Cum funcționează o rețea de curent trifazat cu un neutru izolat

Rețelele electrice pot funcționa cu neutru împământat sau izolat al transformatoarelor și generatoarelor... Rețelele de 6, 10 și 35 kV funcționează cu neutru izolat al transformatoarelor. Rețelele de 660, 380 și 220 V pot funcționa atât cu neutru izolat, cât și cu neutru împământat. Cele mai comune rețele cu patru fire 380/220 care respectă cerințele reguli pentru instalații electrice (PUE) trebuie să aibă un neutru împământat.

Luați în considerare rețelele cu un neutru izolat... Figura 1a prezintă o diagramă a unei astfel de rețele de curent trifazat. Înfășurarea este afișată conectată în stea, dar tot ce se spune mai jos se aplică și în cazul conectării înfășurării secundare în deltă.

Orez. 1. Schema unei rețele de curent trifazat cu neutru izolat (a). Împământarea rețelei cu neutru izolat (b).

Indiferent cât de bună este izolarea generală a părților sub tensiune ale rețelei față de pământ, conductorii rețelei sunt întotdeauna conectați la pământ. Această relație este dublă.

1. Izolația pieselor sub tensiune are o anumită rezistență (sau conductivitate) față de masă, exprimată de obicei în megaohmi.Aceasta înseamnă că o anumită cantitate de curent trece prin izolarea firelor și a pământului. Cu o izolare bună, acest curent este foarte mic.

Să presupunem, de exemplu, că tensiunea dintre firul unei faze a rețelei și masă este de 220 V, iar rezistența de izolație a acestui fir, măsurată cu un megaohmmetru, este de 0,5 MΩ. Aceasta înseamnă că curentul la masă 220 din această fază este 220 / (0,5 x 1.000.000) = 0,00044 A sau 0,44 mA. Acest curent se numește curent de scurgere.

În mod convențional, pentru o mai mare claritate, pe diagrama rezistenței de izolație a trei faze r1, r2, r3 sunt reprezentate sub formă de rezistențe, fiecare conectată la un punct al firului. De fapt, curenții de scurgere într-o rețea de lucru sunt distribuiți uniform de-a lungul întregii lungimi a firelor, în fiecare secțiune a rețelei sunt închise prin pământ, iar suma lor (geometrică, adică ținând cont de defazarea) este zero.

2. O conexiune de al doilea tip este formată din capacitatea firelor de rețea față de pământ. Ce înseamnă?

Fiecare fir de rețea și masă pot fi considerate ca două plăci de condensatoare alungite… În liniile aeriene, conductorul și pământul sunt ca plăcile unui condensator, iar aerul dintre ele este un dielectric. În liniile de cablu, plăcile condensatorului sunt miezul cablului și mantaua metalică conectate la masă, iar izolatorul este izolația.

Cu tensiune alternativă, modificarea sarcinilor de pe condensatoare determină apariția și curgerea curenților alternativi prin condensatori. Acești așa-numiți curenți capacitivi într-o rețea de lucru sunt distribuiți uniform pe lungimea firelor și în fiecare secțiune individuală sunt, de asemenea, închise prin pământ. În fig.1, iar rezistențele condensatoarelor celor trei faze la masă x1, x2, x3 sunt prezentate în mod convențional conectate fiecare la un punct al rețelei. Cu cât lungimea rețelei este mai mare, cu atât curenții de scurgere și capacitivi sunt mai mari.

Să vedem ce se va întâmpla în cel prezentat în figura 1 și în rețea, dacă în una dintre faze apare o defecțiune la pământ (de exemplu A), adică conductorul acestei faze va fi conectat la pământ printr-un cablu relativ mic. rezistenţă. Un astfel de caz este prezentat în figura 1, b. Deoarece rezistența dintre faza firului A și pământ este mică, rezistența de scurgere și capacitatea la pământ a acestei faze sunt șuntate de rezistența de împământare.Acum, sub influența tensiunii de linie a rețelei UB, curenții de scurgere iar curenții capacitivi ai două faze de funcționare vor trece prin punctul de defecțiune și masă. Căile curente sunt indicate prin săgeți în figură.

Scurtcircuitul prezentat în figura 1, b se numește defect la pământ monofazat, iar curentul de defect rezultat se numește curent monofazat.

Acum imaginați-vă că un scurtcircuit monofazat din cauza deteriorării izolației nu a avut loc direct la pământ, ci la corpul unui receptor electric - un motor electric, un aparat electric sau o structură metalică pe care sunt așezate firele electrice ( Fig. 2). O astfel de închidere se numește scurtcircuit de carcasă. Dacă în același timp carcasa receptorului electric sau structura nu este conectată la pământ, acestea dobândesc potențialul fazei de rețea sau aproape de acesta.

Orez. 2. Scurtcircuit la cadru în rețea cu neutru izolat

Atingerea corpului este la fel cu atingerea fazei.Se formează un circuit închis prin corpul uman, încălțăminte, podea, sol, rezistența la scurgere și capacitatea fazelor utilizabile (pentru simplitate, rezistențele capacitive nu sunt prezentate în Fig. 2).

Curentul din acest scurtcircuit depinde de rezistența acestuia și poate răni grav sau ucide o persoană.

Orez. 3. O persoană atinge un fir dintr-o rețea cu un neutru izolat în prezența pământului în rețea

Din cele spuse, rezultă că pentru ca curentul să treacă prin pământ este necesar să existe un circuit închis (uneori se închipuie că curentul „pleacă la pământ” nu este adevărat). În rețelele cu tensiune neutră izolată de până la 1000 V, curenții de scurgere și capacitivi sunt de obicei mici. Acestea depind de starea izolației și de lungimea rețelei. Chiar și într-o rețea extinsă, acestea sunt la câțiva amperi și mai puțin. Prin urmare, acești curenți sunt de obicei insuficienti pentru a topi siguranțe sau pentru a rupe conexiunea întrerupătoare de circuit.

La tensiuni peste 1000 V, curenții capacitivi sunt de importanță primordială; pot ajunge la câteva zeci de amperi (dacă nu este prevăzută compensarea lor). Cu toate acestea, în aceste rețele, declanșarea secțiunilor defectate în timpul defecțiunilor monofazate nu este de obicei utilizată pentru a nu crea întreruperi în alimentare.

Prin urmare, într-o rețea cu neutru izolat, în prezența unui scurtcircuit monofazat (care este semnalat de dispozitivele de control al izolației), receptoarele electrice continuă să funcționeze. Acest lucru este posibil deoarece în cazul unui scurtcircuit monofazat, tensiunea liniei (fază la fază) nu se modifică și toate receptoarele electrice primesc putere fără întrerupere.Dar în cazul unei defecțiuni monofazate într-o rețea cu un neutru izolat, tensiunile fazelor nedeteriorate față de pământ cresc la liniar și acest lucru contribuie la apariția unei a doua defecțiuni la pământ într-o altă fază. Defectul dublu la pământ care rezultă reprezintă un pericol grav pentru oameni. Prin urmare, orice rețea cu un scurtcircuit monofazat ar trebui considerată urgență, deoarece condițiile generale de securitate într-o astfel de stare a rețelei se deteriorează brusc.

Deci prezența „pământului” crește pericolul soc electric la atingerea pieselor sub tensiune. Acest lucru poate fi văzut, de exemplu, din figura 3, care arată trecerea curentului de defect la atingerea accidentală a conductorului purtător de curent al fazei A și o „împământare” nereparată în faza C. În acest caz, se află sub influența a tensiunii de linie a rețelei. Prin urmare, defecțiunile de împământare sau cadru monofazate trebuie remediate cât mai curând posibil.