрансформаторный ИБП

Бестрансформаторный ИБП работает так же, как и трансформаторный ИБП, однако первый не имеет трансформатора в своей цепи. Бестрансформаторный ИБП будет иметь 4-проводной вход и 4-проводной выход, что означает, что он будет использовать ту же нейтраль источника входного сигнала и для своего выхода.

Если мы хотим иметь отдельную нейтраль на выходе, как обсуждалось ранее, необходим внешний изолирующий трансформатор в конфигурации треугольник-звезда, вторичная обмотка которого имеет заземленную нейтраль в точке звезды.

Как видно из приведенных выше пояснений для трансформаторных ИБП и бестрансформаторных ИБП, заземление выходной нейтрали ИБП в первую очередь зависит от типа ИБП и режима конфигурации.

Подводя итог,
Выходная нейтраль трансформаторного ИБП должна быть заземлена в точке вторичной звезды, если режим байпаса не включен режим включен. В этом режиме выходная нейтраль не должна быть заземлена
Поскольку бестрансформаторный ИБП не имеет трансформатора на выходе, он следует за нейтралью источника и, следовательно, выходная нейтраль не нуждается в заземлении
Если мы используем внешний изолирующий трансформатор (D/Y) для обеих конфигураций, вторичная нейтраль трансформатора должна быть заземлена, а выходная нейтраль должна быть получена из этой нейтрали
В дополнение к выше, также важно отметить, что
ИБП является электрическим оборудованием, корпус ИБП должен быть подключен к заземляющему проводнику оборудования (EGC) для обеспечения эквипотенциального соединения
В применимых случаях, объясненных ранее, выходная нейтраль ИБП должна быть подключена к проводу заземления оборудования (EGC) в дополнение к локальному соединению заземляющего электрода
Точка заземления со стороны нагрузки UPS DB Earth Bench) также необходимо подключить к точке соединения нейтрали-EGC ИБП, чтобы иметь систему заземления TN-S
Вы также можете прочитать другие мои статьи
Значение инженерных систем в гостиничных проектах
23 сент.
2020 г.
Система пожарной сигнализации в многоквартирных домах

18 марта 2020 г.
Измерение БТЕ – концепции и методология
12 февраля 2019 г.
Четырехквадрантный учет энергии
24 января 2019 г.
Синхронизация DG — объяснение основ
20 января 2019 г.

Практический подход к проектированию системы управления зданием
12 января 2019 г.
Коммутация нейтрали в общей шине энергоснабжения
11 декабря 2018 г.
Пожарная безопасность и безопасность жизнедеятельности в отелях

9 декабря 2018 г.
Другие также смотрели
Исследуйте темы
причин использовать заземляющий резистор нейтрали? – Aktif
Основное назначение заземляющего резистора (NGR) – ограничить ток замыкания, уже присутствующий в одной линии, до замыкания на землю. Вот почему NGR в основном используются в распределительных сетях низкого и среднего напряжения (НН и СН) с, чтобы обеспечить защиту генераторов и трансформаторов от разрушительных токов в случае замыкания на землю. Альтернативные системы защиты, такие как прямая заземленная нейтраль и изолированная нейтраль, имеют серьезные недостатки, например, кратковременные перенапряжения, повреждающие
токи замыкания с возможным взрывом дуги и трудности локализации замыкания на землю в изолированных системах). Это не относится к системе NGR, поскольку она обеспечивает быструю реакцию для локализации неисправности и даже предотвращает перегрев. Система NGR может быть вставлена между нейтральной точкой трансформатора и землей, чтобы ограничить замыкание на землю, чтобы получить окно возможностей для быстрой локализации неисправности. Самое главное, это обеспечивает сохранность оборудования.
От прекращения подачи электроэнергии до повреждения оборудования в месте неисправности и даже преждевременного старения оборудования, причин для установки НЭР множество.
Резисторы заземления нейтрали обычно используются для ветряных турбин.

NGR снижает ток замыкания на землю до заданного значения. С правильно спроектированной системой с заземлением нейтрали вы можете получить преимущества как от незаземленных, так и от глухозаземленных систем. Когда мы вставляем систему NGR между нейтралью и землей в энергосистеме, она начинает обеспечивать защиту от замыканий на землю, ограничивая токи замыкания на землю до безопасного уровня. Следовательно, это гарантирует, что все электрическое оборудование в вашей энергосистеме полностью защищено. NER не только поглощают огромное количество энергии, но и рассеивают ее на время возникновения неисправности таким образом, чтобы температура не превышала ограничений. Поэтому проектирование и выбор NER чрезвычайно важны, если вы хотите защитить оборудование и обеспечить безопасность персонала.
При правильно спроектированной системе заземления нейтрали вы можете использовать как незаземленные, так и глухозаземленные системы.
Назначение резистора заземления нейтрали
Таким образом, основная цель NGR в энергосистеме — ограничить большой ток, протекающий из-за замыкания линии на землю. NGR работает как регулятор тока неисправности. Он ограничивает ток короткого замыкания сопротивлением. Таким образом, при сильном токе короткого замыкания он может легко повредить проводник, поскольку реле защиты требуют некоторого времени для надлежащей изоляции энергосистемы. На это короткое время NGR вмешивается, ограничивая внезапный поток тока короткого замыкания и преобразовывая его в тепловую энергию.
Больше интересует: Распределительное устройство среднего напряжения
Aktif Group производит резистор заземления нейтрали самого высокого качества
Резисторы заземления нейтрали также могут помочь в работе реле замыкания на землю. Это можно сделать, контролируя и измеряя ток, протекающий через NGR. В случае замыкания на землю реле замыкания на землю отключит цепь. Резистор заземления нейтрали может помочь подключить защитное оборудование, которое обычно не может работать с большим током. Возьмем пример реле. NGR можно использовать для уменьшения тока, чтобы защитному оборудованию не приходилось работать с большим током. NGR также защищает от пробоя изоляции в электрооборудовании. Неисправности электрооборудования возникают из-за кратковременных перенапряжений, возникающих при замыкании на землю незаземленных систем. В глухозаземленных системах их уменьшению способствуют механические напряжения в аппаратах и цепях, по которым проходят токи замыкания и NGR. NGR также помогает измерять ток короткого замыкания через трансформаторы с заземлением нейтрали. Он также может работать как система сигнализации, работая с замыканием на землю. Более того, он обеспечивает достаточные уровни срабатывания, которые помогают в точном обнаружении замыкания на землю.
Силовые резисторы
Внутри резисторов заземления нейтрали Aktif
Когда вам подходит NGR?
Существует множество причин для использования NGR. Вот некоторые из них:
Существует высокий риск поражения электрическим током или дуговых вспышек, представляющих опасность для персонала и оборудования
Высокие обратные токи на землю могут вызвать повреждение или электрические неисправности вашего оборудования
Существует вероятность того, что высокие обратные токи на землю начнут мешать работе вашего телекоммуникационного оборудования
NGR обеспечивает безопасность надежным, простым и селективным средством защиты
Возможны потери из-за незапланированного простоя
NGR снижает шаговое напряжение
Расходы на техническое обслуживание могут возрасти из-за устаревшего оборудования
Кроме того, это также снижает эксплуатационные расходы
Еще интересует: Тормозные резисторы
В любой электрической системе система заземления всегда играет важную роль. Чтобы избежать повреждения оборудования и иметь безопасную рабочую среду для персонала, в распределительных сетях переменного тока необходим НЭР.