Jak działa trójfazowa sieć prądowa z izolowanym punktem neutralnym

Sieci elektryczne mogą pracować z uziemionym lub izolowanym punktem neutralnym transformatorów i generatorów... Sieci 6, 10 i 35 kV pracują z izolowanym punktem neutralnym transformatorów. Sieci 660, 380 i 220 V mogą pracować zarówno z izolowanym, jak i uziemionym punktem neutralnym. Najpopularniejsze sieci czteroprzewodowe 380/220, które spełniają wymagania zasady instalacji elektrycznej (PUE) musi mieć uziemiony przewód neutralny.

Rozważmy sieci z izolowanym punktem neutralnym... Rysunek 1a przedstawia schemat takiej trójfazowej sieci prądowej. Uzwojenie jest pokazane połączone w gwiazdę, ale wszystko, co powiedziano poniżej, dotyczy również przypadku połączenia uzwojenia wtórnego w trójkąt.

Ryż. 1. Schemat sieci prądu trójfazowego z izolowanym punktem neutralnym (a). Uziemienie sieci z izolowanym przewodem neutralnym (b).

Bez względu na to, jak dobra jest ogólna izolacja części sieci pod napięciem od ziemi, przewody sieci są zawsze uziemione. Ta zależność jest dwojaka.

1. Izolacja części pod napięciem ma określoną rezystancję (lub przewodność) względem ziemi, zwykle wyrażaną w megaomach.Oznacza to, że pewna ilość prądu przepływa przez izolację przewodów i uziemienie. Przy dobrej izolacji prąd ten jest bardzo mały.

Załóżmy na przykład, że napięcie między przewodem jednej fazy sieci a ziemią wynosi 220 V, a rezystancja izolacji tego przewodu mierzona megaomomierzem wynosi 0,5 MΩ. Oznacza to, że prąd płynący do masy 220 z tej fazy wynosi 220 / (0,5 x 1 000 000) = 0,00044 A lub 0,44 mA. Prąd ten nazywany jest prądem upływu.

Konwencjonalnie, dla większej przejrzystości, na schemacie rezystancji izolacji trzech faz r1, r2, r3 są przedstawione w postaci rezystancji, z których każda jest podłączona do jednego punktu drutu. W rzeczywistości prądy upływowe w pracującej sieci rozkładają się równomiernie na całej długości przewodów, w każdym odcinku sieci są zamknięte przez ziemię, a ich suma (geometryczna, czyli uwzględniająca przesunięcie fazowe) wynosi zero.

2. Połączenie drugiego typu jest tworzone przez pojemność przewodów sieciowych względem ziemi. Co to znaczy?

Każdy przewód sieciowy i uziemienie można traktować jako dwa wydłużone płytki kondensatora… W liniach napowietrznych przewodnik i ziemia są jak okładki kondensatora, a powietrze między nimi jest dielektrykiem. W liniach kablowych płyty kondensatora to rdzeń kabla i metalowa osłona połączona z ziemią, a izolator to izolacja.

Przy napięciu przemiennym zmiana ładunków na kondensatorach powoduje pojawienie się i przepływ prądu przemiennego przez kondensatory. Te tak zwane prądy pojemnościowe w działającej sieci są równomiernie rozłożone na długości przewodów iw każdym odcinku są również zamknięte przez ziemię. na ryc.1, a rezystancje kondensatorów trzech faz do uziemienia x1, x2, x3 są konwencjonalnie pokazane połączone z jednym punktem siatki. Im większa długość sieci, tym większe prądy upływu i pojemnościowe.

Zobaczmy, co stanie się w tej pokazanej na rysunku 1 oraz w sieci, jeśli wystąpi zwarcie doziemne w jednej z faz (np. opór. Taki przypadek pokazano na rysunku 1, b. Ponieważ rezystancja między fazą przewodu A a ziemią jest niewielka, rezystancja upływu i pojemność do ziemi tej fazy są bocznikowane przez rezystancję uziemienia.Teraz pod wpływem napięcia sieci UB prądy upływu a prądy pojemnościowe dwóch faz roboczych przejdą przez punkt awarii i uziemienie. Bieżące ścieżki są oznaczone strzałkami na rysunku.

Zwarcie pokazane na rysunku 1, b nazywane jest jednofazowym zwarciem doziemnym, a wynikający z tego prąd zwarciowy nazywany jest prądem jednofazowym.

Wyobraźmy sobie teraz, że zwarcie jednofazowe na skutek uszkodzenia izolacji nastąpiło nie bezpośrednio do ziemi, ale do korpusu jakiegoś odbiornika elektrycznego — silnika elektrycznego, aparatury elektrycznej lub metalowej konstrukcji, na której ułożone są przewody elektryczne ( Ryc. 2). Takie zamknięcie nazywa się zwarciem obudowy. Jeżeli w tym samym czasie obudowa odbiornika elektrycznego lub konstrukcja nie jest połączona z ziemią, uzyskują one potencjał fazy sieciowej lub zbliżonej do niej.

Ryż. 2. Zwarcie do ramki w sieci z izolowanym przewodem neutralnym

Dotknięcie ciała jest tym samym, co dotknięcie fazy.Obwód zamknięty jest tworzony przez ciało człowieka, buty, podłogę, podłoże, rezystancję upływu i pojemność faz użytkowych (dla uproszczenia rezystancje pojemnościowe nie są pokazane na rys. 2).

Prąd w tym zwarciu zależy od jego rezystancji i może poważnie zranić lub zabić osobę.

Ryż. 3. Osoba dotyka przewodu w sieci z izolowanym punktem zerowym w obecności uziemienia w sieci

Z tego, co zostało powiedziane, wynika, że ​​aby prąd płynął przez ziemię, konieczny jest obwód zamknięty (czasami wyobraża się, że prąd „idzie do ziemi” nie jest prawdą). W sieciach z izolowanym napięciem neutralnym do 1000 V prądy upływowe i pojemnościowe są zwykle niewielkie. Zależą one od stanu izolacji i długości sieci. Nawet w rozległej sieci mieszczą się w granicach kilku amperów i mniej. Dlatego prądy te są zwykle niewystarczające do stopienia bezpieczników lub przerwania połączenia wyłączniki automatyczne.

Przy napięciach powyżej 1000 V prądy pojemnościowe mają pierwszorzędne znaczenie; mogą osiągnąć kilkadziesiąt amperów (jeśli nie zapewniono ich kompensacji). Jednak w tych sieciach zwykle nie stosuje się wyłączania uszkodzonych sekcji podczas zwarć jednofazowych, aby nie powodować przerw w dostawie.

Dlatego w sieci z izolowanym przewodem neutralnym, w przypadku zwarcia jednofazowego (co jest sygnalizowane przez urządzenia kontrolujące izolację), odbiorniki elektryczne kontynuują pracę. Jest to możliwe, ponieważ w przypadku zwarcia jednofazowego napięcie sieciowe (międzyfazowe) nie zmienia się i wszystkie odbiorniki elektryczne otrzymują zasilanie bez przerwy.Jednak w przypadku zwarcia jednofazowego w sieci z izolowanym punktem zerowym, napięcia nieuszkodzonych faz względem ziemi rosną do liniowego, co przyczynia się do pojawienia się drugiego zwarcia doziemnego w innej fazie. Wynikające z tego podwójne zwarcie doziemne stanowi poważne zagrożenie dla ludzi. Dlatego każdą sieć, w której występuje zwarcie jednofazowe, należy uznać za awaryjną, ponieważ ogólne warunki bezpieczeństwa w takim stanie sieci gwałtownie się pogarszają.

Tak więc obecność „lądu” zwiększa niebezpieczeństwo wstrząs elektryczny podczas dotykania części pod napięciem. Widać to na przykład na rysunku 3, który pokazuje przepływ prądu zwarciowego przy przypadkowym dotknięciu przewodu przewodzącego prąd w fazie A i nienaprawionego „uziemienia” w fazie C. W tym przypadku jest się pod wpływem napięcia sieciowego. Dlatego jednofazowe zwarcia doziemne lub zwarcia w ramie muszą być usuwane tak szybko, jak to możliwe.