Korzystanie z sieci elektrycznych z izolowanym przewodem neutralnym

Izolowany przewód neutralny to przewód neutralny transformatora lub generatora, który nie jest podłączony do urządzenia uziemiającego lub jest z nim połączony przez wysoką rezystancję.

Sieci elektryczne z izolowanym punktem zerowym są stosowane w sieciach elektrycznych o napięciu 380 — 660 V i 3 — 35 kV.

Zastosowanie w sieciach z izolowanym punktem neutralnym przy napięciu do 1000 V

Sieci elektryczne trójprzewodowe z izolowanym przewodem neutralnym są stosowane przy napięciu 380 — 660 V, gdy konieczne jest spełnienie zwiększonych wymagań dotyczących bezpieczeństwa elektrycznego (sieci elektryczne kopalń węgla kamiennego, kopalń potażu, kopalń torfu, instalacje ruchome). Sieci mobilnych instalacji elektrycznych można realizować za pomocą czterech przewodów.

Podczas normalnej pracy napięcia faz sieci do ziemi są symetryczne i liczbowo równe napięciu fazowemu instalacji, a prądy w fazach źródła są równe prądom obciążenia fazowego.

W sieciach o napięciu do 1 kV (z reguły na krótkich odcinkach) pomija się przewodnictwo pojemnościowe faz względem ziemi.

Kiedy osoba dotyka fazy sieci, prąd przepływa przez jego ciało

Azh = 3Uf / (3r3+ z)

gdzie Uf — napięcie fazowe; r3 — rezystancja ciała ludzkiego (przyjęta jako równa 1 kΩ); z — impedancja od izolacji fazy do ziemi (100 kΩ lub więcej na fazę).

Ponieważ z >>r3, prąd I jest pomijalnie mały. Dlatego dotknięcie fazy jest względnie bezpieczne. Ta okoliczność decyduje o zastosowaniu izolowanego przewodu neutralnego w instalacjach elektrycznych tych obiektów, których pomieszczenia, z punktu widzenia zagrożenia porażeniem elektrycznym ludzi, są klasyfikowane jako szczególnie niebezpieczne lub o zwiększonym niebezpieczeństwie.

W przypadku uszkodzonej izolacji, gdy z << rz, osoba dotykając fazy, znajdzie się pod napięciem fazowym. W tym przypadku prąd. przejście przez organizm człowieka może przekroczyć wartość śmiertelną.

W jednofazowych zwarciach doziemnych napięcie zwartych faz względem ziemi rośnie liniowo, a prąd przepływający przez ciało człowieka przy zetknięciu z nienaruszoną fazą w momencie zwarcia jest zawsze niebezpieczny, gdyż osiąga kilkaset miliamperów (tutaj z << rз i zamiast wartości We wzorze należy podstawić wartość Uf napięcia sieciowego, tj. √3.

Konsekwencją powyższego jest stosowanie w takich sieciach jako środka ochronnego rozłączenia ochronnego lub uziemienia w połączeniu z monitorowaniem stanu sieci izolacyjnych. Długotrwała praca sieci z jednofazowymi zwarciami doziemnymi nie jest dopuszczalna w tych instalacjach elektrycznych.

Podstawą stosowania uziemień w połączeniu z monitorowaniem izolacji przekroju poprzecznego jest fakt, że prąd zwarcia doziemnego stałego Ic w sieciach z izolowanym przewodem neutralnym nie zależy od rezystancji uziemień obudów urządzeń elektrycznych, które nie są normalnie pod napięciem (ponieważ przewodność punktu uziemienia jest znacznie większa niż suma przewodności przewodu neutralnego, izolacji i pojemności fazowej względem ziemi), a napięcie uszkodzonej fazy względem ziemi Uz wynosi niewielka część napięcia fazowego źródła.

Wartości wielkości AzSi Uz dla symetrycznych rezystancji izolacji względem gruntu wyznacza się następująco:

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

gdzie rz — rezystancja uziemienia obudów urządzeń elektrycznych. Skoro z >> rz, to Uz << Uf.

Jak widać ze wzorów, w sieciach z izolowanym przewodem neutralnym zwarcie jednej fazy do masy nie powoduje powstania prądów zwarciowych, prąd I wynosi kilka miliamperów. Wyłączenie ochronne zapewnia samoczynne wyłączenie instalacji elektrycznej w przypadku porażenia prądem, aw sieciach podziemnych polega na automatycznym monitorowaniu stanu izolacji.

Zastosowanie w sieciach z izolowanym przewodem neutralnym przy napięciach powyżej 1000 V

Trójprzewodowe sieci elektryczne o napięciu większym niż 1 kV z izolowanym przewodem neutralnym (o niskich prądach uziemiających) obejmują sieci o napięciu 3–33 kV. Tutaj nie można pominąć przewodnictwa pojemnościowego faz względem ziemi.

W trybie normalnym prądy w fazach źródła są określone przez sumę geometryczną obciążeń i prądów pojemnościowych faz względem ziemi.Suma geometryczna prądów pojemnościowych trzech faz jest równa zeru, dlatego nie prąd płynie przez ziemię.

W przypadku stałego zwarcia doziemnego napięcie doziemne tej zwartej fazy staje się w przybliżeniu równe zeru, a napięcia doziemne pozostałych dwóch (zwartych) faz rosną do wartości liniowych. Prądy pojemnościowe nieuszkodzonych faz również rosną √3 razy, ponieważ nie faza, ale napięcia liniowe są teraz przykładane do pojemności fazowych. W rezultacie prąd pojemnościowy jednofazowego zwarcia doziemnego okazuje się być trzykrotnie większy niż normalny prąd pojemnościowy na fazę.

Wartość bezwzględna tych prądów jest stosunkowo niewielka. Tak więc dla napowietrznej linii elektroenergetycznej o napięciu 10 kV i długości 10 km prąd pojemnościowy wynosi NSokoło 0,3 A., a dla linii kablowej o tym samym napięciu i długości — 10 A.

Stosowanie sieci trójprzewodowej o napięciu 3 — 35 kV z izolowanym przewodem neutralnym nie wynika z wymagań dotyczących bezpieczeństwa elektrycznego (sieci takie są zawsze niebezpieczne dla ludzi) oraz możliwości zapewnienia normalnej pracy podłączonych odbiorników elektrycznych do napięcia międzyfazowego przez określony czas. Faktem jest, że przy jednofazowych zwarciach doziemnych w sieciach z izolowaną fazą neutralną napięcie międzyfazowe pozostaje niezmienione pod względem wielkości, a faza jest przesunięta o kąt 120 °.

Wzrost napięcia w nieuszkodzonych fazach do wartości liniowej rozciąga się, aż wszystko tam jest, a przy dłuższej ekspozycji możliwe jest uszkodzenie izolacji i późniejsze zwarcie między fazami.Dlatego w takich sieciach, aby szybko wykryć zwarcia doziemne, należy przeprowadzić automatyczną kontrolę izolacji, działającą na sygnał, gdy rezystancja izolacji jednej z faz spadnie poniżej określonej wartości.

W sieciach zasilających podstacje instalacji ruchomych, kopalń torfu, węgla kamiennego i potażu zabezpieczenie ziemnozwarciowe musi zadziałać w celu odłączenia.

Przy zwarciu fazy do ziemi łukiem łukowym dochodzi do zjawisk rezonansowych i niebezpiecznych przepięć do (2,5 — 3,9) Uph, które przy osłabionej izolacji prowadzą do jej uszkodzenia i zwarcia. Dlatego poziom izolacji linii jest określony przez częstotliwość przepięć rezonansowych.

Łuki przerywające występują w sieciach o pojemnościowych prądach ziemnozwarciowych powyżej 10 i 15 A przy napięciach odpowiednio 35 i 20 kV oraz powyżej 20 i 30 A przy napięciach odpowiednio 6 i 10 kV.

W celu wyeliminowania możliwości powstawania łuków przerywanych i wyeliminowania związanych z tym niebezpiecznych konsekwencji dla izolacji urządzenia elektryczne w części neutralnej sieci trójprzewodowej zawiera reaktor gaszenia łuku… Indukcyjność dławika dobiera się tak, aby prąd pojemnościowy w miejscu zwarcia doziemnego był jak najmniejszy i jednocześnie gwarantował działanie zabezpieczenia przekaźnikowego reagującego na jednofazowe zwarcie doziemne.

MA Korotkiewicz