Použitie elektrických sietí s izolovaným neutrálom

Izolovaný neutrál je neutrál transformátora alebo generátora, ktorý nie je pripojený k uzemňovaciemu zariadeniu alebo je k nemu pripojený cez vysoký odpor.

Elektrické siete s izolovaným neutrálom sa používajú v elektrických sieťach s napätím 380 — 660 V a 3 — 35 kV.

Aplikácia sietí s izolovaným neutrálom pri napätí do 1000 V

Trojvodičové elektrické siete s izolovaným neutrálom sa používajú pri napätí 380 — 660 V, kedy je potrebné dodržať zvýšené požiadavky na elektrickú bezpečnosť (elektrické siete uhoľných baní, potašových baní, rašelinísk, mobilné inštalácie). Siete mobilných elektroinštalácií je možné realizovať so štyrmi vodičmi.

V normálnej prevádzke sú napätia fáz siete voči zemi symetrické a číselne sa rovnajú fázovému napätiu inštalácie a prúdy vo fázach zdroja sa rovnajú fázovým zaťažovacím prúdom.

V sieťach s napätím do 1 kV (spravidla krátke dĺžky) sa zanedbáva kapacitná vodivosť fáz voči zemi.

Keď sa človek dotkne fázy siete, prúd prechádza jeho telom

Azh = 3Uf / (3r3+ z)

kde Uf — fázové napätie; r3 — odpor ľudského tela (rovnajúci sa 1 kΩ); z — impedancia medzi izoláciou fázy a zemou (100 kΩ alebo viac na fázu).

Od z >>r3 je prúd I zanedbateľne malý. Preto je pre človeka relatívne bezpečné dotknúť sa fázy. Práve táto okolnosť určuje použitie izolovaného neutrálu v elektrických inštaláciách tých objektov, ktorých priestory sú z hľadiska nebezpečenstva úrazu elektrickým prúdom pre ľudí klasifikované ako obzvlášť nebezpečné alebo so zvýšeným nebezpečenstvom.

V prípade chybnej izolácie, keď z << rz, osoba, ktorá sa dotkne fázy, spadne pod fázové napätie. V tomto prípade prúd. prechod cez ľudské telo môže prekročiť smrteľnú hodnotu.

Pri jednofázových zemných poruchách sa napätie chybných fáz voči zemi zvyšuje lineárne a prúd prechádzajúci ľudským telom pri dotyku s neporušenou fázou v okamihu skratu je vždy nebezpečný, pretože dosahuje niekoľko stoviek miliampéroch (tu z << rз a namiesto hodnoty Hodnota Uf sieťového napätia musí byť doplnená vo vzorci, t.j. √3.

Dôsledkom vyššie uvedeného je použitie v takýchto sieťach ako ochranné opatrenie ochranného odpojenia alebo uzemnenia v kombinácii s izolačnými sieťami na monitorovanie stavu. V týchto elektrických inštaláciách nie je povolená dlhodobá prevádzka siete s jednofázovými zemnými poruchami.

Základom pre použitie uzemnenia v kombinácii s monitorovaním prierezovej izolácie je skutočnosť, že pevný zemný poruchový prúd Ic v sieťach s izolovaným neutrálom, nezávisí od odporu uzemnenia krytov elektrických zariadení, ktoré nie sú normálne pod napätím (vzhľadom na skutočnosť, že vodivosť uzemňovacieho bodu je výrazne vyššia ako súčet vodivosti neutrálu, izolačnej a fázovej kapacity voči zemi) a napätie poškodenej fázy voči zemi Uz je malá časť fázového napätia zdroja.

Hodnoty veličín AzSand Uz pre symetrické odpory izolácie voči zemi sa určujú takto:

Azh = 3Uf /z, Uz = Ažs x rz = 3Uφ x (rz/ z)

kde rz — uzemňovací odpor krytov elektrických zariadení. Keďže z >> rz, tak Uz << Uf.

Ako je zrejmé zo vzorcov, v sieťach s izolovaným neutrálom skrat jednej fázy so zemou nespôsobuje skratové prúdy, prúd I je niekoľko miliampérov. Ochranné vypnutie zabezpečuje automatické vypnutie elektroinštalácie pri úraze elektrickým prúdom a v podzemných sieťach je založené na automatickom monitorovaní stavu izolácie.

Aplikácia sietí s izolovaným neutrálom pri napätiach nad 1000 V

Trojvodičové elektrické siete s napätím vyšším ako 1 kV s izolovaným neutrálom (s nízkymi uzemňovacími prúdmi) zahŕňajú siete s napätím 3 — 33 kV. Tu nemožno zanedbať kapacitnú vodivosť fáz vzhľadom na zem.

V normálnom režime sú prúdy vo fázach zdroja určené geometrickým súčtom záťaží a kapacitných prúdov fáz vzhľadom na zem Geometrický súčet kapacitných prúdov troch fáz je rovný nule, preto nie je prúd preteká zemou.

Pri pevnej zemnej poruche sa napätie voči zemi tejto chybnej fázy približne rovná nule a napätie voči zemi ostatných dvoch (poruchových) fáz sa zvýši na lineárne hodnoty. Kapacitné prúdy nepoškodených fáz sa tiež zvyšujú √3-krát, pretože na fázové kapacity sa teraz neaplikujú fázové, ale sieťové napätia. V dôsledku toho sa kapacitný prúd jednofázovej zemnej poruchy ukáže ako 3-násobok normálneho kapacitného prúdu na fázu.

Absolútna hodnota týchto prúdov je relatívne malá. Takže pre nadzemné elektrické vedenie s napätím 10 kV a dĺžkou 10 km je kapacitný prúd NSasi 0,3 A. a pre káblové vedenie s rovnakým napätím a dĺžkou - 10 A.

Použitie trojvodičovej siete s napätím 3 - 35 kV s izolovaným neutrálom nie je spôsobené požiadavkami na elektrickú bezpečnosť (takéto siete sú vždy nebezpečné pre ľudí) a schopnosťou zabezpečiť normálnu prevádzku pripojených elektrických prijímačov. na fázovo-fázové napätie po určitú dobu. Faktom je, že pri jednofázových zemných poruchách v sieťach s izolovanou fázovo neutrálnou fázou zostáva medzifázové napätie nezmenené vo veľkosti a fáza je posunutá o uhol 120 °.

Nárast napätia v nepoškodených fázach na lineárnu hodnotu sa predlžuje, kým tam nie je všetko a pri dlhšom vystavení je možné poškodenie izolácie a následný skrat medzi fázami.Preto by sa v takýchto sieťach, aby sa rýchlo našli zemné poruchy, mala vykonávať automatická kontrola izolácie pôsobiaca na signál, keď izolačný odpor jednej z fáz klesne pod vopred stanovenú hodnotu.

V sieťach napájajúcich rozvodne mobilných zariadení, rašelinových baní, uhoľných baní a v potašových baniach musí fungovať zemná ochrana proti poruche.

Pri uzavretí fázy k zemi oblúkovým oblúkom dochádza k rezonančným javom a nebezpečným prepätiam až (2,5 — 3,9) Uph, ktoré pri oslabenej izolácii vedú k jej poruche a skratu. Preto je úroveň izolácie vedenia určená frekvenciou rezonančných prepätí.

Prerušujúce oblúky sa vyskytujú v sieťach s kapacitnými zemnými poruchovými prúdmi nad 10 a 15 A pri napätiach 35 a 20 kV, v tomto poradí, nad 20 a 30 A pri napätiach 6 a 10 kV, v tomto poradí.

Na vylúčenie možnosti vzniku prerušovaných oblúkov a na odstránenie súvisiacich nebezpečných následkov pre izoláciu elektrických zariadení v neutrálnej časti trojvodičovej siete patrí indukčná reaktor na potlačenie oblúka… Indukčnosť tlmivky je zvolená tak, aby kapacitný prúd v mieste zemného spojenia bol čo najmenší a zároveň zaručoval činnosť reléovej ochrany, ktorá reaguje na jednofázovú zemnú poruchu.

M. A. Korotkevič