Kako deluje trifazno tokovno omrežje z izolirano nevtralnostjo

Električna omrežja lahko delujejo z ozemljeno ali izolirano nevtralnostjo transformatorjev in generatorjev... Omrežja 6, 10 in 35 kV delujejo z izolirano nevtralnostjo transformatorjev. Omrežja 660, 380 in 220 V lahko delujejo z izolirano in ozemljeno nevtralno napetostjo. Najpogostejša štirižična omrežja 380/220, ki ustrezajo zahtevam Pravila za električno napeljavo (PUE) mora imeti ozemljeno nevtralno.

Razmislite o omrežjih z izoliranim nevtralnim... Slika 1a prikazuje diagram takšnega trifaznega tokovnega omrežja. Navitje je prikazano povezano v zvezdo, vse spodaj povedano pa velja tudi za primer vezave sekundarnega navitja v trikot.

riž. 1. Diagram trifaznega tokovnega omrežja z izoliranim nevtralnim (a). Ozemljitev omrežja z izolirano nevtralnostjo (b).

Ne glede na to, kako dobra je splošna izolacija delov omrežja pod napetostjo od zemlje, so vodniki omrežja vedno povezani z zemljo. To razmerje je dvojno.

1. Izolacija delov pod napetostjo ima določen upor (ali prevodnost) glede na tla, običajno izražen v megaomih.To pomeni, da skozi izolacijo žic in tla teče določen tok. Pri dobri izolaciji je ta tok zelo majhen.

Recimo, da je napetost med žico ene faze omrežja in tlemi 220 V, izolacijska upornost te žice, izmerjena z megohmmetrom, pa 0,5 MΩ. To pomeni, da je tok do ozemljitve 220 iz te faze 220 / (0,5 x 1.000.000) = 0,00044 A ali 0,44 mA. Ta tok se imenuje tok uhajanja.

Običajno so za večjo jasnost na diagramu izolacijske upornosti treh faz r1, r2, r3 prikazani v obliki uporov, od katerih je vsak povezan z eno točko žice. Pravzaprav so tokovi uhajanja v delujočem omrežju enakomerno porazdeljeni po celotni dolžini žic, v vsakem odseku omrežja so zaprti skozi tla, njihova vsota (geometrična, to je ob upoštevanju faznega premika) je nič.

2. Povezava druge vrste je sestavljena iz kapacitivnosti omrežnih žic glede na tla. Kaj to pomeni?

Vsako omrežno žico in ozemljitev lahko obravnavamo kot dve podolgovate kondenzatorske plošče… V nadzemnih vodih sta prevodnik in zemlja kot plošči kondenzatorja, zrak med njima pa je dielektrik. V kabelskih vodih so plošče kondenzatorja kabelsko jedro in kovinski ovoj, povezani z zemljo, izolator pa je izolacija.

Pri izmenični napetosti sprememba nabojev na kondenzatorjih povzroči nastanek izmeničnih tokov, ki tečejo skozi kondenzatorje. Ti tako imenovani kapacitivni tokovi v delujočem omrežju so enakomerno porazdeljeni po dolžini žic in v vsakem posameznem odseku so tudi zaprti skozi tla. Na sl.1, upornosti kondenzatorjev treh faz proti ozemljitvi x1, x2, x3 pa so običajno prikazani povezani na eno točko mreže. Večja kot je dolžina omrežja, večji so uhajajoči in kapacitivni tokovi.

Poglejmo, kaj se bo zgodilo v tistem, prikazanem na sliki 1, in omrežju, če pride do zemeljske napake v eni od faz (na primer A), to pomeni, da bo vodnik te faze povezan z zemljo prek relativno majhnega odpornost. Tak primer je prikazan na sliki 1, b. Ker je upor med žično fazo A in tlemi majhen, se upornost puščanja in kapacitivnost te faze na tla preusmerita z ozemljitvenim uporom. Zdaj pod vplivom omrežne napetosti omrežja UB, uhajajoči tokovi in kapacitivni tokovi dveh delovnih faz bodo šli skozi točko okvare in ozemljitev. Trenutne poti so na sliki označene s puščicami.

Kratek stik, prikazan na sliki 1, b, se imenuje enofazna zemeljska napaka, posledični tok napake pa se imenuje enofazni tok.

Zdaj pa si predstavljajte, da do enofaznega kratkega stika zaradi poškodbe izolacije ni prišlo neposredno na tla, ampak na telo nekega električnega sprejemnika - elektromotorja, električnega aparata ali kovinske konstrukcije, na kateri so položene električne žice ( Slika 2). Takšno zaprtje imenujemo kratek stik ohišja. Če hkrati ohišje električnega sprejemnika ali konstrukcija ni povezana s tlemi, pridobijo potencial omrežne faze ali blizu nje.

riž. 2. Kratek stik z okvirjem v omrežju z izolirano nevtralnostjo

Dotik telesa je enak dotiku faze.Skozi človeško telo, čevlje, tla, tla, upornost puščanja in kapacitivnost uporabnih faz se tvori sklenjen tokokrog (zaradi poenostavitve kapacitivni upori niso prikazani na sliki 2).

Tok v tem kratkem stiku je odvisen od njegovega upora in lahko resno poškoduje ali ubije osebo.

riž. 3. Oseba se dotakne žice v omrežju z izolirano nevtralnostjo v prisotnosti zemlje v omrežju

Iz povedanega sledi, da je za prehajanje toka skozi zemljo potreben sklenjen tokokrog (včasih se domišljanje, da gre tok "v zemljo", ne drži). V omrežjih z izolirano nevtralno napetostjo do 1000 V so uhajanje in kapacitivni tokovi običajno majhni. Odvisni so od stanja izolacije in dolžine omrežja. Tudi v razvejanem omrežju so znotraj nekaj amperov in manj. Zato ti tokovi običajno ne zadoščajo za taljenje varovalk ali prekinitev povezave odklopniki.

Pri napetostih nad 1000 V so kapacitivni tokovi primarnega pomena; lahko dosežejo več deset amperov (če njihova kompenzacija ni zagotovljena). Vendar pa se v teh omrežjih izklop okvarjenih odsekov med enofaznimi napakami običajno ne uporablja, da ne pride do prekinitev v oskrbi.

Zato v omrežju z izoliranim nevtralnim stikom, v prisotnosti enofaznega kratkega stika (ki ga signalizirajo naprave za nadzor izolacije), električni sprejemniki še naprej delujejo. To je mogoče zato, ker se v primeru enofaznega kratkega stika omrežna napetost (faza do faze) ne spremeni in vsi električni sprejemniki prejemajo napajanje nemoteno.Toda v primeru enofazne napake v omrežju z izolirano nevtralnostjo se napetosti nepoškodovanih faz glede na tla povečajo na linearne in to prispeva k pojavu druge zemeljske napake v drugi fazi. Nastala dvojna napaka na zemlji predstavlja resno nevarnost za ljudi. Zato je treba vsako omrežje z enofaznim kratkim stikom v njem obravnavati kot nujno, saj se splošne varnostne razmere v takšnem stanju omrežja močno poslabšajo.

Torej prisotnost "zemlje" povečuje nevarnost električni šok pri dotiku delov pod napetostjo. To je razvidno na primer iz slike 3, ki prikazuje prehod toka napake ob nenamernem dotiku tokovnega vodnika faze A in nepopravljeno "ozemljitev" v fazi C. V tem primeru je eden pod vplivom linijske napetosti omrežja. Zato je treba enofazne ozemljitvene napake ali napake na okvirju čim prej odpraviti.