Použití elektrických sítí s izolovaným neutrálem

Izolovaný neutrál je neutrál transformátoru nebo generátoru, který není připojen k uzemňovacímu zařízení nebo je k němu připojen přes vysoký odpor.

Elektrické sítě s izolovaným neutrálem se používají v elektrických sítích s napětím 380 — 660 V a 3 — 35 kV.

Aplikace sítí s izolovaným neutrálem při napětí do 1000 V

Třívodičové elektrické sítě s izolovaným neutrálem se používají při napětí 380 — 660 V, kdy je nutné dodržet zvýšené požadavky na elektrickou bezpečnost (elektrické sítě uhelných dolů, potašových dolů, rašelinišť, mobilní instalace). Sítě mobilních elektroinstalací lze realizovat čtyřvodičově.

V normálním provozu jsou napětí fází sítě vůči zemi symetrická a číselně rovna fázovému napětí instalace a proudy ve fázích zdroje se rovnají fázovým zátěžovým proudům.

V sítích s napětím do 1 kV (zpravidla krátké délky) se zanedbává kapacitní vodivost fází vůči zemi.

Když se člověk dotkne fáze sítě, proud prochází jeho tělem

Azh = 3Uf / (3r3+ z)

kde Uf — fázové napětí; r3 — odpor lidského těla (uvažovaný rovný 1 kΩ); z — impedance od izolace fáze k zemi (100 kΩ nebo více na fázi).

Od z >>r3 je proud I zanedbatelně malý. Proto je pro člověka relativně bezpečné se fáze dotknout. Právě tato okolnost určuje použití izolovaného neutrálu v elektrických instalacích těch objektů, jejichž prostory jsou z hlediska nebezpečí úrazu elektrickým proudem pro osoby klasifikovány jako zvláště nebezpečné nebo se zvýšeným nebezpečím.

V případě vadné izolace, kdy z << rz, osoba, která se dotkne fáze, spadne pod fázové napětí. V tomto případě proud. průchod lidským tělem může překročit smrtelnou hodnotu.

Při jednofázových zemních poruchách se napětí poruchových fází vůči zemi lineárně zvyšuje a proud procházející lidským tělem, když se dotkne neporušené fáze v okamžiku zkratu, je vždy nebezpečný, protože dosahuje několika stovek miliampérech (zde z << rз a místo hodnoty Hodnota Uf síťového napětí musí být do vzorce dosazena, tedy √3.

Důsledkem výše uvedeného je použití v takových sítích jako ochranné opatření ochranného odpojení nebo uzemnění v kombinaci s izolačními sítěmi pro monitorování stavu. V těchto elektrických instalacích není povolen dlouhodobý provoz sítě s jednofázovými zemními poruchami.

Základem pro použití uzemnění v kombinaci s monitorováním průřezové izolace je skutečnost, že pevný zemní poruchový proud Ic v sítích s izolovaným neutrálem nezávisí na zemním odporu krytů elektrických zařízení, která nejsou normálně pod napětím (vzhledem k tomu, že vodivost uzemňovacího bodu je výrazně vyšší než součet vodivosti neutrálu, izolační a fázové kapacity vůči zemi), a napětí poškozené fáze vůči zemi Uz je malá část fázového napětí zdroje.

Hodnoty veličin AzSand Uz pro symetrické odpory izolace vůči zemi se určují takto:

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

kde rz — zemnící odpor krytů elektrických zařízení. Od z >> rz, pak Uz << Uf.

Jak je vidět ze vzorců, v sítích s izolovaným neutrálem nezpůsobuje zkrat jedné fáze k zemi zkratové proudy, proud I je několik miliampérů. Ochranné vypnutí zajišťuje automatické vypnutí elektroinstalace při úrazu elektrickým proudem a v podzemních sítích je založeno na automatickém sledování stavu izolace.

Aplikace sítí s izolovaným neutrálem při napětí nad 1000 V

Třívodičové elektrické sítě s napětím vyšším než 1 kV s izolovaným neutrálem (s nízkými zemnícími proudy) zahrnují sítě s napětím 3 — 33 kV. Zde nelze opomenout kapacitní vodivost fází vzhledem k zemi.

V normálním režimu jsou proudy ve fázích zdroje určeny geometrickým součtem zátěží a kapacitních proudů fází vzhledem k zemi Geometrický součet kapacitních proudů tří fází je roven nule, proto ne proud protéká zemí.

Při pevném zemním spojení se napětí vůči zemi této vadné fáze přibližně rovná nule a napětí vůči zemi ostatních dvou (poruchových) fází se zvýší na lineární hodnoty. Kapacitní proudy nepoškozených fází se také zvyšují √3krát, protože na fázové kapacity se nyní neaplikuje fázová, ale síťová napětí. Výsledkem je, že kapacitní proud jednofázové zemní poruchy je 3krát větší než normální kapacitní proud na fázi.

Absolutní hodnota těchto proudů je relativně malá. Takže pro nadzemní elektrické vedení s napětím 10 kV a délkou 10 km je kapacitní proud NSasi 0,3 A. a pro kabelové vedení se stejným napětím a délkou - 10 A.

Použití třívodičové sítě s napětím 3 — 35 kV s izolovaným neutrálem není způsobeno požadavky na elektrickou bezpečnost (takové sítě jsou vždy nebezpečné pro lidi) a schopností zajistit normální provoz připojených elektrických přijímačů na fázově fázové napětí po určitou dobu. Faktem je, že u jednofázových zemních poruch v sítích s izolovaným fázově neutrálním napětím zůstává mezifázové napětí nezměněno ve velikosti a fáze je posunuta o úhel 120 °.

Nárůst napětí v nepoškozených fázích na lineární hodnotu se prodlužuje, dokud tam není vše, a při delší expozici je možné poškození izolace a následný zkrat mezi fázemi.Proto by v takových sítích, aby se rychle našly zemní poruchy, měla být provedena automatická kontrola izolace působící na signál, když izolační odpor jedné z fází klesne pod předem stanovenou hodnotu.

V sítích zásobujících rozvodny mobilních instalací, rašelinových dolů, uhelných dolů a V dolech na potaš musí fungovat zemní ochrana, aby se odpojila.

Při uzavření fáze k zemi obloukem dochází k rezonančním jevům a nebezpečným přepětím až (2,5 — 3,9) Uph, které při oslabené izolaci vedou k její poruše a zkratu. Proto je úroveň izolace vedení určena frekvencí rezonančních přepětí.

Přerušující oblouky se vyskytují v sítích s kapacitními zemními poruchovými proudy nad 10 a 15 A při napětí 35, resp. 20 kV, nad 20 a 30 A při napětí 6 a 10 kV, v tomto pořadí.

K vyloučení možnosti vzniku přerušovaných oblouků a k odstranění souvisejících nebezpečných následků pro izolaci elektrických zařízení v neutrální části třívodičové sítě obsahuje indukční reaktor pro potlačení oblouku… Indukčnost tlumivky je volena tak, aby kapacitní proud v místě zemního spojení byl co nejmenší a zároveň zaručoval činnost reléové ochrany reagující na jednofázový zemní zkrat.

M.A. Korotkevič