Neutro aislado: que es y donde se aplica

Actualmente, un neutro aislado es difícil de encontrar en la vida cotidiana, nunca lo encontrará si realiza el cableado en los apartamentos. Si bien se utiliza activamente en líneas de alta tensión, así como en algunos casos en redes de 380V. Con más detalle sobre qué es una red con un neutro aislado y cuáles son sus características, te lo contamos en palabras sencillas en este artículo.

Lo que es

La definición de "neutro aislado" se da en Capítulo 1.7. PUE, en la cláusula 1.7.6. y GOST R 12.1.009-2009. Donde se dice que un neutro aislado se llama neutro en un transformador o generador, no conectado a dispositivo de puesta a tierra en general, o cuando se conecte mediante dispositivos de protección, medidas, alarma.

Neutro es el punto en el que se conectan los devanados de los transformadores o generadores cuando se conectan en un circuito en "estrella".

Existe una idea errónea entre los electricistas de que el nombre abreviado de neutro aislado es

Sistema de TI, según la clasificación de p. 1.7.3. Lo cual no es del todo cierto. El mismo párrafo dice que las designaciones TN-C / C-S / S, TT e IT se adoptan para redes e instalaciones eléctricas con voltajes de hasta 1 kV.

En el mismo capítulo 1.7 del PUE se encuentra la cláusula 1.7.2. donde se dice que con respecto a las medidas de seguridad eléctrica, las instalaciones eléctricas se dividen en 4 tipos: aisladas o sólidamente conectadas a tierra hasta 1 kV y por encima de 1 kV.

Por lo tanto, existen algunas diferencias en la seguridad y la aplicación de dicha red en diferentes clases de voltaje y es al menos incorrecto llamar a una línea de 10 kV con un "sistema IT" de neutro aislado. Aunque esquemáticamente, casi lo mismo.

En redes hasta 1 kV

Información general

Averigüemos dónde, cómo y en qué casos se usa un neutro aislado en instalaciones eléctricas con voltajes de hasta 1000 V, el llamado sistema de TI. En el capítulo 1.7 de PUE. NS. 1.7.3. se da una definición similar a la dada anteriormente, pero es ligeramente diferente. Dice que las carcasas y otras partes conductoras en las instalaciones de TI deben estar conectadas a tierra. Veamos cómo se ve en el diagrama.

Dado que el neutro del transformador de la red de TI no está conectado a tierra, entonces, en términos simples, no tenemos una diferencia de potencial peligrosa entre los conductores de tierra y de fase. Y tocar accidentalmente 1 cable vivo en el sistema de TI es seguro. Debido al voltaje relativamente bajo, aquí se desprecia la conductancia capacitiva de las fases.

En redes con un neutro aislado, no hay fase pronunciada y cero; ambos conductores son iguales.

La corriente a través del cuerpo humano es igual a:

I_h = 3U_F/(3r_h+ z)

U_F - voltaje de fase; r_h - la resistencia del cuerpo humano (tomado 1 kOhm); z es la resistencia de aislamiento total de la fase con respecto a tierra (100 kΩ o más por fase).

La corriente en este caso vuelve a la fuente de alimentación a través del aislamiento de los cables, y no a tierra, como es el caso de TN.

Dado que la resistencia del aislamiento es de más de 100 kOhmios por fase, la corriente a través del cuerpo será en unidades de miliamperios, lo que no causará daño.

La siguiente característica de este sistema es que las corrientes de fuga al marco y las corrientes de cortocircuito a tierra serán bajas. Como resultado, las automáticas de protección (relés o disyuntores) no funcionan como estamos acostumbrados en redes con un neutro sólidamente conectado a tierra. Pero se activa el sistema de control de la resistencia de aislamiento.

En consecuencia, con un cierre monofásico de una línea trifásica, el sistema seguirá funcionando. En este caso, el voltaje en los dos cables restantes aumenta en relación con el suelo. Si una persona toca el cable de fase, cae bajo linea de voltaje.

En relación con este diseño, en una red con un neutro aislado, no existen dos tipos de voltaje, en contraste con uno sólidamente conectado a tierra, donde entre las fases U_lineal (en la vida cotidiana 380V), y entre fase y cero U_fase (220V). Para conectar una carga monofásica a la red de TI con una tensión de 380 V, puede utilizar transformadores reductores del tipo 380/220 y conectar dispositivos entre las dos fases a la tensión de línea.

Ámbito de aplicación

Hablemos de dónde se usa dicha solución. Este sistema de suministro de energía se utilizó en las redes eléctricas domésticas para transmitir electricidad a los edificios residenciales durante la era soviética. Especialmente para la electrificación de casas de madera, donde el uso de un neutro sólidamente conectado a tierra aumenta el riesgo de incendio durante fallas a tierra.

Desde el punto de vista de la seguridad eléctrica, la diferencia entre un neutro aislado y uno sólidamente conectado a tierra en el suministro de energía de las casas es que si en una red informática uno de los conductores tocará partes conductoras conectadas a tierra, por ejemplo, accesorios de pared o tuberías de agua, la red seguirá funcionando debido a las bajas corrientes fugas.

En consecuencia, ni los residentes ni nadie más sabrá del problema, hasta que, mientras alguien toque uno de los cables y la tubería, alguien no sea electrocutado.

En un sistema con un neutro sólidamente conectado a tierra, al menos la protección diferencial funcionará, y en el caso de un circuito metálico "bueno", el disyuntor se apagará. Con el comienzo de la construcción masiva de casas de paneles (las llamadas Khrushchevs), fue abandonada y en los años 60-80 se cambiaron a TN-C, y a finales de los 90 en TN-C-S, lea sobre las razones a continuación.

Actualmente, el neutro aislado se utiliza siempre que sea necesario para proporcionar una mayor seguridad o no sea posible hacer toma de tierra, a saber:

• En el mar: en barcos, plataformas de producción de petróleo y gas, donde el uso del casco de la plataforma como la conexión a tierra es imposible debido a la protección anódica, y en lugares donde la corriente fluye hacia el agua, comenzará a oxidarse intensamente y pudrirse.
• En minas y otros lugares de minería (con un voltaje de 380-660V).
• En el metro.
• Sobre circuitos de iluminación y control en grúas estacionarias, etc.
• Además, en los generadores domésticos de gasolina, gas o diesel, es el neutro aislado en las terminales de salida.

Se puede encontrar no solo en la forma que hemos mostrado en el diagrama anterior, sino también en forma de transformadores reductores y de aislamiento, que se utilizan para alimentar dispositivos de iluminación portátiles (no más de 50V o 12V PTEEP cláusula 2.12.6.) y otros equipos o herramientas, incluidos aquellos con los que trabajan en ambientes cerrados y húmedos local.

Resumamos

Descubrimos por qué se necesita un neutro aislado de hasta 1 kV, ahora enumeramos las ventajas y desventajas de un sistema de suministro de energía con un neutro aislado para hervidores eléctricos.

Beneficios de usar:

1. Mayor seguridad.
2. Gran fiabilidad, por lo que es adecuado para la iluminación de hospitales, por ejemplo.
3. El factor económico es que en una red trifásica con un neutro aislado, la electricidad se puede transmitir utilizando el mínimo número posible de cables: tres.
4. El sistema continuará funcionando en fallas a tierra monofásicas.

Desventajas:

1. En el caso de una falla a tierra, el peligro de uso aumenta a medida que continúa la fuente de alimentación.
2. Pequeñas corrientes de cortocircuito.
3. No hay chispas durante el cortocircuito primario.

En redes por encima de 1000 V

Actualmente, el neutro aislado se usa con mayor frecuencia en redes con clase de voltaje medio (1-35 kV). Para una red de 110 kV y superior: sordo a tierra. Debido a que con un cortocircuito a tierra, la tensión, como se dijo, aumenta a lineal, por lo que en una línea de transmisión de potencia de 110 kV la tensión de fase (entre la tierra y el cable de fase) es de 63,5 kV. Esto es especialmente importante en el caso de un cortocircuito a tierra y le permite reducir el costo de los materiales aislantes.

Por cierto, en una subestación transformadora con un voltaje superior hasta 35 kV, los devanados primarios de los transformadores están conectados en un triángulo, donde no hay neutro como tal.

Las bajas corrientes de cortocircuito y la capacidad de trabajar con cortocircuito monofásico en líneas aéreas son especialmente importantes en las redes de distribución y le permiten organizar un suministro de energía ininterrumpido. En este caso, el ángulo de desplazamiento entre las fases que permanecen en funcionamiento permanece sin cambios, en 120˚.

A voltajes de miles de voltios, la conductancia capacitiva de las fases no puede despreciarse. Por lo tanto, tocar los cables de las líneas eléctricas aéreas es peligroso para la vida humana. En modo normal, las corrientes en las fases de la fuente están determinadas por la suma de las cargas y las corrientes capacitivas relativas a tierra, mientras que la suma de las corrientes capacitivas es cero y la corriente no pasa por tierra.

Si omitimos algunos detalles para presentarlo en un lenguaje comprensible para los principiantes, entonces con un cortocircuito a tierra, el voltaje relativo a la tierra de la fase dañada se acerca a cero. Dado que los voltajes de las otras dos fases aumentan a valores lineales, sus corrientes capacitivas aumentan en √3 (1.73) veces. Como resultado, la corriente capacitiva de un cortocircuito monofásico es 3 veces mayor que la normal. Por ejemplo, para una línea aérea de transmisión de 10 kV con una longitud de 10 km, la corriente capacitiva es de aproximadamente 0,3 A. Cuando una fase se cierra a tierra a través de un arco, como resultado de varios fenómenos, ocurren sobretensiones peligrosas de hasta 2-4U_F, que conduce a una ruptura del aislamiento y cortocircuito fase a fase.

Para excluir la posibilidad de ocurrencia arcos y eliminación de posibles consecuencias, el neutro se conecta a tierra a través del reactor de supresión de arco. En este caso, su inductancia se selecciona de acuerdo con la capacidad en el lugar del cortocircuito a tierra, y también para que garantice el funcionamiento de la protección del relé.

Así, gracias al reactor:

1. Disminuye mucho yo_kz.
2. El arco se vuelve inestable y se desvanece rápidamente.
3. La acumulación de voltaje después de la extinción del arco se ralentiza, lo que reduce la probabilidad de que se produzca un nuevo arco y la corriente de conmutación.
4. Las corrientes de secuencia negativa son pequeñas, por lo tanto, su efecto sobre el rotor giratorio del generador no tiene un efecto significativo.

Enumeremos los pros y los contras de las redes de alto voltaje con neutro aislado.

Ventajas:

1. Durante algún tiempo puede funcionar en modo de emergencia (con un cortocircuito a tierra)
2. En lugares de mal funcionamiento, aparece una corriente insignificante, siempre que la capacidad actual sea baja.

Desventajas:

1. La detección de problemas es más complicada.
2. La necesidad de aislar las instalaciones de la tensión de línea.
3. Si el cortocircuito continúa durante mucho tiempo, una persona puede resultar lesionada por una descarga eléctrica si se cae voltaje de paso.
4. Con cortocircuitos monofásicos, no se garantiza el funcionamiento normal protección de relé. La magnitud de la corriente de cierre depende directamente de la ramificación del circuito.
5. Debido a la acumulación de defectos de aislamiento por efecto de sobretensiones de arco en él, su vida útil se reduce.
6. Los daños pueden ocurrir en varios lugares debido a la ruptura del aislamiento, tanto en cables como en motores eléctricos y otras partes de una instalación eléctrica.

Con esto concluye la descripción general del principio de funcionamiento y las características de las redes con neutro aislado. Si desea complementar el artículo o compartir su experiencia, escriba en los comentarios, ¡definitivamente lo publicaremos!

Materiales relacionados:

• Causas de un cortocircuito
• Cómo hacer puesta a tierra en una casa particular.
• ¿Cuál es la diferencia entre puesta a tierra y puesta a tierra?