Изолированная нейтраль — что это такое? Когда и где применяется

В сети с изолированной нейтралью нет никакого специального электрического соединения между нейтралью и землей, за исключением измерительных приборов или устройств защиты.
Технология использования

В сети с изолированной нейтралью в результате замыкания фазы на землю возникает всего лишь слабый ток, проходящий через емкости между фазой и землей неповрежденных фаз (см. рис. 1). Можно показать, что Ik1 =3•C•w•V, где:
— V — фазное напряжение;
— С — емкость фазы относительно земли;
— w — пульсация сети при w = 2 • п • f

В принципе, ток повреждения Ik1 может присутствовать в течение длительного времени, не вызывая каких-либо повреждений, поскольку его значение не превышает нескольких ампер (около 2 А на километр для одножильного кабеля на 6 кВ сечением 150 мм2 с изоляцией из сшитого полиэтилена (PRC) и емкостью 0,63 мкФ/км). Таким образом, нет необходимости в устранении этого первого повреждения, и это обстоятельство составляет основное преимущество данной методики при обеспечении бесперебойной работы. Но при этом возникают следующие задачи:

— необходимо осуществлять постоянный контроль за состоянием изоляции, и должен выдаваться сигнал о неустраненном повреждении или с помощью прибора постоянного контроля изоляции (CPI), или функцией защиты по максимальному напряжению нулевой последовательности (см. рис. 2);

— для дальнейшего поиска повреждений требуется, с одной стороны, более сложная автоматика, чтобы обеспечить быстрое обнаружение поврежденного фидера, и, с другой стороны, квалифицированный персонал для обслуживания и эксплуатации этой аппаратуры;

— в случае если первое повреждение не устранено, второе повреждение, которое происходит в другой фазе, вызывает настоящее двухфазное замыкание на землю, которое устраняется с помощью функций защиты в фазах.

Преимущества применения изолированной нейтрали:

Основное преимущество данного метода состоит в сохранении бесперебойной работы поврежденного отходящего фидера, поскольку при очень слабом токе повреждения нет необходимости производить автоматическое отключение по первому повреждению; отключение производится при втором повреждении.

Недостатки изолированной нейтрали:

— Невозможность устранить переходные перенапряжения путем отвода на землю является основным недостатком метода, если значение перенапряжений является высоким.

— Кроме того, в случае заземления одной фазы напряжение в других фазах достигает значения линейного напряжения промышленной частоты (U = 1,732 • V) относительно земли, в результате чего возрастает вероятность возникновения второго повреждения. Изоляция становится более дорогостоящей, поскольку, из-за того что не происходит автоматическое отключение, линейное напряжение в течение продолжительного промежутка времени может сохраняться «приложенным» между фазой и землей.

— Должен осуществляться обязательный контроль состояния изоляции с сигнализацией о первом повреждении.

— Потребность в надлежащем техническом обслуживании оборудования для быстрого поиска места первого повреждения изоляции.

— Сложность селективных защит при первом повреждении.

— Риск возникновения перенапряжений в результате феррорезонанса.

Защита изолированной нейтрали:

Рисунок 3 — Обнаружение повреждений с помощью максимальной направленной токовой защиты от замыкания на землю

Обнаружение поврежденного фидера осуществляется с помощью максимальной направленной токовой защиты от замыканий на землю ANSI 67N (см. рис.1). На схеме показано, что выделение производится путем сравнения угла сдвига фаз между напряжением нулевой последовательности и токами нулевой последовательности, с одной стороны, для поврежденного фидера, а с другой стороны, для каждого исправного фидера. Измерение значения тока производится с помощью тора, и уставка отключения регулируется:

— чтобы избежать несвоевременное отключение;

— чтобы иметь возможность отрегулировать уставку на значение меньше суммы емкостных токов всех остальных отходящих фидеров.

В связи с подобной организацией защиты возникает сложность выявления поврежденного фидера в слабо разветвленных сетях, например, в сетях с протяженностью кабеля около нескольких сотен метров.

Применение изолированной нейтрали:

Данный способ заземления нейтрали часто используется в промышленных сетях (< 15 кВ), для которых требуется обеспечить бесперебойную работу.

Для коммунального электроснабжения такой режим работы нейтрали применяется в Испании, Италии и Японии.