Как работи трифазна токова мрежа с изолирана неутрала

Електрическите мрежи могат да работят със заземен или изолирана неутралност на трансформатори и генератори… Мрежите 6, 10 и 35 kV работят с изолирана неутралност на трансформаторите. Мрежите 660, 380 и 220 V могат да работят както с изолирана, така и със заземена неутрала. Най-често срещаните четирижични мрежи 380/220, които в съответствие с изискванията правила за електрическа инсталация (PUE) трябва да има заземен неутрален.

Обмисли мрежи с изолиран неутрален… Фигура 1, а показва диаграма на такава трифазна токова мрежа. Намотката е показана свързана в звезда, но всичко казано по -долу важи и за случая на свързване на вторичната намотка в делта.

Ориз. 1. Схема на трифазна токова мрежа с изолирана неутрала (а). Заземяване в мрежа с изолирана неутрала (b).

Без значение колко добра е цялостната изолация на частите на мрежата под напрежение от земята, проводниците на мрежата винаги са свързани към земята. Тази връзка е двойна.

1. Изолацията на части под напрежение има определено съпротивление (или проводимост) по отношение на земята, обикновено изразено в мегоми. Това означава, че определено количество ток преминава през изолацията на проводниците и земята. При добра изолация този ток е много малък.

Да предположим например, че напрежението между проводника на една фаза на мрежата и земята е 220 V, а изолационното съпротивление на този проводник, измерено с мегомметър, е 0,5 MΩ. Това означава, че токът към земята 220 от тази фаза е 220 / (0,5 x 1 000 000) = 0,00044 A или 0,44 mA. Този ток се нарича ток на утечка.

Условно, за по -голяма яснота, върху диаграмата на изолационното съпротивление на три фази r1, r2, r3 са изобразени под формата на съпротивления, всяко свързано към една точка на проводника. Всъщност токовете на изтичане в работеща мрежа са разпределени равномерно по цялата дължина на проводниците, във всеки участък от мрежата те са затворени през земята и тяхната сума (геометрична, тоест като се вземе предвид фазовото изместване) е нула.

2. Връзка от втория вид се формира от капацитета на мрежовите проводници спрямо земята. Какво означава?

Всеки мрежов проводник и земя могат да се разглеждат като два удължени кондензаторни плочи… В въздушните линии проводникът и земята са като плочите на кондензатор, а въздухът между тях е диелектрик. В кабелните линии плочите на кондензатора са кабелната сърцевина и металната обвивка, свързани към земята, а изолаторът е изолацията.

При променливо напрежение промяната в зарядите на кондензаторите причинява появата и преминаването на променливи токове през кондензаторите. Тези така наречени капацитивни токове в работеща мрежа са равномерно разпределени по дължината на проводниците и във всяка отделна секция също са затворени през земята. На фиг. 1, а съпротивленията на кондензаторите на трите фази към земята x1, x2, x3 са конвенционално показани свързани всеки към една точка на мрежата. Колкото по -голяма е дължината на мрежата, толкова по -големи са течовете и капацитивните токове.

Нека видим какво ще се случи в тази, показана на фигура 1, и мрежата, ако в една от фазите (например A) се случи земна грешка, тоест проводникът от тази фаза ще бъде свързан към земята чрез относително малко съпротивление. Такъв случай е показан на фигура 1, б. Тъй като съпротивлението между проводник фаза А и земята е малко, съпротивлението на изтичане и капацитетът към земята на тази фаза се шунтират от съпротивлението на заземяване.Сега, под влиянието на линейното напрежение на мрежата UB, токовете на утечка и капацитивните токове на две работещи фази ще преминат през точката на повреда и земята. Текущите пътища са показани със стрелки на фигурата.

Късото съединение, показано на фигура 1, b, се нарича еднофазна земна повреда, а произтичащият авариен ток се нарича еднофазен ток.

Представете си сега, че еднофазно късо съединение поради повреда на изолацията е възникнало не директно към земята, а към тялото на някакъв електрически приемник — електродвигател, електрически апарат или към метална конструкция, по която са положени електрически проводници (фиг. 2). Такова затваряне се нарича късо съединение на корпуса. Ако в същото време корпусът на електрическия приемник или конструкцията няма връзка със земята, те придобиват потенциала на фазата на мрежата или близо до нея.

Ориз. 2. Къс към рамка в мрежа с изолирана неутрала

Докосването на тялото е същото като докосването на фазата. Затворена верига се образува през човешкото тяло, обувките, пода, земята, съпротивлението на изтичане и капацитета на използваемите фази (за по -просто, капацитивните съпротивления не са показани на фиг. 2).

Токът в това късо съединение зависи от неговото съпротивление и може сериозно да нарани човек или да бъде фатален за него.

Ориз. 3. Човек докосва проводник в мрежа с изолирана неутрала при наличие на заземяване в мрежата

От казаното следва, че за да премине токът през земята, е необходимо да има затворен кръг (понякога се представя, че токът «отива в земята» не е истина). В мрежи с изолирано неутрално напрежение до 1000 V, утечките и капацитивните токове обикновено са малки. Те зависят от състоянието на изолацията и дължината на мрежата. Дори в обширна мрежа, те са в рамките на няколко ампера и по -малко. Следователно тези токове обикновено са недостатъчни, за да стопят предпазителите или да прекъснат връзката верижни прекъсвачи.

При напрежения над 1000 V, капацитивните токове са от първостепенно значение; те могат да достигнат няколко десетки ампера (ако не е осигурена тяхната компенсация). В тези мрежи обаче изключването на повредени участъци по време на еднофазни повреди обикновено не се използва, за да не се създават прекъсвания в захранването.

Поради това, в мрежа с изолирана неутрала, при наличие на еднофазно късо съединение (което се сигнализира от устройства за контрол на изолацията), електрическите приемници продължават да работят. Това е възможно, тъй като в случай на еднофазно късо съединение напрежението на линията (фаза към фаза) не се променя и всички електрически приемници получават енергия без прекъсване. Но в случай на еднофазна повреда в мрежа с изолирана неутрала, напреженията на неповредените фази по отношение на земята се увеличават до линейни и това допринася за появата на втори заземяващ разлом в друга фаза. Получената двойна земна повреда представлява сериозна опасност за хората. Следователно, всякакви мрежа с еднофазно късо съединение в нея трябва да се счита за аварийна, тъй като общите условия за сигурност при такова състояние на мрежата рязко се влошават.

И така, наличието на «земя» увеличава опасността токов удар при докосване на части под напрежение. Това може да се види например от фигура 3, която показва преминаването на тока на повреда при случайно докосване на токопроводящия проводник от фаза А и неремонтирано „заземяване“ във фаза С. В този случай човек е под влияние от линейното напрежение на мрежата. Следователно еднофазните повреди на земята или рамката трябва да бъдат отстранени възможно най-скоро.