Применение электрических сетей с изолированной нейтралью

Сети с изолированной нейтралью: разновидности устройства, принцип действия, преимущества и недостатки

В настоящее время для безопасного энергообеспечения электрооборудования в основном используют глухое заземление. В то же время существуют устройства, которые эксплуатируются в трехпроводной сети с изолированной нейтралью.

Сюда можно отнести передвижное оборудование, устройства для торфоразработок и другие механизмы, которые работают в сетях 380−660 В. Кроме того, такой вид защиты применяется в электрических магистралях напряжением от 2 до 35 кВ.

Нейтраль электрооборудования представляет собой общую точку обмотки генератора или трансформатора, которая соединена звездой. Оттого, как связана нейтраль с землей, зависит уровень изоляции электрооборудования.

Кроме того, такая связь определяет выбор коммутационных устройств, значение перенапряжения и методы их устранений, величину токов при замыкании на землю одной фазы и т. д. От того, в каком режиме находится нейтраль, известны схемы четырех типов:

  • с изолированными нейтралями;
  • с резонансно-заземленными устройствами;
  • с эффективно-заземленным оборудованием;
  • с глухозаземленными нейтралями.

В настоящее время первые два вида используются в электрических сетях с напряжением от 3 до 35 кВ. Эффективное заземление чаще всего встречается в электроснабжении с напряжением выше 1 кВ и коэффициентом замыкания не более 1,4. Этот показатель означает разность между потенциалами фазы и земли в нормальном состоянии и при повреждении фазы.

Описание изолированного устройства

Такое устройство защиты представляет собой систему, когда нулевой провод генератора или трансформатора не соединяют с заземлителем. Соединение с глухим заземлением допускается через аппаратуру сигнализации, защиты и устройства измерения, которые обладают большим сопротивлением.

В этом случае изолированная нейтраль представляет собой трехфазную сеть, подключенную от электрического оборудования к заземлению через резисторы.

При этом параллельно подключают систему с конденсаторами. Такая схема подключения нейтрали имеет две составляющие:

Принцип действия

В исправной трехфазной сети распределение нагрузки происходит равномерно. В случае пробоя любой фазы в схеме с изолированной нейтралью возникает замыкание на землю. Обычно происходит в этом случае пробой на корпус электрического потребителя.

Это могут быть как электрические двигатели, так и металлическое оборудование. Если отсутствует заземление, то на устройствах появляется напряжение. Такая ситуация очень опасна при прикосновении человека к корпусу конструкции.

Когда же в сети стоит изолированная нейтраль, то ток снизится до минимума и станет безопасным для работника. В настоящее время такая система защиты применяется:

  1. В двухпроводных сетях постоянного тока.
  2. В электрооборудовании, работающем в трехфазной сети напряжением до 1 кВ.
  3. В схемах с низким напряжением, обладающих защитными устройствами.

Под защитными устройствами подразумевается использование разделяющих трансформаторов или применение дополнительной изоляции. Дело в том, что обычными предохранителями и автоматическими выключателями невозможно произвести отключение слишком малого тока.

Такое оборудование просто не рассчитано на такие значения. Поэтому и требуется дополнительное релейное оборудование, которое предупредит об аварийной ситуации.

Достоинства и недостатки

Одним из важнейших преимуществ режима таких сетей является наличие небольшого тока при однофазных замыканиях на землю. Этот факт позволяет гораздо увеличить эксплуатацию автоматических выключателей. Дело в том, что замыкание на землю составляет на практике 90% от общего числа аварийных ситуаций.

Кроме того, наличие малого тока позволяет снизить требования к заземляющему оборудованию. Такой режим нейтрали обладает и массой недостатков. Например, однофазное замыкание на землю может вызвать феррорезонансные явления, которые зачастую приводят к выходу из строя электрооборудования.

Могут возникнуть дуговые перенапряжения, приводящие однофазное замыкание в двух- и трехфазное. Кроме того, конструкция защит от замыкания довольно сложная, что приводит к ее недостаточной работоспособности и эффективности. Бытует мнение, что при однофазном коротком замыкании возможна дальнейшая эксплуатация электрооборудования.

Но практика показывает, что практически сразу происходят двух- и трехфазное короткие замыкания, которые в итоге приводят к отключению электрооборудования. При падении провода у опор линий электропередач, когда сохраняется короткое замыкание, появляются опасные напряжения прикосновения. Большинство смертельных случаев происходят именно в таких ситуациях.

Поэтому для бесперебойной работы электроснабжения в сетях с изолированными нейтралями используют автоматические включения резервных питаний.

Источник: https://220v.guru/elementy-elektriki/osobennosti-primeneniya-seti-s-izolirovannoy-neytralyu.html

Сети с изолированной нейтралью

Электрические сети — это сложные системы. Схемы подключения генераторов и трансформаторов предполагает подключение глухозаземленной и изолированной нетрали.  В нашей энергосистеме в основном используется система с глухозаземленной нетралью. Однако, существует оборудование, которое должно работать в условиях где применяется трехпроводная сеть с изолированной нейтралью.

Это передвижные установки, оборудование торфоразработок, при добыче калийных удобрений и угольных шахтах, то есть оборудование, работающее на напряжение 380-660 В и 3-35 Кв.

  Питающий кабель передвижных установок выполняется четырехпроводным кабелем.

Отличие одного вида заземления от другого заключается в том, что общая точка вторичной обмотки трансформатора подключается непосредственно в трансформаторной подстанции к заземлителю.

Такая система с изолированной нейтралью получается при подключении вторичных обмоток трансформатора треугольником. В этом случае средней точки просто не существует. Это используется, когда по условия безопасности не допускают аварийное обесточивание при коротком замыкании на землю. Такие системы получили обозначение IT.

Что является определением изолированной нейтрали

В правилах эксплуатации электроустановок (ПЭУ)существует определение, что собой представляет схема с изолированной нейтралью. Рассмотрим, чем называют IT схемой.

 Это система, в которой нулевой провод генератора или трансформатора не подключается к заземлителю.

Он может быть подключен к контуру заземления путем соединения приборов сигнализации, средств измерения, защиты или аналогичных приборов к нулю.  Все эти устройства должны обладать большим сопротивлением.

Систему с изолированной нейтралью можно представить трехфазной сетью, обмотка трансформатора, в которой соединена треугольником, но может быть и звездой.

А от линии отходят резисторы, подключенные к заземлению и параллельно сопротивлению стоят конденсаторы.

Через которые в кабельной или воздушной линии протекают токи утечки, их можно представить двумя составляющими. Одна из которых активная, а вторая реактивная.

Так как сопротивление не поврежденной изоляции имеет величину около мегаома. При таком сопротивлении ток утечки очень маленький и рассчитывается по закону Ома. I=U/R, а при величине сопротивления 0,5 Мом и напряжении 220 В, составляет 0,44 Ма.  Реактивную составляющую представляют в виде конденсатора. Одной обкладкой служит провод линии, а второй земля.

Когда имеется исправная трехфазная сети с изолированной нейтралью нагрузка между фазами распределяется равномерно. При возникновении пробоя одной фазы на землю, т. е. возникают однофазные замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью.

В этом случае возникает аварийный ток однофазного замыкания. Чаще всего замыкание происходит на корпус электрического потребителя. В качестве последнего могут выступать электродвигатели или металлические конструкции.

Если они не заземлены, то на корпусе прибора возникает фазное напряжение или близкое к нему. Прикосновение человека к корпусу будет равносильно прикосновению к фазе. Что смертельно опасно.
Когда возникает однофазное КЗ в сети с изолированной нейтралью, ток замыкания небольшой, его значение составляет миллиамперы. При таких токах невозможно установить защитные устройства.

Поэтому для обеспечения отключения используются приборы, которые автоматически контролируют состояние изоляции. Такие системы устанавливают, когда необходима защита от замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью.

Достоинства

Какие же существуют достоинства и недостатки сети с изолированной нейтралью? К основным достоинствам следует отнести то, что нет необходимости оперативного отключения питающего напряжения при возникновении короткого замыкания одной фазы на землю.

Недостатки

Это считается аварийным режимом, и он не предполагает длительной работы оборудования. Такой режим имеет следующие недостатки:

  • Обнаружить неисправный участок довольно непросто;
  • Изоляция электроприборов должна быть рассчитана на пробой от линейного напряжения;
  • При продолжительном замыкании увеличивается вероятность поражения обслуживающего персонала электричеством;
  • Вследствие постоянного воздействия дуговых перенапряжений и постоянного накопления дефектов, снижается срок службы изоляции;
  • Из-за появления дуговых перенапряжений возникают повреждения изоляции в разных местах;
  • Однофазное замыкание на землю в сетях с изолированной нейтралью затрудняет работу релейной защиты;
  • Возможное появление дуги малых токов в месте однофазного замыкания на землю.

Большое количество недостатков существенно снижает применение такой схемы в сетях до 1 000 В. Более широкое распространение такая система получила в высоковольтных сетях.

Читайте также:  Производители преобразователей частоты

Что такое и чем отличается изолированная нейтраль в сетях с напряжением выше 1 000В

В сетях среднего напряжения (6 — 10 КВ) изолированная нейтраль трансформатора отсутствует, так как обмотки трансформатора соединены треугольником. При соединении обмоток звездой появляется возможность в организации защиты компенсации тока однофазного замыкания на землю в высоковольтной сети с изолированной нейтралью.

Для компенсации реактивных токов короткого замыкания применяют дугогасящие реакторы в случае:

  1. Линии напряжением 3-6 КВ и током свыше 30А;
  2. Напряжение сети 10 КВ и ток больше 10А;
  3. Ток, превышающий 15 А и напряжения 15-20 КВ;
  4. Воздушная линия электропередач напряжением 3 – 20 КВ и током, превышающим 10 А;
  5. Кабельные и ЛЭП напряжением 35 КВ;
  6. При напряжении на генераторе 6-20 КВ и токе на землю 5А в схеме «генератор – трансформатор».

Трехпроводная трехфазная система с изолированной нейтралью допускает производить корректировку тока КЗ, что осуществляется подключением нейтрали к заземлению при помощи высокоомного сопротивления.

В нашем случае изолированная нейтраль используется в сетях:

  • Применяется в двухфазных сетях постоянного тока;
  • Трехфазные сети переменного тока до 1 000 кВ;
  • Трехфазные сети 6 – 35 кВ при допустимом токе короткого замыкания;
  • Сети 0,4 КВ, в которых применяются устройства защиты в виде разделяющих трансформаторов.

Источник: https://electriktop.ru/baza-znaniy/seti-s-izolirovannoj-nejtralyu.html

Недостатки электрических сетей с изолированной нейтралью

1. В нормальном режиме потенциал нейтрали трансформатора равен потенциалу земли. При этом напряжение нейтрали по отношению к земле равно нулю (рисунок 7.15, а).

При металлическом замыкании на землю фазы А потенциал земли становится равным потенциалу фазы А и на векторной диаграмме точки «А» и «З» совпадают (рисунок 7.13 и 7.15 б). При этом напряжение фазы А относительно земли снижается до нуля (UА =0).

Напряжение нейтрали по отношению к земле становится равным UNЗ = -UАN т.е. напряжение нейтрали становится равным по величине и обратным по знаку напряжению заземлившейся фазы в доаварийном режиме.

Напряжения неповрежденных фаз по отношению к земле повышаются до междуфазных UВ = UВА, UС = UСА. Это означает, что напряжение неповрежденных фаз по отношению к земле при металлических однофазных замыканиях на землю повышается враз.

Рисунок 7.15 – Изменение напряжений при замыкании на землю

Повышение фазных напряжений неповрежденных фаз по отношению к земле до линейных, во-первых, приводит к повышению требований к изоляции: фазную изоляцию всех видов электрооборудования необходимо рассчитывать не на фазное, а на междуфазное напряжение.

Это вызывает удорожание сети, особенно существенное при напряжениях 35 кВ и выше. Во-вторых, повышение фазных напряжений до линейных повышает вероятность второго пробоя изоляции уже в неповрежденных фазах сети,в том числе в обмотках трансформаторов и электродвигателей.

При этом возникает так называемое двойное замыкание на землю, представляющее собой по сути двухфазное КЗ через землю.

2. Замыкания на землю, как правило, дуговые. Температура дуги достигает 1000 и более градусов.

При этом в месте повреждения выделяется большое количество тепла, что может привести к тепловому разрушению изоляции других фаз и однофазное замыкание может перейти (развиться) в междуфазное КЗ. Особенно опасно это явление в случаях близкого расположения фазных проводников друг к другу, например, в КЛ.

3. При пробое изоляции КЛ или изоляции электрических машин замыкание часто имеет характер следующих друг за другом пробоев изоляции с погасанием дуги в моменты перехода мгновенных значений тока дуги через ноль.

Процесс горения дуги сопровождается испарением металла проводящей жилы и разложением изоляционных материалов. При погасании дуги продукты испарения металла и разложения изоляции оседают в месте повреждения.

При сравнительно небольших токах (доли ампера, единицы ампер) в месте повреждения преобладают продукты разложения изоляции.

При погасании дуги они оседают и изоляционная прочность промежутка фаза – земля в месте повреждения может восстановиться и оказаться достаточной для предупреждения следующего пробоя. Место повреждения при этом может исчезнуть. Такое явление называют заплывающим пробоем.

Если же температура дуги высока, то в месте повреждения содержится значительное количество продуктов испарения металла. При погасании дуги они оседают и металлизируют осевшие продукты разложения изоляции. При этом изоляция в месте повреждения оказывается ослабленной и снова пробивается, как правило, при амплитудных значениях напряжения или близких к амплитудным.

Такую дугу в месте повреждения называют перемежающейся. Повторные зажигания перемежающейся дуги могут повторяться каждый полупериод промышленной частоты. Переходные процессы, сопровождающие каждое зажигание, накладываются друг на друга.

При этом в электрической сети могут возникать опасные так называемые «дуговые» перенапряженияс амплитудой, превышающей номинальное фазное напряжение сети по одним данным [24] в (4…6) раз, по другим, полученным Беляковым Н.Н. [28], в 3,5 раза.

Дуговые перенапряжения, возникающие в процессе дуговых замыканий, могут привести к возникновению междуфазных замыканий и двойных замыканий на землю, которые в свою очередь, вызывают серьезные повреждения кабелей и электрических машин.

На ВЛ дуга в месте повреждения может быть открытой и закрытой. Открытая дуга возникает в виде перекрытия по внешней поверхности изолятора, например, при его увлажнении во время дождя. Открытые дуги неустойчивы и, как правило, быстро гаснут.

Закрытая дуга горит в трещинах внутри изоляторов. Причина ее, как правило, в попадании влаги внутрь изолятора. В зависимости от величины тока дуга либо горит длительно, либо высокая температура дуги приводит к быстрому разрушению изолятора.

В этом случае дуговое замыкание может переходить в металлическое.

4. В месте замыкания фазы на землю земля приобретает потенциал фазы φЗ = φФ. При удалении от места повреждения вследствие растекания тока в земле потенциал земли φЗ снижается примерно обратно пропорционально расстоянию L от места замыкания (рисунок 7.16).

Рисунок 7.16 – Распределение потенциала земли вблизи места повреждения

Разность потенциалов двух точек земли, расположенных на расстоянии 1 м. называется напряжением шага. Вблизи места повреждения напряжение шага UШможет быть опасным для жизни и человека, и животных.

Смертельно опасным напряжение шага может быть на расстоянии 8 м от места замыкания. Напряжение шага снижается практически до нуля на расстоянии 20 м от места замыкания.

Зону на расстоянии более 20 м от места замыкания называют зоной нулевого потенциала.

5. При замыкании фазы на землю на нейтрали по отношению к земле появляется напряжение, которое называют смещением нейтрали. Величина его при металлических замыканиях равна фазному напряжению.

Смещение нейтрали приводит к появлению в сети напряжения нулевой последовательностии к недопустимому ухудшению качества электрической энергии во всей электрически связанной сети, в том числе и в сети сторонних потребителей.

6. Небольшая величина токов в месте повреждения усложняет выполнение селективной сигнализациии в ряде случаев делает ее просто не возможной.

Более того, небольшая величина токов в месте повреждения практически исключает определение расстояния до места повреждения под напряжением(без отключения линии) и существенно затрудняет поиск места повреждения на трассе.

Таким образом, недостаткамисетей с изолированной нейтралью с точки зрения надежности электроснабжения являются:

— напряжение неповрежденных фаз по отношению к земле при металлических однофазных замыканиях на землю повышается враз, Это, во-первых, вызывает удорожание сети, особенно существенное при напряжениях 35 кВ и выше. Во-вторых, повышение фазных напряжений до линейных повышает вероятность второго пробоя изоляции уже в неповрежденных фазах сети;

— замыкания на землю, как правило, дуговые. Температура дуги достигает 1000 и более градусов. Процесс горения дуги сопровождается испарением металла проводящей жилы и разложением изоляционных материалов. При этом однофазное замыкание со временем может перейти (развиться) в междуфазное КЗ;

— в электрической сети могут возникать опасные дуговые перенапряженияс амплитудой, превышающей в (4…6) раз номинальное напряжение сети;

— вблизи места повреждения появляется напряжение шага, опасное для жизни и человека, и животных. За последствия для человека и животных, попавших под напряжение шага, отвечает ответственный за электрохозяйство предприятия (главный энергетик);

— небольшая величина токов в месте повреждения усложняет выполнение селективной сигнализации; практически исключает определение расстояния до места повреждения под напряжением(без отключения линии) и существенно затрудняет поиск места повреждения на трассе;

Читайте также:  Виды электрических сетей

— смещение нейтрали приводит к недопустимому ухудшению качества электрической энергии по напряжению нулевой последовательности.

Главными недостатками сетей с изолированной нейтралью считают появление опасного для жизни напряжения шага, перенапряжения, возникающие в процессе дуговых замыканий, которые могут привести к серьезным повреждениям кабелей и электрических машин [26], и отсутствие удовлетворительных устройств селективной релейной защиты и устройств определения расстояний до места повреждения.

Опасность для жизни напряжения шага можно снизить двумя способами. Первый -– быстро отключить поврежденную линию. Но при этом теряется главное достоинство сетей с изолированной нейтралью – возможность не прекращать электроснабжение потребителей. Второй способ – снизить напряжение шага до безопасных значений. Для снижения напряжения шага необходимо снизить ток в месте повреждения,

Для снижения дуговых перенапряжений необходимо снизить ток в месте повреждения до значений, при которых дуга гаснет в момент перехода через ноль и больше не восстанавливается. Идея снижения токов замыкания на землю реализована в сетях с нейтралью. заземленной через дугогасящий реактор.

Для выполнения селективных с достаточной чувствительностью устройств релейной защиты и эффективных средств определения места повреждения необходимо, наоборот, увеличить ток в месте повреждения. Эта идея реализована в сетях с нейтралью, заземленной через активное сопротивление.



Источник: https://infopedia.su/5x5a72.html

Словарь специальных терминов

Изолированная нейтраль

Электрическая сеть представляет сово­купность электроустановок, служащих для передачи и распределения электрической энергии, состоящая из подстанций рас­пределительных устройств, токопроводов, воздушных и кабельных линий электропере­дачи. Работа электроустановки 3-х фазного переменного тока промышленной частоты 50 Гц во многом определяется режимом работы нейтралей генераторов или транс­форматоров. Практикуется в основном два вида централей, изолированная нейтраль и заземленная нейтраль.

Изолированная нейтраль — это нейтраль генератора или трансформатора, которая не присоединена к заземляющему устройс­тву или присоединена через устройства с большим электрическим сопротивлением (приборы сигнализации, защиты, дугогасительные реакторы).

Заземленная нейтраль — это нейтраль генератора или трансфор­матора, присоединенная непосредственно к заземляющему устройству или через малое электрическое сопротивление.

От режима работы нейтралей зависит в значительной степени уровень изоляции электроустановок, выбор коммутационной аппаратуры, величины перенапряжений и способы их ограничения, величины токов однофазных коротких замыканий на землю (корпус), условия работы релейной защиты и т.п.

Замыканием на землю называется слу­чайное соединение находящихся под напря­жением частей электроустановки с конструктивными частями, не изолированными от земли, или непосредственно с землей.

Замыканием на корпус называется случайное соединение находящихся под напряжением частей электроустановки с их конструктивными частями, нормально не находящимися под напряжением.

Электроустановки, в которых ток за­мыкания на землю (корпус) не превыша­ет 500 А, считаются электроустановками с малыми токами замыкания на землю. Электроустановки с током замыкания на землю (корпус) более 500 А считаются электроустановками с большими токами замыкания на землю.

С малыми токами однофазного замы­кания на землю (033) работают электроус­тановки напряжением до и выше 1000 В с изолированной нейтралью генератора или трансформатора. Это 3-фазные электроус­тановки с линейным напряжением соответственно 220-380-660 В и 3-35 кВ.

С большими токами замыкания на зем­лю работают электроустановки с заземлен­ной нейтралью (эффективно заземленной нейтралью) напряжением 110 кВ и выше. С заземленной нейтралью работают также 4 проводные 3-фазные электрические сети напряжением до 1000 В, в которых токи 033 могут не иметь больших значений. Это электроустановки напряжением 220/127 В, 380/220 В, 660/380 В.

Однофазные аварийные замыкания на землю (корпус) составляют до 75% от всех видов повреждений в электроустановках.

Режим работы нейтрали в значитель­ной  степени  влияет также  на условия электробезопасности людей. В электроус­тановках с изолированной и заземленной нейтралью применяются разные элект­розащитные мероприятия, которые будут рассмотрены ниже. Электроустановки по условиям электробезопасности разделя­ются на электроустановки напряжением до 1000 В включительно и выше 1000 В.   

а) Электроустановки с изолирован­ной нейтралью.

Рассмотрим работу электрической сети с изолированной нейтралью генератора.

Каждый провод сети с изолированной нейтралью относительно земли обладает определенной величиной сопротивления изоляции, а также определенной величи­ной электрической емкости, т.к. каждый из проводов можно рассматривать, как протяженный конденсатор.

На воздушных линиях обкладками конденсатора являются проводник и земля, а диэлектриком воздух; на кабельных линиях обкладками конденса­тора являются жила кабеля и металлическая оболочка кабеля, соединенная с землей, а диэлектриком служит изоляция жил ка­беля.

Сопротивление изоляции измеряется в мегаоммах. (1 мОм = 106 Ом); емкость измеряется в микрофарадах (1 мкФ = 10-6 Ф).

Это означает, что при нормальном режиме работы электроустановки через сопротив­ления изоляции и землю протекают токи утечки, а через конденсаторы на землю протекают токи, называемые емкостными  (ICO).

Рис. 1.

В исправной электрической сети гео­метрическая  сумма токов утечки и емкостных токов (т.е. с учетом сдвига фаз в 3-х фазной сети на 120°) равна нулю.

Эти токи равномерно распределены по всей длине проводов. При этом между каж­дой фазой сети и землей будет действовать фазное напряжение сети (Vф= Vл:√3).

Токи утечки можно определить по фор­муле:

Iут= Vф : Rиз

Например, при Vл = 380 В и Rиз = 1 мОм ток утечки будет равен:

Iут= 380 (√3∙1∙106)

Емкостные токи определяются по фор­муле:

Iсо= Vф :Xc = Vф ∙ 2πfCo∙10-6(A)

Их величина зависит от величины на­пряжения электрической сети и протяжен­ности воздушных и кабельных линий.

Приближенно Iсо можно определить по следующим формулам:

Ico = (V∙e):350 (A) — для воздушных линий

Ico = (V∙e):10 (A) — для кабельных ли­ний   

где V — линейное напряжение сети (кВ)

е — длина сети (км)

При нормальных условиях работы сети токи утечки и емкостные токи невелики и не оказывают влияния на нагрузку генераторов или трансформаторов.

При возникновении замыкания одной из фаз на землю, земля получает потенциал поврежденной фазы, а между исправными фазами и землей будет линейное напря­жение. Под действием этого линейного напряжения через место замыкания и через землю будут протекать токи утечки и ем­костные токи двух исправных фаз.

Ток замыкания на землю возрастает в 3 раза и имеет, как правило, ёмкостной характер:

 Ic= 3 Ico

Если замыкание на землю неметалли­ческое, то в месте замыкания может воз­никать, так называемая, перемежающаяся дуга, которая периодически гаснет и за­горается при токах Iс более 5—10 А.

При этом могут возникать опасные для изоляции электрооборудования перенапряжения от­носительно земли, достигающие величины равной (3—4)сети, что может привести к пробою изоляции и возникновению 2-фазных коротких замыканий.

Опасность дуговых перенапряжений для изоляции возрастает с увеличением напряжения электрической сети, поэтому величина токов замыкания на землю Iс нормируется. В сетях напряже­нием 6 кВ — Iс не должно превышать 30 А, в сетях 10 кВ — не превышать 20 А, в сетях 35 кВ — не превышать 10 А.

 Рис. 2.

С целью уменьшения токов замыка­ния на землю в сетях 3—35 кВ применяют компенсацию емкостных токов замыкания на землю путем заземления нейтралей генераторов или трансформаторов через специальные дугогасящие катушки.

 Рис. 3.

Так как емкостной ток замыкания на землю и индуктивный ток дугогасящей катушки отличаются по фазе на 180°, то в месте замыкания на землю они ком­пенсируют друг друга. В результате ток замыкания на землю не будет превышать 5—10 А, благодаря чему не возникает пе­ремежающаяся дуга.

С точки зрения электробезопасности возникает повышенная опасность для лю­дей, т.к. человек, касающийся неповреж­денной фазы и корпуса, оказывается под действием линейного напряжения.

При однофазных замыканиях на землю не нарушается система межфазных напря­жений, устойчивость работы электрической сети и потребителей, поэтому не требуется немедленное отключение питающих линий энергоснабжения, чтобы не создавать пере­рыва в электроснабжении потребителей.

Исключение составляют электроуста­новки, где требуются повышенные условия электробезопасности (электроустановки торфоразработок, угольных шахт, пере­движные электроустановки).

В этих элект­роустановках применяется немедленное от­ключение токов 033.

Отключаются релейной защитой также синхронные генераторы и двигатели при внутренних замыканиях обмо­ток статора на корпус при IО 5-10А из-за возможного выгорания железа статора.

Читайте также:  Как выполняется проверка изоляции кабеля

В электрических сетях с изолированной нейтралью однофазные замыкания состав­ляют до 63% от всех повреждений.

Рис. 4.

ПТЭ электроустановок потребителей до­пускают работу электрических питающих сетей с однофазным замыканием на землю в течение 2-х часов с обязательным нахождением и от­ключением поврежденной питающей линии.

В сетях с изолированной нейтралью должен осуществляться непрерывный кон­троль изоляции.

Трехфазная электрическая сеть до 1000 В, которая связана с сетью напря­жением выше 1000 В через понижающий трансформатор, должна быть защищена пробивным предохранителем на случай повреждения изоляции между обмотками высшего и низшего напряжения. Пробивной предохранитель устанавливается на нейтра­ли трансформатора или на фазе обмотки низшего напряжения.

Должен предусматриваться контроль за целостностью пробивных предохрани­телей.

б) Электроустановки с эффективно заземленной нейтралью.

В 3-фазных электроустановках напря­жением 110 кВ и выше при нормальном режиме работы между каждым фазным про­водом сети и землей имеет место фазное напряжение электрической сети.

При возникновении замыкания одной из фаз на землю образуется короткозамкнутый контур через землю и нейтраль источника питания, к которому приложено фазное напряжение сети.

При этом токи 033 могут достигать значений в несколько десятков килоампер.

Длительное протекание таких токов может вызвать повреждение электрооборудования, поэтому в этих электроустановках предус­матривается быстрое отключение их уст­ройствами релейной защиты. В этом случае также устраняются перенапряжения, вызыва­емые перемежающимися дугами, что имеет место в электроустановках с изолированной нейтралью.

Недостатком указанных элект­роустановок является возникновение пере­рыва в питании электропотребителей после отключения токов 033, а также значительная стоимость заземляющего устройства, кото­рое согласно ПУЭ, должно обладать весьма малым сопротивлением (R≤0,5ом).

3-фазные четырехпроводные электрические сети с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000 В относятся к сетям с занулением, работа которых рассматривается ниже.

в) Электроустановки постоянного тока.

В электроустановках постоянного тока с номинальным напряжением электроприём­ников 110—220—440 В каждый из проводов имеет относительно земли некоторое со­противление изоляции, распределенное по всей его длине. При этом между «плюсовым» и «минусовым» полюсом через сопротивле­ния изоляции проводов и землю образуется электрическая цепь, и протекают некоторые токи утечки.

При нормальном режиме работы токи утечки незначительны.

Если сопротивления изоляции каждого из проводов относительно земли одина­ковы, то каждый из проводов будет иметь относительно земли напряжение равное 0,5 Vном сети. При неодинаковых сопротивле­ниях изоляции относительно земли напря­жения распределяются таким образом, что их сумма будет равна Vном сети.

При замыкании одного из проводов на землю между землей и другим рабочим проводом возникает напряжение, равное полному напряжению сети.

Это значительно увеличивает опасность поражения человека при касании неповрежденного провода. Режим работы электроус­тановки а этом случае не нарушается, если не применено защитное отключение.

В этих электроустановках должен осу­ществляться непрерывный контроль изо­ляции. В электроустановках, применяемых для систем электрической тяги, приняты следующие величины номинальных напря­жений электроприемников:

Городской наземный транспорт (трам­вай, троллейбус) — 550 В; метрополитен — 750 В;

магистральные и пригородные желез­ные дороги — 3000 В;

промышленный электротранспорт: под­земный — 250 В; наземный — 500 В, 1500 В.

На шинах питающих тяговых подстанций номинальные напряжения приняты на 10% выше, чем на токоприемниках подвижного состава.

Рис. 5.

В тяговых электрических сетях контак­тный провод и контактный рельс на мет­рополитене являются плюсовым полюсом источника постоянного тока, которые изо­лированы от земли с помощью специальных изоляторов, закрепленных на металличес­ких или железобетонных конструкциях опор контактной сети и других сооружениях.

Ходовые рельсы являются минусовым полюсом источника тока. Все металличес­кие части опор контактной сети и других сооружений заземляются на ходовые рель­сы с помощью специальных заземляющих проводников.

В случаях нарушения изоляции кон­тактной сети, обрыва контактной сети, замыкания разнополярных проводов, не­исправности в подвижном составе и т.д. возникают короткие замыкания.

Из-за устойчивого горения дуги постоянного тока при коротких замыканиях могут воз­никнуть пережоги контактных проводов, разрушиться токоприемники и другое электрооборудование, возникнуть пожары на подвижном составе, что может вызвать длительный перерыв в движении подвиж­ного состава и угрозу для жизни людей.

Поэтому в системе электрической тяги предусматривается быстрое, надежное, селективное отключение токов короткого замыкания на поврежденных участках кон­тактной сети с помощью быстродействую­щих автоматических выключателей посто­янного тока, имеющих собственное время отключения порядка 0,04—0,05 секунд.

Для обеспечения четкого отключения токов короткого замыкания на участках контактной сети должны быть соблюдены условия, при которых токи короткого за­мыкания были бы больше максимальных расчетных токов нагрузки линии и установок зашиты быстродействующих линейных вы­ключателей.

Если указанные условия не выполня­ются, то применяются специальные техни­ческие мероприятия, способствующие на­дежному отключению быстродействующих выключателей. Это позволяет обеспечить также повышенную электробезопасность людей.

Источник: http://www.hydromuseum.ru/ru/encyclopedia/glossary/Izolirovannaya_neitral/

С изолированной нейтралью

В сети с изолированной нейтралью нулевая точка трансформатора «О» не присоединена к заземляющему устройству или присоединена через приборы, имеющие большое сопротивление. Если человек прикоснется к двум фазам (рисунок 3.

1,а), то напряжение прикосновения будет равно линейному напряжению сети. Если же человек прикоснется к одной фазе (рисунок 3.1,б) или к корпусу электроустановки в случае замыкания фазы на корпус (рисунок 3.

4,в), то через человека потечет ток

. (3.1)

Сопротивление изоляции- это сопротивление опоры и изоляторов (рисунок 3.1,г) или сопротивление изоляции кабеля (рисунок 3.1,д), а также емкостное сопротивление проводов относительно земли.

Согласно правилам устройства электроустановок (ПУЭ) [1] при линейном напряжении= 380 В сопротивление изоляции фаз должно быть не менее 0,5 МОм.

Поэтому при хорошей изоляции токбудет очень маленьким, и человеку будет абсолютно безопасно прикосновение к одной фазе или к корпусу электроустановки.

Однако при низком сопротивления изоляции (мокрая опора, разбитый изолятор, обрыв провода и падение его на землю и т.п.) — появляется опасность.

Например:= 380 В,= 2 кОм,= 0,= 0, то

= 380/(1000 + 0 + 0 + 2000) = 0,126 А, т.е. смертельно опасно.

Рисунок 3.1 — Схемы возможного поражения человека электрическим

током в сети с изолированной нейтралью:

г — сопротивление изоляции воздушной линии электропередачи;

д — сопротивление изоляции кабельной линии

Задача 3.1.1

Для откачивания воды из карьера используется насос. Электродвигатель насоса подключен на три фазы к сети через предохранители. Сеть с изолированной нейтралью, линейное напряжение 380 В. Защитное заземление отсутствует. Фаза “А” сети оборвана и касается земли. Сопротивление фазы “А” относительно земли (сопротивление изоляции) Rиз = 200 Ом.

Сопротивление прохождению тока каждой из фазных проводов (A, B и C) Ra = Rb = Rc = 2 Ом. Фаза “С” двигателя касается корпуса двигателя насоса, т.е. на корпусе насоса появилось напряжение. Человек стоит на земле и одной рукой касается насоса.

Сопротивление тела человека прохождению тока Rчел = 1 кОм, сопротивление обуви Rобуви = 4 кОм, сопротивление пола Rпол = 0.

Нарисовать электрическую схему, показать путь тока, рассчитать ток, проходящий через предохранитель Iпред и ток, протекающий через тело человека Iчел. Сделать вывод об опасности поражения человека током.

Решение

Рисунок 3.2 – Электрическая схема воздействия тока на человека

Ток, протекающий через предохранитель и через тело человека, проходит по цепи: трансформатор (фаза “C”), фазный провод, предохранитель фазы “C”, тело человека, обувь, земля, оборванный провод фазы “A”, трансформатор (фаза “A”):

Iпредохр = Iчел = Uл / (Rпров.C + Rчел + Rобуви + Rпола + Rиз + Rпров.A) ,

где Iпредохр – ток, проходящий через предохранитель фазы “C”, A;

Iчел – ток, проходящий через человека, A;

– линейное напряжение в сети, В;

Rпров.C – сопротивление провода фазы “C”, Ом;

Rчел – сопротивление тела человека, Ом;

Rобуви – сопротивление обуви, Ом;

Rпола – сопротивление пола, Ом;

Rиз – сопротивление изоляции фазы “A” относительно земли, Ом;

Rпров.A – сопротивление провода фазы “A”, Ом

Iпредохр = Iчел = 380 / (2+1000+4000+0+200+2) = 0,073 А = 73 мА.

При токе 73 мА предохранитель не сгорит, у человека будут судороги рук и через несколько секунд может возникнуть фибриляция сердца и наступить клиническая смерть.

Дата добавления: 2016-06-22; просмотров: 1206;

Источник: https://poznayka.org/s21595t1.html

Ссылка на основную публикацию