Ako funguje trojfázová prúdová sieť s izolovaným neutrálom

Elektrické siete môžu pracovať s uzemneným alebo izolovaným neutrálom transformátorov a generátorov... Siete 6, 10 a 35 kV pracujú s izolovaným neutrálom transformátorov. Siete 660, 380 a 220 V môžu pracovať s izolovaným aj uzemneným neutrálom. Najbežnejšie štvorvodičové siete 380/220, ktoré spĺňajú požiadavky pravidlá pre elektrickú inštaláciu (PUE) musí mať uzemnený neutrál.

Uvažujme siete s izolovaným neutrálom... Obrázok 1a ukazuje schému takejto siete s trojfázovým prúdom. Vinutie je zobrazené zapojené do hviezdy, ale všetko uvedené nižšie platí aj pre prípad zapojenia sekundárneho vinutia do trojuholníka.

Ryža. 1. Schéma trojfázovej prúdovej siete s izolovaným neutrálom (a). Uzemnenie siete s izolovaným neutrálom (b).

Bez ohľadu na to, aká dobrá je celková izolácia živých častí siete od zeme, vodiče siete sú vždy spojené so zemou. Tento vzťah je dvojaký.

1. Izolácia živých častí má určitý odpor (alebo vodivosť) voči zemi, zvyčajne vyjadrený v megaohmoch.To znamená, že cez izoláciu vodičov a zem preteká určité množstvo prúdu. Pri dobrej izolácii je tento prúd veľmi malý.

Predpokladajme napríklad, že napätie medzi vodičom jednej fázy siete a zemou je 220 V a izolačný odpor tohto vodiča meraný megohmetrom je 0,5 MΩ. To znamená, že prúd do zeme 220 z tejto fázy je 220 / (0,5 x 1 000 000) = 0,00044 A alebo 0,44 mA. Tento prúd sa nazýva zvodový prúd.

Obvykle sú kvôli väčšej prehľadnosti na diagrame izolačného odporu troch fáz r1, r2, r3 znázornené vo forme odporov, z ktorých každý je pripojený k jednému bodu drôtu. V skutočnosti sú zvodové prúdy v pracovnej sieti rozložené rovnomerne po celej dĺžke vodičov, v každej časti siete sú uzavreté cez zem a ich súčet (geometrický, to znamená s prihliadnutím na fázový posun) je nula.

2. Spojenie druhého typu je tvorené kapacitou sieťových vodičov voči zemi. Čo to znamená?

Každý sieťový vodič a zem možno považovať za dva predĺžené kondenzátorové dosky… V nadzemných vedeniach sú vodič a zem ako dosky kondenzátora a vzduch medzi nimi je dielektrikum. V káblových vedeniach sú dosky kondenzátora jadrom kábla a kovovým plášťom spojeným so zemou a izolátorom je izolácia.

Pri striedavom napätí zmena nábojov na kondenzátoroch spôsobí, že sa objavia striedavé prúdy, ktoré pretekajú cez kondenzátory. Tieto takzvané kapacitné prúdy v pracovnej sieti sú rovnomerne rozložené po dĺžke vodičov a v každom jednotlivom úseku sú tiež uzavreté cez zem. Na obr.1, a odpory kondenzátorov troch fáz voči zemi x1, x2, x3 sú obvykle znázornené spojené každý s jedným bodom mriežky. Čím väčšia je dĺžka siete, tým väčšie sú únikové a kapacitné prúdy.

Pozrime sa, čo sa stane v sieti znázornenej na obrázku 1, ak dôjde k zemnej poruche v jednej z fáz (napríklad A), to znamená, že vodič tejto fázy bude pripojený k zemi cez relatívne malý odpor. Takýto prípad je znázornený na obrázku 1, b. Keďže odpor medzi fázou vodiča A a zemou je malý, zvodový odpor a kapacita voči zemi tejto fázy sú posunuté odporom uzemnenia.Teraz, pod vplyvom sieťového napätia siete UB, zvodové prúdy a kapacitné prúdy dvoch prevádzkových fáz budú prechádzať miestom poruchy a zemou. Aktuálne cesty sú na obrázku označené šípkami.

Skrat zobrazený na obrázku 1 b sa nazýva jednofázová zemná porucha a výsledný poruchový prúd sa nazýva jednofázový prúd.

Teraz si predstavte, že k jednofázovému skratu v dôsledku poškodenia izolácie nedošlo priamo k zemi, ale k telu nejakého elektrického prijímača — elektromotora, elektrického prístroja alebo kovovej konštrukcie, na ktorej sú položené elektrické vodiče ( Obr. 2). Takýto uzáver sa nazýva skrat v puzdre. Ak súčasne nie je kryt elektrického prijímača alebo konštrukcia spojená so zemou, získavajú potenciál fázy siete alebo blízko nej.

Ryža. 2. Skrat na rám v sieti s izolovaným neutrálom

Dotyk tela je rovnaký ako dotyk fázy.Cez ľudské telo, topánky, podlahu, zem, zvodový odpor a kapacitu využiteľných fáz sa vytvorí uzavretý okruh (pre jednoduchosť nie sú na obr. 2 znázornené kapacitné odpory).

Prúd v tomto skrate závisí od jeho odporu a môže vážne zraniť alebo zabiť človeka.

Ryža. 3. Osoba sa dotkne drôtu v sieti s izolovaným neutrálom v prítomnosti zeme v sieti

Z povedaného vyplýva, že na to, aby prúd prešiel zemou, je potrebné mať uzavretý obvod (niekedy si to predstavujeme, že prúd "ide do zeme" nie je pravda). V sieťach s izolovaným neutrálnym napätím do 1000 V sú únikové a kapacitné prúdy zvyčajne malé. Závisia od stavu izolácie a dĺžky siete. Dokonca aj v rozsiahlej sieti sú v rozmedzí niekoľkých ampérov a menej. Preto sú tieto prúdy zvyčajne nedostatočné na roztavenie poistiek alebo prerušenie spojenia istič.

Pri napätiach nad 1000 V majú primárny význam kapacitné prúdy; môžu dosiahnuť niekoľko desiatok ampérov (ak nie je poskytnutá ich kompenzácia). V týchto sieťach sa však vypínanie poruchových úsekov pri jednofázových poruchách zvyčajne nepoužíva, aby nedošlo k prerušeniu dodávky.

Preto v sieti s izolovaným neutrálom, v prítomnosti jednofázového skratu (ktorý je signalizovaný zariadeniami na kontrolu izolácie), elektrické prijímače naďalej fungujú. Je to možné, pretože v prípade jednofázového skratu sa sieťové napätie (fáza na fázu) nemení a všetky elektrické prijímače prijímajú energiu bez prerušenia.Ale v prípade jednofázovej poruchy v sieti s izolovaným neutrálom sa napätia nepoškodených fáz vzhľadom na zem zvýšia na lineárne a to prispieva k výskytu druhej zemnej poruchy v inej fáze. Výsledná dvojitá zemná porucha predstavuje vážne nebezpečenstvo pre ľudí. Preto by sa každá sieť s jednofázovým skratom mala považovať za núdzovú, pretože všeobecné bezpečnostné podmienky v takomto stave siete sa prudko zhoršujú.

Takže prítomnosť "zeme" zvyšuje nebezpečenstvo elektrický šok pri dotyku živých častí. Je to vidieť napríklad na obrázku 3, ktorý znázorňuje prechod poruchového prúdu pri náhodnom dotyku vodiča s prúdom fázy A a neopravené „uzemnenie“ vo fáze C. V tomto prípade je jeden pod vplyvom sieťového napätia siete. Preto je potrebné čo najskôr odstrániť jednofázové poruchy uzemnenia alebo rámu.