Kako radi mreža trofazne struje s izoliranom nultom

Električne mreže mogu raditi s uzemljenom ili izoliranom neutralnom nulom transformatora i generatora... Mreže 6, 10 i 35 kV rade s izoliranom neutralnom nulom transformatora. Mreže od 660, 380 i 220 V mogu raditi i s izoliranom i s uzemljenom nultom. Najčešće četverožične mreže 380/220 koje zadovoljavaju zahtjeve pravila za električnu instalaciju (PUE) mora imati uzemljenu nultu.

Razmotrimo mreže s izoliranom nultom... Slika 1a prikazuje dijagram takve mreže trofazne struje. Namot je prikazan spojen u zvijezdu, ali sve dolje rečeno vrijedi i za slučaj spajanja sekundarnog namota u trokut.

Riža. 1. Dijagram mreže trofazne struje s izoliranom neutralnom (a). Uzemljenje mreže s izoliranom nultom (b).

Bez obzira na to koliko je dobra ukupna izolacija dijelova mreže pod naponom od zemlje, vodiči mreže su uvijek spojeni na zemlju. Ovaj odnos je dvostruk.

1. Izolacija dijelova pod naponom ima određeni otpor (ili vodljivost) u odnosu na uzemljenje, obično izražen u megaomima.To znači da određena količina struje teče kroz izolaciju žica i uzemljenje. Uz dobru izolaciju, ova struja je vrlo mala.

Pretpostavimo, na primjer, da je napon između žice jedne faze mreže i zemlje 220 V, a otpor izolacije ove žice, mjeren megaommetrom, iznosi 0,5 MΩ. To znači da je struja do mase 220 iz ove faze 220 / (0,5 x 1,000,000) = 0,00044 A ili 0,44 mA. Ova struja se naziva struja curenja.

Konvencionalno, radi veće jasnoće, na dijagramu izolacijskog otpora tri faze r1, r2, r3 prikazane su u obliku otpora, svaki spojen na jednu točku žice. Zapravo, struje curenja u radnoj mreži ravnomjerno su raspoređene duž cijele duljine žica, u svakom dijelu mreže zatvorene su kroz zemlju, a njihov zbroj (geometrijski, to jest, uzimajući u obzir fazni pomak) je nula.

2. Veza drugog tipa formirana je kapacitivnošću mrežnih žica u odnosu na tlo. Što to znači?

Svaka mrežna žica i uzemljenje mogu se smatrati dvama izdužene ploče kondenzatora… U nadzemnim vodovima, vodič i uzemljenje su poput ploča kondenzatora, a zrak između njih je dielektrik. U kabelskim vodovima, ploče kondenzatora su jezgra kabela i metalni omotač spojeni na masu, a izolator je izolacija.

Kod izmjeničnog napona, promjena naboja na kondenzatorima uzrokuje pojavu izmjeničnih struja koje teku kroz kondenzatore. Te takozvane kapacitivne struje u radnoj mreži ravnomjerno su raspoređene po duljini žica iu svakom pojedinom dijelu također su zatvorene kroz zemlju. Na sl.1, a otpori kondenzatora triju faza prema masi x1, x2, x3 konvencionalno su prikazani spojeni na jednu točku mreže. Što je veća duljina mreže, veće su curenje i kapacitivne struje.

Pogledajmo što će se dogoditi u ovoj prikazanoj na slici 1. i mreži, ako se dogodi zemljospoj u jednoj od faza (na primjer A), odnosno vodič ove faze bit će spojen na zemlju kroz relativno mali otpornost. Takav slučaj prikazan je na slici 1, b. Budući da je otpor između žice faze A i uzemljenja mali, otpor propuštanja i kapacitivnost ove faze prema zemlji usmjeravaju se otporom uzemljenja. Sada, pod utjecajem napona mreže mreže UB, struje propuštanja a kroz mjesto kvara i uzemljenje proći će kapacitivne struje dviju radnih faza. Trenutni putovi su na slici označeni strelicama.

Kratki spoj prikazan na slici 1, b naziva se jednofazni zemljospoj, a nastala struja kvara naziva se jednofazna struja.

Sada zamislite da se jednofazni kratki spoj zbog oštećenja izolacije dogodio ne izravno na tlu, već na tijelu nekog električnog prijemnika - elektromotora, električnog uređaja ili metalne konstrukcije na kojoj su položene električne žice ( Slika 2). Takav spoj naziva se kratki spoj kućišta. Ako u isto vrijeme kućište električnog prijemnika ili strukture nije spojeno na tlo, oni dobivaju potencijal mrežne faze ili blizu nje.

Riža. 2. Kratki spoj na okvir u mreži s izoliranim neutralom

Dodirivanje tijela je isto što i dodirivanje faze.Zatvoreni strujni krug formiran je kroz ljudsko tijelo, cipele, pod, tlo, otpor propuštanja i kapacitivnost korisnih faza (zbog jednostavnosti, kapacitivni otpori nisu prikazani na slici 2).

Struja u ovom kratkom spoju ovisi o njegovom otporu i može ozbiljno ozlijediti ili ubiti osobu.

Riža. 3. Osoba dotakne žicu u mreži s izoliranom nultom u prisutnosti uzemljenja u mreži

Iz rečenog proizlazi da je za prolazak struje kroz zemlju potrebno imati zatvoren krug (ponekad se zamišlja da struja "ide u zemlju" nije točno). U mrežama s izoliranim neutralnim naponom do 1000 V, curenje i kapacitivne struje obično su male. Oni ovise o stanju izolacije i duljini mreže. Čak iu širokoj mreži, oni su unutar nekoliko ampera i manje. Stoga su ove struje obično nedostatne za topljenje osigurača ili prekid veze prekidači.

Kod napona iznad 1000 V kapacitivne struje su od primarne važnosti; mogu doseći i nekoliko desetaka ampera (ako nije osigurana njihova kompenzacija). Međutim, u tim se mrežama obično ne koristi isključivanje dionica s kvarom tijekom jednofaznih kvarova kako se ne bi stvarali prekidi u opskrbi.

Stoga, u mreži s izoliranom neutralnom nulom, u prisutnosti jednofaznog kratkog spoja (koji signaliziraju uređaji za kontrolu izolacije), električni prijemnici nastavljaju raditi. To je moguće jer se u slučaju jednofaznog kratkog spoja linijski napon (faza na fazu) ne mijenja i svi električni prijemnici dobivaju napajanje bez prekida.Ali u slučaju jednofaznog kvara u mreži s izoliranom nultom, naponi neoštećenih faza u odnosu na zemlju rastu do linearnih i to doprinosi pojavi drugog zemljospoja u drugoj fazi. Dvostruki uzemljeni spoj koji nastaje predstavlja ozbiljnu opasnost za ljude. Stoga se svaka mreža s jednofaznim kratkim spojem u njoj treba smatrati hitnom, budući da se opći sigurnosni uvjeti u takvom mrežnom stanju naglo pogoršavaju.

Dakle, prisutnost "zemlje" povećava opasnost elektro šok pri dodirivanju dijelova pod naponom. To se može vidjeti, na primjer, iz slike 3, koja prikazuje prolaz struje kvara pri slučajnom dodirivanju strujnog vodiča faze A i nepopravljenog "uzemljenja" u fazi C. U ovom slučaju, netko je pod utjecajem linijskog napona mreže. Stoga se jednofazni kvarovi uzemljenja ili okvira moraju otkloniti što je prije moguće.