3 Сеть с незаземленной (изолированной) нейтралью
Режим работы изолированной нейтрали используют при напряжении до 1 кВ только в электроустановках с повышенными требованиями безопасности (передвижные установки и т.д.). Для напряжения 6 – 35 кВ такой режим нейтрали рекомендуется во всех электроустановках. Сети с незаземленной нейтралью имеют обозначение IT (нейтраль изолирована от земли, а открытые токопроводящие части ЭУ заземлены). Принципиальная схема приведена на рисунок 10.
Рисунок 10 Принципиальная схема с изолированной нейтралью IT
Сеть IT имеет только три фазных провода, поэтому в ней обеспечивается возможность подключения электроприемников только к линейному UЛ напряжению, например 380 В.
Одна из основных причин распространения сетей с изолированной нейтралью заключается в том, что в такой сети замыкание одной фазы на землю не является КЗ, так как здесь нет контура с малым сопротивлением для протекания большого тока. Ток замыкания на землю получается во много раз меньше, чем ток при КЗ в сетях с глухозаземленными нейтралями. Это главное достоинство сети IT , так как однофазные замыкания составляют около 80 % все замыканий. В такой сети обычно нет необходимости в применении специальных быстродействующих защит от замыкания на землю.
В нормальном режиме в сети IT нет частей непосредственно соединенных с землей. Однако между каждой точкой линейных проводов и землей протекает очень маленький емкостной ток. Это объясняется тем, что каждый линейный провод и земля представляют собой обкладки огромного конденсатора, между которыми находится диэлектрик — воздух. Такую распределенную по всей длине емкость обычно заменяют одной, сосредоточенной в середине линии (рисунок 11, а). Ток, протекаемый по этой емкости, очень мал. Даже для длинных линий в нормальном режиме он не превышает десятков ампер. В нормальном режиме напряжения фаз относительно земли одинаковы и составляют UФ = UЛ / 3 , где UЛ линейное напряжение. Векторная диаграмма фазных и линейных напряжений показана на рисунке 11, б.
Рисунок 11 Емкостные токи (а) и векторная диаграмма напряжений (б) нормального режима в сетях с изолированной нейтралью IT
При замыкании на землю фазы С потенциал фазы С становится равным нулю, т.е. потенциалу земли (рисунок 12, а). При этом напряжения фаз А и В относительно земли возрастают до линейных, т.е. U’А = U’В =UЛ (увеличиваются в 3 раз) (рисунок 12, б). Однако линейные (междуфазные) напряжения останутся такими же, как и в нормальном режиме. Поэтому режим работы нагрузок, включенных на линейное напряжение, не измениться, и эти потребители продолжают работать нормально.
Рисунок 12 Емкостные токи (а) и векторная диаграмма напряжений (б) режима замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью IT
Так как Правила технической эксплуатации (ПТЭ) электрических станций и сетей РФ допускают работу воздушных и кабельных линий с замыканием на землю в сетях IT до устранения повреждения, то изоляция фаз относительно земли в таких сетях должна выбирается по UЛ. При этом к отысканию места повреждения следует приступать немедленно и ликвидировать повреждение в кратчайший срок из-за опасности поражения током людей и животных.
В некоторых случаях UФ в сетях IT при замыканиях на землю могут превышать UЛ. Это обусловлено возникновением так называемой nеремежающейся электрической дуги, то есть дуги, которая горит неустойчиво загорается на некоторое время, затем гаснет и, спустя интервал времени, загорается вновь. Переходные процессы, возникающие в электрической схеме сети с учетом перемежающейся дуги, приводят к появлению перенапряжений, которые могут достигать (3,5…4,0)* UФ. Это может привести к пробою изоляции.
Наличие перенапряжений, обусловленных nеремежающейся электрической дугой, является основным недостатком сети с изолированной нейтралью.
При этом увеличивается возможность пробоя изоляции неповрежденной фазы, что приводит к двухфазному КЗ и отключению всей линии.
Этот недостаток объясняет то, что в мире нет единого мнения по применению сетей IT. В нашей стране нейтраль в сетях IT соединяют с землей через дугогасительный реактор, в других странах применяется активные сопротивления как малой так и большой величины.
К преимуществам сетей IT следует отнести и их значительно меньшую, по сравнению с сетями TN, опасность поражения электрическим током. Так при прикосновении к частям находящимся под напряжением (рисунок 13) в сетях IT ток последовательно протекает по телу человека и по распределенной емкости фаз, которая в нормальном режиме представляет достаточно большое сопротивление. В этом случае ток будет в несколько раз меньше, по сравнению с сетями TN (рисунок 6), а вероятность поражения электрическим током незначительна.
Рисунок 13 Цепь протекания тока при прикосновении к частям находящимся под напряжением в нормальном режиме в сетях с изолированной нейтралью IT
Однако опасность резко возрастает, если прикосновение к частям находящимся под напряжением происходит одновременно с замыканием какой либо фазы на землю. В этом случае к человеку прикладывается линейное напряжение сети (рисунок 14).
Рисунок 14 Цепь протекания тока при прикосновении к частям находящимся под напряжением при замыкании фазы на землю в сетях с изолированной нейтралью IT
В сетях IT все открытые токопроводящие части должны быть заземлены, как это показано на рисунке 10. При пробое какой-либо фазы на корпус, и касании этого корпуса человеком, последний не будет поражен электрическим током, так как его сопротивление (1000 Ом) будет зашунтировано сопротивлением заземлителя (единицы Ом).
В сетях IT категорически запрещается соединять с нулем открытые токопроводящие части (рисунок 15). В этом случае при замыкании какой-либо фазы на землю, к человеку касающемуся корпуса оборудования, будет прикладываться UФ , и человек будет поражен электрическим током.
Рисунок 15 Цепь протекания тока при занулении оборудования и при замыкании фазы на землю в сетях с изолированной нейтралью IT