изолированная нейтраль трансформатора что это
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.
Изолированная нейтраль
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:
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:
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
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.
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!
Нейтраль: что это такое, определение, примеры
В этой статье мы рассмотрим, что такое нейтраль, что она из себя представляет и какое электрооборудование её имеет. Также мы рассмотрим, почему термины «глухозаземленная нейтраль» и «изолированная нейтраль» имеют ограниченное применение и их следует исключить из нормативной документации.
Что такое нейтраль?
Согласно определения из ГОСТ 30331.1-2013 [1]:
Нейтраль (neutral) — это общая часть многофазной системы переменного тока, соединённой звездой, находящаяся под напряжением, или средняя часть однофазной системы переменного тока, находящаяся под напряжением.
Какое электрооборудование имеет нейтрали?
Чтобы ответить на данный вопрос обратимся к книге [2] Ю.В. Харечко, который пишет:
« Некоторые виды электрооборудования переменного тока имеют нейтрали, например: трехфазные трансформаторы, генераторы и электродвигатели, обмотки которых соединены звездой, трехфазные электронагреватели, нагревательные элементы которых также соединены звездой. В составе трехфазной электрической системы могут быть десятки, сотни и тысячи электротехнических изделий, имеющих нейтрали. »
Что представляет собой нейтраль?
Ю.В. Харечко в своей книге [2] вполне однозначно описал нейтраль:
« Нейтраль представляет собой общую токоведущую часть многофазного источника питания переменного тока. Нейтралью, например, является общий вывод обмоток трёхфазного электрогенератора или трансформатора, соединённых в звезду. У однофазного источника питания нейтралью является средняя токоведущая часть, например, средний вывод обмотки однофазного трансформатора или электрогенератора. Указанная токоведущая часть может быть заземлена или изолирована от земли. В нормативной документации (особенно в ПУЭ) ее соответственно называют глухозаземленной или изолированной нейтралью. »
Найти нейтраль вы можете на рисунке 1 ниже (в качестве примера).
Рис. 1. Система TT трехфазная четырехпроводная (показана нейтраль) (на основе рисунка 31F1 ГОСТ 30331.1-2013)
Термины «глухозаземленная нейтраль» и «изолированная нейтраль» корректны, если их правильно употребляют.
Если обратиться к книгам Ю.В. Харечко [2] и [3], то можно в них найти анализ действовавшей ранее и действующей в настоящее время нормативной документации в которой некорректно трактуются и употребляются данные термины. В частности Ю.В. Харечко вполне справедливо делает заключение:
« В нормативных требованиях термин «изолированная нейтраль» иногда используют недостаточно корректно. При соединении обмоток трехфазного электрогенератора или трансформатора треугольником у источника питания нет нейтрали. Токоведущие части однофазного источника питания, имеющего одну обмотку, например выводы однофазного электрогенератора, также не являются нейтралью. Поэтому в низковольтных электрических системах переменного тока с так называемой «изолированной нейтралью» нейтрали, как таковой, может и не быть вовсе. В указанных случаях более правильно говорить об изолированных от земли токоведущих частях источника питания. »
« Поэтому термины «глухозаземленная нейтраль» и «изолированная нейтраль» имеют ограниченное применение. Их можно исключить из нормативных требований к низковольтным электроустановкам. Низковольтные электрические системы правильнее классифицировать по типам заземления системы. В противном случае требования нормативных документов больше напоминают собой нагромождение понятий, повторяющих друг друга. »
Режимы работы нейтрали трансформатора, разновидности, достоинства и недостатки.
В высоковольтных сетях возможны следующие виды заземления нейтрали трансформатора:
Также возможны комбинации из нескольких способов соединения с землей, реализуемых поочередно в комплексе. Рассмотрим по очереди все эти способы, их достоинства и недостатки и показания к применению.
Изолированная нейтраль
Это некогда еще самый распространенный способ заземления нейтрали, применяемый в сетях 6-35 кВ. Сейчас он понемногу вытесняется другими способами.
Достоинство изолированной нейтрали – наличие небольших токов однофазного замыкания на землю (ОЗЗ), с которыми сеть может работать некоторое время, необходимое для поиска и устранения повреждения.
Ток замыкания носит емкостной характер. Он обусловлен наличием емкостной связи между электрооборудованием, кабельными и воздушными линиями и землей. Активная составляющая тока почти отсутствует, так как резистивной связи между нейтралью и землей нет. Но недостатки таких сетей пересиливают ее достоинство.
При достаточной разветвленности сети емкостные токи увеличиваются, так как увеличивается количество одновременно подключенного к ней электрооборудования. Настает момент, когда ток становится настолько ощутимым, что все равно и почти сразу приводит к перерастанию ОЗЗ в междуфазное.
Режимы работы нейтрали по уровню напряжения
К тому же при ОЗЗ резко повышается напряжение на неповрежденных фазах. Особенно это проявляется при замыканиях с перемежающейся дугой, погасающей при прохождении синусоидального напряжения в месте КЗ через ноль. При повторном нарастании напряжения дуга загорается вновь.
При резком погасании дуги осуществляется зарядка емкостей фаз, на которых ОЗЗ нет, до напряжения, выше номинального рабочего. Последующее зажигание дуги дает толчок к их дополнительному заряду и так далее. Результат грозит пробоем изоляции в других местах сети, имеющих ослабленную изоляцию. Дополнительно возникает риск возникновения резонансных явлений в сердечниках трансформаторов напряжения.
Это явление, называемое феррорезонансом, гарантированно выводит из строя их первичные обмотки.
Работу трансформаторов, у которых нейтраль изолирована, целесообразно использовать в неразветвленных сетях малой протяженности.
Компенсированная нейтраль
Большие емкостные токи ОЗЗ приходится снижать. Для этого сеть с изолированной нейтралью дополняется установкой компенсации. В состав ее входит силовой трансформатор с первичной обмоткой, соединенной в звезду и имеющей вывод нейтрали. Вторичная обмотка его иногда не используется, а может питать какую либо нагрузку.
Нейтраль трансформатора установки компенсации заземляется через дугогасящую катушку (катушку Петерсона), представляющую собой реактор с изменяемой индуктивностью.
Обмотка его находится на магнитопроводе и помещена в бак с маслом, как у обычного трансформатора. Регулировка индуктивности осуществляется либо переключением отводов, либо путем изменения зазора в магнитопроводе. В сетях 35кВ распространен способ подключения катушки непосредственно к нейтрали силового трансформатора. Настройка катушки возможна в резонанс с емкостью сети, но тогда ток ОЗЗ исчезает совсем. Его не зафиксировать стандартными элементами защиты, состоящими из ТТНП и токового реле, реагирующего на ток нулевой последовательности.
Чтобы защита работала, используют режим работы катушки с перекомпенсацией. Но использование компенсированного заземления не избавляет сеть от опасных перенапряжений, не устраняет проблему ферромагнитного резонанса. Оно всего лишь снижает токи ОЗЗ.
Про ферромагнитный резонанс смотрите в видео ниже:
Но и это может обратиться во вред: неразвившееся повреждение в кабельной линии в дальнейшем сложнее найти.
Тем не менее, установки компенсации встраиваются во все разветвленные и протяженные сети 6-35 кВ РФ.
Высокоомное резистивное заземление нейтрали
Парадокс в том, что многие основные руководящие документы в РФ, в том числе ПУЭ, ПТЭЭС и ПТЭЭП, не слишком подробно повествуют о резистивном заземлении нейтрали. Хотя польза от него очень ощутима. 
Есть два случая высокоомного заземления:
Высокоомным заземление называется потому, что сопротивление резистора выбирается из соображений возможности длительной работы сети с ОЗЗ.
Но при этом сохраняются достоинства сети с изолированной нейтралью: есть время на поиск повреждения. Но при этом снижаются величины перенапряжений путем шунтирования емкостей фаз сети резистором.
Что приводит к ускорению их разряда при погасании дуги, что в свою очередь снижает потолочное значение, до которого они успевают зарядиться. В итоге минимизируется риск выхода из строя изоляции электрооборудования от перенапряжений, а также – уменьшается до минимума вероятность возникновения феррорезонансных явлений.
Про резистивное заземление нейтрали можно посмотреть в видео ниже:
Низкоомное заземление нейтрали
Уменьшение сопротивления резистора необходимо в случае, если требуется обеспечить быстродействующее отключение присоединения с ОЗЗ релейной защитой.
При этом еще больше снижается величина перенапряжений, что приводит к повышению степени безаварийности работы электрооборудования.
Увеличение тока КЗ через низкоомный резистор приводит к необходимости увеличения его способности отводить тепло. Если это невозможно, то предусматривается ограничение длительности протекания тока с помощью устройств РЗА. При срабатывании защиты резистор отключается, и нейтраль переводится в изолированный режим работы.
Есть и второй вариант: перевод нейтрали через заранее установленное время, необходимое для ликвидации повреждения в ней устройствами РЗА, с низкоомного заземления на высокоомное. Режим низкоомного заземления иногда применяется в комбинации с установками компенсации емкостных токов. В случае фиксации ОЗЗ к сети кратковременно подключается резистор, помогающий срабатывать устройствам защиты. 
Эффективно заземленная нейтраль
Схемы непосредственного заземления нейтралей трансформаторов используются в сетях 110 кВ и выше.
Главная задача при таком режиме работы – получение сравнительно больших токов ОЗЗ для облегчения их фиксации и отключения релейной защитой. Однако при этом увеличиваются капиталовложения на обустройство контуров заземления, по сравнению с электроустановками, имеющими изолированную нейтраль.
А при питании повреждения от нескольких источников одновременно величина тока КЗ в месте ОЗЗ значительно превышает их величины при междуфазных КЗ.
Для исключения этого недостатка нейтрали трансформаторов, подключенных к линии с нескольких сторон, не соединяют с землей одновременно: соединение выполняется на одном из них. За этим следят оперативные работники, занятые эксплуатацией сетей.
Что такое изолированная нейтраль
Электрическая сеть – совокупность электроустановок, обеспечивающих передачу тока. Работа сети во многом определяется режимом работы нейтралей генераторов или трансформаторов. Используется изолированная нейтраль либо замыкающая.
Понятие изолированной нейтрали
Чаще всего потребитель сталкивается с заземляющей нейтралью. Она присоединяется к заземляющему контуру непосредственно или через аппарат с малым электрическим сопротивлением. Изолированная нейтраль – это нейтраль, которая не присоединена к заземлению либо же подключается через устройство с большим диэлектрическим сопротивлением.
Во время работы сети постоянно возникают утечки тока. Они становятся причиной 2 типов замыканий: на землю и на корпус. Первый вариант – это случайное соединение частей приборов, находящихся под напряжением, с частями, не изолированными от земли. Второй – контакт частей энергоустановки, находящихся под напряжением, с частями, не находящимися под напряжением в нормальном режиме.
Режим работы нуля определяет уровень изоляции, величину напряжения и тока, условия включения и выключения защитного реле, выбор обслуживающей аппаратуры и прочее.
По уровню безопасности все установки разделяются на сети до 1000 В включительно и свыше 1000 В.
Сети до 1 кВ
Провод сети с изолированной нейтралью можно рассматривать как протяженный конденсатор. На воздушных контурах обкладками конденсатора выступают проводник и земля, а диэлектриком становится воздух. При укладке в землю обкладками являются жила и металлическая оболочка, а диэлектриком – изоляция. По отношению к земле провод обладает некоторым сопротивлением и некоторой электрической емкостью. Это означает, что при штатном режиме работы через землю и сопротивление изоляционной оболочки протекает ток утечки, а через конденсаторы – емкостные токи.
В исправной сети геометрическая сумма токов равна нулю. Сами токи невелики и на работу электроустановок влияния не оказывают.
В сетях с изолированной нейтралью для уменьшения токов замыкания нейтрали заземляют через дугогасящие катушки. Но такой вариант неприменим в электроустановках, где требования к безопасности повышенные – в угольных шахтах, на торфоразработках.
Допускается работа электросетей с однофазным замыканием в течение не более 2 часов. Затем необходимо отключить источник питания и найти повреждение.
Сфера применения
Сеть с изолированной нейтралью применяется на участках, где требуется поддерживать высокую безопасность, но не останавливать работу при однофазном замыкании:
Изолированную нейтраль допускается использовать, когда вторичные обмотки трансформатора соединены по схеме треугольника. Такое же решение используется при невозможности отключить электричество при аварии.