Jak funguje třífázová proudová síť s izolovaným neutrálem

Elektrické sítě mohou pracovat s uzemněným nebo izolovaným neutrálem transformátorů a generátorů... Sítě 6, 10 a 35 kV pracují s izolovaným neutrálem transformátorů. Sítě 660, 380 a 220 V mohou pracovat s izolovaným i uzemněným neutrálem. Nejběžnější čtyřvodičové sítě 380/220, které splňují požadavky pravidla pro elektroinstalaci (PUE) musí mít uzemněný neutrál.

Uvažujme sítě s izolovaným neutrálem... Obrázek 1a ukazuje schéma takové sítě s třífázovým proudem. Vinutí je zobrazeno zapojeno do hvězdy, ale vše níže uvedené platí i pro případ zapojení sekundárního vinutí do trojúhelníku.

Rýže. 1. Schéma sítě třífázového proudu s izolovaným neutrálem (a). Uzemnění sítě s izolovaným neutrálem (b).

Bez ohledu na to, jak dobrá je celková izolace živých částí sítě od země, jsou vodiče sítě vždy spojeny se zemí. Tento vztah je dvojí.

1. Izolace živých částí má určitý odpor (nebo vodivost) vůči zemi, obvykle vyjádřený v megaohmech.To znamená, že určité množství proudu protéká izolací vodičů a zemí. Při dobré izolaci je tento proud velmi malý.

Předpokládejme například, že napětí mezi vodičem jedné fáze sítě a zemí je 220 V a izolační odpor tohoto vodiče měřený megaohmmetrem je 0,5 MΩ. To znamená, že proud do země 220 z této fáze je 220 / (0,5 x 1 000 000) = 0,00044 A nebo 0,44 mA. Tento proud se nazývá svodový proud.

Obvykle jsou pro větší jasnost na schématu izolačního odporu tří fází r1, r2, r3 znázorněny ve formě odporů, z nichž každý je připojen k jednomu bodu drátu. Ve skutečnosti jsou svodové proudy v pracovní síti rozloženy rovnoměrně po celé délce vodičů, v každé části sítě jsou uzavřeny zemí a jejich součet (geometrický, to znamená s přihlédnutím k fázovému posunu) je nula.

2. Spojení druhého typu je tvořeno kapacitou vodičů sítě vůči zemi. Co to znamená?

Každý síťový vodič a zem lze považovat za dva podlouhlé kondenzátorové desky… V nadzemním vedení jsou vodič a zem jako desky kondenzátoru a vzduch mezi nimi je dielektrikum. V kabelových vedeních jsou desky kondenzátoru jádro kabelu a kovový plášť připojené k zemi a izolátor je izolace.

Se střídavým napětím způsobuje změna nábojů na kondenzátorech vznik střídavých proudů, které protékají kondenzátory. Tyto tzv. kapacitní proudy jsou v pracovní síti rovnoměrně rozloženy po délce vodičů a v každém jednotlivém úseku jsou také uzavřeny zemí. Na Obr.1, a odpory kondenzátorů tří fází vůči zemi x1, x2, x3 jsou obvykle znázorněny připojené každý k jednomu bodu mřížky. Čím větší je délka sítě, tím větší jsou svodové a kapacitní proudy.

Podívejme se, co se stane v síti zobrazené na obrázku 1, pokud dojde k zemní poruše v jedné z fází (například A), to znamená, že vodič této fáze bude spojen se zemí přes relativně malý odpor. Takový případ je znázorněn na obrázku 1, b. Protože odpor mezi drátovou fází A a zemí je malý, svodový odpor a kapacita k zemi této fáze jsou posunuty zemním odporem. Nyní, pod vlivem síťového napětí sítě UB, svodové proudy a kapacitní proudy dvou provozních fází budou procházet místem poruchy a zemí. Aktuální cesty jsou na obrázku označeny šipkami.

Zkrat znázorněný na obrázku 1 b se nazývá jednofázová zemní porucha a výsledný poruchový proud se nazývá jednofázový proud.

Nyní si představte, že k jednofázovému zkratu v důsledku poškození izolace nedošlo přímo k zemi, ale k tělu nějakého elektrického přijímače — elektromotoru, elektrického zařízení nebo kovové konstrukce, na které jsou položeny elektrické vodiče ( Obr. 2). Takový uzávěr se nazývá zkrat v pouzdru. Pokud současně není pouzdro elektrického přijímače nebo konstrukce spojeno se zemí, získávají potenciál fáze sítě nebo blízko ní.

Rýže. 2. Zkrat na rám v síti s izolovaným neutrálem

Dotýkat se těla je stejné jako dotýkat se fáze.Lidským tělem, botami, podlahou, zemí, svodovým odporem a kapacitou použitelných fází je vytvořen uzavřený okruh (pro jednoduchost nejsou na obr. 2 znázorněny kapacitní odpory).

Proud v tomto zkratu závisí na jeho odporu a může vážně zranit nebo zabít člověka.

Rýže. 3. Osoba se dotkne drátu v síti s izolovaným neutrálem v přítomnosti země v síti

Z řečeného vyplývá, že aby proud procházel zemí, je potřeba mít uzavřený obvod (někdy se představuje, že proud „jde k zemi“ není pravda). V sítích s izolovaným neutrálním napětím do 1000 V jsou svodové a kapacitní proudy obvykle malé. Závisí na stavu izolace a délce sítě. I v rozsáhlé síti jsou v rozmezí několika ampérů a méně. Proto jsou tyto proudy obvykle nedostatečné k roztavení pojistek nebo přerušení spojení jističe.

Při napětích nad 1000 V mají primární význam kapacitní proudy; mohou dosahovat i několika desítek ampér (pokud není zajištěna jejich kompenzace). V těchto sítích se však vypínání poruchových úseků při jednofázových poruchách obvykle nepoužívá, aby nedocházelo k přerušení dodávky.

Proto v síti s izolovaným neutrálem, v přítomnosti jednofázového zkratu (který je signalizován zařízeními pro kontrolu izolace), elektrické přijímače nadále pracují. To je možné, protože v případě jednofázového zkratu se síťové napětí (fáze na fázi) nemění a všechny elektrické přijímače jsou napájeny bez přerušení.Ale v případě jednofázové poruchy v síti s izolovaným neutrálem se napětí nepoškozených fází vůči zemi zvýší na lineární a to přispívá k výskytu druhého zemního spojení v jiné fázi. Výsledné dvojité zemní spojení představuje vážné nebezpečí pro lidi. Proto by každá síť s jednofázovým zkratem měla být považována za nouzovou, protože obecné podmínky zabezpečení v takovém stavu sítě se prudce zhoršují.

Takže přítomnost "země" zvyšuje nebezpečí elektrický šok při dotyku živých částí. To je patrné například z obrázku 3, který ukazuje průchod poruchového proudu při náhodném dotyku vodiče s proudem fáze A a neopravené „uzemnění“ ve fázi C. V tomto případě je člověk pod vlivem síťového napětí sítě. Jednofázové zemní nebo kostrové poruchy musí být proto odstraněny co nejdříve.