Izolowany neutralny: co to jest i gdzie jest stosowany

Obecnie wyizolowany neutralny jest trudny do znalezienia w życiu codziennym, nigdy go nie spotkasz, jeśli wykonasz okablowanie w mieszkaniach. Chociaż jest aktywnie wykorzystywany w liniach wysokiego napięcia, a także w niektórych przypadkach w sieciach 380V. Bardziej szczegółowo o tym, czym jest sieć z izolowanym punktem neutralnym i jakie są jej cechy, powiemy Ci prostymi słowami w tym artykule.

Co to jest

Definicja „izolowanego neutralnego” jest podana w Rozdział 1.7. PUE, w punkcie 1.7.6. oraz GOST R 12.1.009-2009. Gdzie mówi się, że izolowany przewód neutralny jest nazywany neutralnym w transformatorze lub generatorze, nie podłączonym do urządzenie uziemiające ogólnie lub gdy jest połączone przez urządzenia zabezpieczające, pomiary, alarm.

Neutralny to punkt, w którym uzwojenia transformatorów lub generatorów są połączone, gdy są połączone w obwód „gwiazdowy”.

Wśród elektryków panuje błędne przekonanie, że skróconą nazwą izolowanego neutralnego jest

system informatyczny, zgodnie z klasyfikacją pkt. 1.7.3. Co nie jest do końca prawdą. Ten sam akapit mówi, że oznaczenia TN-C / C-S / S, TT i IT są przyjęte dla sieci i instalacji elektrycznych o napięciach do 1 kV.

W tym samym rozdziale 1.7 PUE znajduje się punkt 1.7.2. gdzie mówi się, że ze względu na elektryczne środki bezpieczeństwa instalacje elektryczne dzielą się na 4 typy - izolowane lub solidnie uziemione do 1 kV i powyżej 1 kV.

Istnieją więc pewne różnice w bezpieczeństwie i zastosowaniu takiej sieci w różnych klasach napięciowych i przynajmniej niepoprawne jest nazywanie linii 10 kV z izolowanym punktem neutralnym „systemem informatycznym”. Choć schematycznie – prawie tak samo.

W sieciach do 1 kV

Informacje ogólne

Zastanówmy się, gdzie, jak iw jakich przypadkach izolowany przewód neutralny jest używany w instalacjach elektrycznych o napięciu do 1000 V, tzw. system informatyczny. W PUE rozdział 1.7. NS. 1.7.3. podana jest definicja podobna do podanej powyżej, ale nieco inna. Mówi, że obudowy i inne części przewodzące w instalacjach IT muszą być uziemione. Zobaczmy, jak to wygląda na schemacie.

Ponieważ przewód neutralny transformatora sieci IT nie jest połączony z ziemią, to w uproszczeniu nie mamy niebezpiecznej różnicy potencjałów między przewodami uziemiającymi i fazowymi. A przypadkowe dotknięcie 1 przewodu pod napięciem w systemie IT jest bezpieczne. Ze względu na stosunkowo niskie napięcie pomija się tutaj przewodność pojemnościową faz.

W sieciach z izolowanym punktem neutralnym nie ma wyraźnej fazy i zera - oba przewody są równe.

Prąd płynący przez ludzkie ciało jest równy:

i_h = 3U_F/(3r_h+ Z)

U_F - napięcie fazowe; r_h - opór ludzkiego ciała (wzięty 1 kOhm); z to całkowita rezystancja izolacji fazy względem ziemi (100 kΩ lub więcej na fazę).

Prąd w tym przypadku wraca do zasilania przez izolację przewodów, a nie do ziemi, jak ma to miejsce w przypadku TN.

Ponieważ rezystancja izolacji jest większa niż 100 kOhm na fazę, prąd płynący przez ciało będzie wyrażony w miliamperach, co nie spowoduje szkód.

Kolejną cechą tego systemu jest to, że prądy upływowe do ramy i prądy zwarciowe do ziemi będą niskie. W efekcie automatyka zabezpieczeniowa (przekaźnik lub wyłączniki) nie działa w sposób, do którego jesteśmy przyzwyczajeni w sieciach z solidnie uziemionym punktem zerowym. Ale uruchamiany jest system monitorowania rezystancji izolacji.

W związku z tym przy jednofazowym zamknięciu linii trójfazowej system będzie nadal działał. W takim przypadku napięcie na dwóch pozostałych przewodach wzrasta w stosunku do ziemi. Jeśli osoba dotknie przewodu fazowego, spada pod napięcie sieciowe.

W związku z tą konstrukcją w sieci z izolowanym przewodem neutralnym nie występują dwa rodzaje napięcia, w przeciwieństwie do napięcia uziemionego, gdzie pomiędzy fazami U_liniowy (w życiu codziennym 380V), a między fazą a zerem U_faza (220V). Aby podłączyć jednofazowe obciążenie do sieci IT o napięciu 380V, można zastosować transformatory obniżające napięcie typu 380/220 i podłączyć urządzenia między dwiema fazami do napięcia sieciowego.

Szereg zastosowań

Porozmawiajmy o tym, gdzie takie rozwiązanie jest używane. Ten system zasilania był używany w domowych sieciach energetycznych do przesyłania energii elektrycznej do budynków mieszkalnych w czasach sowieckich. Szczególnie do elektryfikacji domów drewnianych, gdzie zastosowanie solidnie uziemionego przewodu neutralnego zwiększało ryzyko pożaru podczas zwarć doziemnych.

Z punktu widzenia bezpieczeństwa elektrycznego różnica między izolowanym a solidnie uziemionym punktem neutralnym w zasilaniu domów polega na tym, że w sieci IT jeden z przewodów będzie dotykał uziemionych części przewodzących, np. armatury ściennej lub rur wodociągowych, sieć będzie nadal funkcjonować ze względu na niskie prądy przecieki.

W związku z tym ani mieszkańcy, ani nikt inny nie będzie wiedział o problemie, dopóki ktoś nie dotknie jednego z przewodów i rurociągu, ktoś nie zostanie porażony prądem.

W systemie z solidnie uziemionym punktem zerowym zadziała przynajmniej zabezpieczenie różnicowe, aw przypadku „dobrego” obwodu metalowego wyłącznik zostanie wyłączony. Wraz z początkiem masowej budowy domów panelowych (tzw. Chruszczowów) został porzucony, a w latach 60-80 przerzucono się na TN-C, a pod koniec lat 90 TN-C-S, przeczytaj o przyczynach poniżej.

Obecnie izolowany neutralny stosuje się wszędzie tam, gdzie jest to konieczne dla zapewnienia zwiększonego bezpieczeństwa lub nie jest możliwe normalne działanie grunt, a mianowicie:

• Na morzu – na statkach, platformach wydobywczych ropy i gazu, gdzie zastosowanie kadłuba platformy jako uziemienie jest niemożliwe ze względu na ochronę anodową, a w miejscach, w których prąd wpada do wody, zacznie intensywnie rdzewieć i gnić.
• W kopalniach i innych miejscach wydobycia (o napięciu 380-660V).
• W podziemiu.
• Na obwodach oświetlenia i sterowania w suwnicach stacjonarnych itp.
• Również w domowych generatorach benzynowych, gazowych lub wysokoprężnych jest to izolowany przewód neutralny na zaciskach wyjściowych.

Można go znaleźć nie tylko w postaci, którą pokazaliśmy na powyższym schemacie, ale także w postaci transformatorów obniżających i izolujących, które służą do zasilania przenośne urządzenia oświetleniowe (nie więcej niż 50 V lub 12 V PTEEP pkt 2.12.6.) oraz inny sprzęt lub narzędzia, w tym te, z którymi pracują w zamkniętych i wilgotnych lokal.

Podsumujmy

Dowiedzieliśmy się, dlaczego potrzebny jest izolowany przewód neutralny do 1 kV, teraz wymieniamy zalety i wady systemu zasilania z izolowanym przewodem neutralnym dla czajników w elektryce.

Korzyści z używania:

1. Większe bezpieczeństwo.
2. Większa niezawodność, dzięki czemu nadaje się na przykład do oświetlenia szpitalnego.
3. Czynnikiem ekonomicznym jest to, że w sieci trójfazowej z izolowanym punktem neutralnym energia elektryczna może być przesyłana przy użyciu minimalnej możliwej liczby przewodów - trzech.
4. System będzie nadal działał w przypadku zwarć doziemnych jednofazowych.

Niedogodności:

1. W przypadku zwarcia doziemnego niebezpieczeństwo użytkowania wzrasta wraz z ciągłym zasilaniem.
2. Małe prądy zwarciowe.
3. Podczas zwarcia pierwotnego nie ma iskier.

W sieciach powyżej 1000 V

Obecnie przewód neutralny izolowany jest najczęściej stosowany w sieciach klasy średniego napięcia (1-35 kV). Dla sieci 110 kV i powyżej - głucho uziemiony. Ze względu na to, że przy zwarciu do ziemi napięcie, jak już powiedziano, wzrasta do liniowego, więc w linii przesyłowej 110 kV napięcie fazowe (między ziemią a przewodem fazowym) wynosi 63,5 kV. Jest to szczególnie ważne w przypadku zwarcia doziemnego i pozwala obniżyć koszty materiałów izolacyjnych.

Nawiasem mówiąc, w podstacji transformatorowej o wyższym napięciu do 35 kV uzwojenia pierwotne transformatorów są połączone w trójkąt, w którym nie ma neutralnego jako takiego.

Niskie prądy zwarciowe i możliwość pracy przy zwarciu jednofazowym na liniach napowietrznych są szczególnie ważne w sieciach dystrybucyjnych i pozwalają na zorganizowanie nieprzerwanego zasilania. W tym przypadku kąt przesunięcia pomiędzy pozostającymi w eksploatacji fazami pozostaje niezmieniony – 120˚.

Przy napięciach tysięcy woltów nie można pominąć przewodności pojemnościowej faz. Dlatego dotykanie przewodów napowietrznych linii energetycznych jest niebezpieczne dla ludzkiego życia. W trybie normalnym prądy w fazach źródłowych są określone przez sumę obciążeń i prądów pojemnościowych względem ziemi, podczas gdy suma prądów pojemnościowych wynosi zero i prąd nie przepływa przez ziemię.

Jeśli pominiemy pewne szczegóły, aby przedstawić je językiem zrozumiałym dla początkujących, to przy zwarciu do masy napięcie względem masy uszkodzonej fazy zbliża się do zera. Ponieważ napięcia pozostałych dwóch faz wzrastają do wartości liniowych, ich prądy pojemnościowe wzrastają √3 (1,73) razy. W rezultacie prąd pojemnościowy zwarcia jednofazowego jest 3 razy wyższy niż normalny. Na przykład dla napowietrznej linii przesyłowej 10 kV o długości 10 km prąd pojemnościowy wynosi około 0,3 A. Gdy faza jest zwarta do ziemi łukiem, w wyniku różnych zjawisk powstają niebezpieczne przepięcia do 2-4U_F, co prowadzi do uszkodzenia izolacji i zwarcie międzyfazowe.

Aby wykluczyć możliwość wystąpienia łuki i eliminacja możliwych konsekwencji, przewód neutralny jest połączony z ziemią przez reaktor gaszenia łuku. W tym przypadku jego indukcyjność dobierana jest odpowiednio do pojemności w miejscu zwarcia do ziemi, a także tak, aby zapewnić działanie zabezpieczenia przekaźnika.

Tak więc dzięki reaktorowi:

1. Zmniejsza znacznie I_kz.
2. Łuk staje się niestabilny i szybko zanika.
3. Narastanie napięcia po wygaszeniu łuku jest spowolnione, co zmniejsza prawdopodobieństwo ponownego wyładowania łukowego i prądu łączeniowego.
4. Prądy składowej przeciwnej są małe, dlatego ich wpływ na obracający się wirnik generatora nie ma znaczącego wpływu.

Wymieńmy zalety i wady sieci wysokiego napięcia z izolowanym punktem neutralnym.

Zalety:

1. Przez pewien czas może pracować w trybie awaryjnym (ze zwarciem do masy)
2. W miejscach awarii pojawia się niewielki prąd, pod warunkiem, że pojemność prądowa jest niska.

Niedogodności:

1. Wykrywanie problemów jest bardziej skomplikowane.
2. Konieczność izolowania instalacji pod napięciem sieciowym.
3. Jeśli zwarcie trwa przez długi czas, osoba może zostać zraniona przez porażenie prądem, jeśli spadnie poniżej napięcie krokowe.
4. W przypadku zwarć jednofazowych normalna praca nie jest zapewniona zabezpieczenie przekaźnika. Wielkość prądu zamykającego zależy bezpośrednio od rozgałęzienia obwodu.
5. Ze względu na nagromadzenie defektów izolacji spowodowanych wpływem na nią przepięć łukowych, jego żywotność ulega skróceniu.
6. Uszkodzenia mogą wystąpić w kilku miejscach na skutek przebicia izolacji, zarówno w kablach, jak iw silnikach elektrycznych oraz innych częściach instalacji elektrycznej.

Na tym kończy się przegląd zasady działania i cech sieci z izolowanym punktem neutralnym. Jeśli chcesz uzupełnić artykuł lub podzielić się swoimi doświadczeniami - napisz w komentarzach, na pewno go opublikujemy!

Powiązane materiały:

• Przyczyny zwarcia
• Jak zrobić uziemienie w prywatnym domu
• Jaka jest różnica między uziemieniem a uziemieniem?