Πώς λειτουργεί ένα τριφασικό δίκτυο ρεύματος με απομονωμένο ουδέτερο
Τα ηλεκτρικά δίκτυα μπορούν να λειτουργήσουν με γειωμένο ή απομονωμένο ουδέτερο μετασχηματιστών και γεννητριών... Τα δίκτυα 6, 10 και 35 kV λειτουργούν με απομονωμένο ουδέτερο μετασχηματιστών. Τα δίκτυα 660, 380 και 220 V μπορούν να λειτουργήσουν τόσο με απομονωμένο όσο και με γειωμένο ουδέτερο. Τα πιο κοινά δίκτυα τεσσάρων καλωδίων 380/220 που συμμορφώνονται με τις απαιτήσεις Κανόνες για ηλεκτρική εγκατάσταση (PUE) πρέπει να έχει γειωμένο ουδέτερο.
Θεωρήστε δίκτυα με απομονωμένο ουδέτερο... Το σχήμα 1α δείχνει ένα διάγραμμα ενός τέτοιου τριφασικού ρεύματος δικτύου. Η περιέλιξη φαίνεται συνδεδεμένη με αστέρι, αλλά όλα όσα αναφέρονται παρακάτω ισχύουν και για την περίπτωση σύνδεσης της δευτερεύουσας περιέλιξης σε δέλτα.
Ρύζι. 1. Διάγραμμα τριφασικού ρεύματος δικτύου με απομονωμένο ουδέτερο (α). Γείωση δικτύου με απομονωμένο ουδέτερο (β).
Ανεξάρτητα από το πόσο καλή είναι η συνολική μόνωση των ενεργών τμημάτων του δικτύου από τη γείωση, οι αγωγοί του δικτύου είναι πάντα συνδεδεμένοι στη γείωση. Αυτή η σχέση είναι διπλή.
1. Η μόνωση των ενεργών μερών έχει μια ορισμένη αντίσταση (ή αγωγιμότητα) σε σχέση με τη γείωση, συνήθως εκφρασμένη σε megohm.Αυτό σημαίνει ότι ένα ορισμένο ποσό ρεύματος ρέει μέσω της μόνωσης των συρμάτων και του εδάφους. Με καλή μόνωση, αυτό το ρεύμα είναι πολύ μικρό.
Ας υποθέσουμε, για παράδειγμα, ότι η τάση μεταξύ του καλωδίου μιας φάσης του δικτύου και της γείωσης είναι 220 V και η αντίσταση μόνωσης αυτού του σύρματος, μετρούμενη με ένα μεγοχόμετρο, είναι 0,5 MΩ. Αυτό σημαίνει ότι το ρεύμα προς τη γείωση 220 από αυτή τη φάση είναι 220 / (0,5 x 1.000.000) = 0,00044 A ή 0,44 mA. Αυτό το ρεύμα ονομάζεται ρεύμα διαρροής.
Συμβατικά, για μεγαλύτερη σαφήνεια, στο διάγραμμα της αντίστασης μόνωσης τριών φάσεων τα r1, r2, r3 απεικονίζονται με τη μορφή αντιστάσεων, καθεμία συνδεδεμένη σε ένα σημείο του σύρματος. Στην πραγματικότητα, τα ρεύματα διαρροής σε ένα δίκτυο εργασίας κατανέμονται ομοιόμορφα σε όλο το μήκος των καλωδίων, σε κάθε τμήμα του δικτύου κλείνουν μέσω του εδάφους και το άθροισμά τους (γεωμετρικό, δηλαδή, λαμβάνοντας υπόψη τη μετατόπιση φάσης) είναι μηδέν.
2. Μια σύνδεση του δεύτερου τύπου σχηματίζεται από την χωρητικότητα των καλωδίων δικτύου σε σχέση με τη γείωση. Τι σημαίνει?
Κάθε καλώδιο δικτύου και γείωση μπορούν να θεωρηθούν ως δύο επιμήκεις πλάκες πυκνωτών… Στις εναέριες γραμμές, ο αγωγός και η γείωση είναι σαν τις πλάκες ενός πυκνωτή και ο αέρας μεταξύ τους είναι διηλεκτρικός. Στις γραμμές καλωδίων, οι πλάκες πυκνωτών είναι ο πυρήνας του καλωδίου και το μεταλλικό περίβλημα που συνδέονται με τη γείωση και ο μονωτήρας είναι η μόνωση.
Με την εναλλασσόμενη τάση, η αλλαγή στα φορτία στους πυκνωτές προκαλεί την εμφάνιση εναλλασσόμενων ρευμάτων και τη ροή μέσω των πυκνωτών. Αυτά τα λεγόμενα χωρητικά ρεύματα σε ένα δίκτυο εργασίας κατανέμονται ομοιόμορφα κατά μήκος των συρμάτων και σε κάθε μεμονωμένο τμήμα κλείνουν επίσης μέσω του εδάφους. Στο σχ.1, και οι αντιστάσεις των πυκνωτών των τριών φάσεων στη γείωση x1, x2, x3 φαίνονται συμβατικά συνδεδεμένοι ο καθένας σε ένα σημείο δικτύου. Όσο μεγαλύτερο είναι το μήκος του δικτύου, τόσο μεγαλύτερα είναι τα ρεύματα διαρροής και χωρητικότητας.
Ας δούμε τι θα συμβεί σε αυτό που φαίνεται στο σχήμα 1 και στο δίκτυο, εάν συμβεί σφάλμα γείωσης σε μια από τις φάσεις (για παράδειγμα Α), δηλαδή ο αγωγός αυτής της φάσης θα συνδεθεί με τη γη μέσω ενός σχετικά μικρού αντίσταση. Μια τέτοια περίπτωση φαίνεται στο σχήμα 1, β. Δεδομένου ότι η αντίσταση μεταξύ της φάσης του καλωδίου Α και της γείωσης είναι μικρή, η αντίσταση διαρροής και η χωρητικότητα προς το έδαφος αυτής της φάσης αποκλίνουν από την αντίσταση γείωσης. Τώρα, υπό την επίδραση της τάσης γραμμής του δικτύου UB, τα ρεύματα διαρροής και χωρητικά ρεύματα δύο φάσεων λειτουργίας θα περάσουν από το σημείο αστοχίας και τη γείωση. Οι τρέχουσες διαδρομές υποδεικνύονται με βέλη στο σχήμα.
Το βραχυκύκλωμα που φαίνεται στο σχήμα 1, b ονομάζεται μονοφασικό σφάλμα γείωσης και το ρεύμα σφάλματος που προκύπτει ονομάζεται μονοφασικό ρεύμα.
Τώρα φανταστείτε ότι ένα μονοφασικό βραχυκύκλωμα λόγω βλάβης στη μόνωση δεν έχει συμβεί απευθείας στο έδαφος, αλλά στο σώμα κάποιου ηλεκτρικού δέκτη — ενός ηλεκτρικού κινητήρα, μιας ηλεκτρικής συσκευής ή σε μια μεταλλική κατασκευή στην οποία έχουν τοποθετηθεί ηλεκτρικά καλώδια ( Εικ. 2). Ένα τέτοιο κλείσιμο ονομάζεται βραχυκύκλωμα θήκης. Εάν ταυτόχρονα το περίβλημα του ηλεκτρικού δέκτη ή η κατασκευή δεν είναι συνδεδεμένο με το έδαφος, αποκτούν το δυναμικό της φάσης δικτύου ή κοντά σε αυτό.
Ρύζι. 2. Βραχυκύκλωμα στο πλαίσιο σε δίκτυο με απομονωμένο ουδέτερο
Το να αγγίζεις το σώμα είναι το ίδιο με το να αγγίζεις τη φάση.Ένα κλειστό κύκλωμα σχηματίζεται μέσω του ανθρώπινου σώματος, των παπουτσιών, του δαπέδου, του εδάφους, της αντίστασης διαρροής και της χωρητικότητας των χρησιμοποιήσιμων φάσεων (για λόγους απλότητας, οι χωρητικές αντιστάσεις δεν φαίνονται στο Σχ. 2).
Το ρεύμα σε αυτό το βραχυκύκλωμα εξαρτάται από την αντίστασή του και μπορεί να τραυματίσει σοβαρά ή να σκοτώσει ένα άτομο.
Ρύζι. 3. Ένα άτομο αγγίζει ένα καλώδιο σε ένα δίκτυο με απομονωμένο ουδέτερο παρουσία γείωσης στο δίκτυο
Από όσα ειπώθηκαν, προκύπτει ότι για να περάσει το ρεύμα από το έδαφος, είναι απαραίτητο να υπάρχει κλειστό κύκλωμα (μερικές φορές φαντάζεται ότι το ρεύμα «πάει στο έδαφος» δεν ισχύει). Σε δίκτυα με απομονωμένη ουδέτερη τάση έως 1000 V, η διαρροή και τα χωρητικά ρεύματα είναι συνήθως μικρά. Εξαρτώνται από την κατάσταση της μόνωσης και το μήκος του δικτύου. Ακόμη και σε ένα εκτεταμένο δίκτυο, είναι μέσα σε λίγα αμπέρ και λιγότερο. Επομένως, αυτά τα ρεύματα είναι συνήθως ανεπαρκή για να λιώσουν οι ασφάλειες ή να σπάσουν τη σύνδεση διακόπτες κυκλώματος.
Σε τάσεις πάνω από 1000 V, τα χωρητικά ρεύματα είναι πρωταρχικής σημασίας. μπορούν να φτάσουν αρκετές δεκάδες αμπέρ (αν δεν παρέχεται η αποζημίωση τους). Ωστόσο, σε αυτά τα δίκτυα, η ενεργοποίηση των σφαλμάτων τμημάτων κατά τη διάρκεια μονοφασικών βλαβών συνήθως δεν χρησιμοποιείται για να μην δημιουργηθούν διακοπές στην τροφοδοσία.
Επομένως, σε ένα δίκτυο με απομονωμένο ουδέτερο, παρουσία μονοφασικού βραχυκυκλώματος (το οποίο σηματοδοτείται από συσκευές ελέγχου μόνωσης), οι ηλεκτρικοί δέκτες συνεχίζουν να λειτουργούν. Αυτό είναι δυνατό γιατί στην περίπτωση ενός μονοφασικού βραχυκυκλώματος, η τάση γραμμής (φάση σε φάση) δεν αλλάζει και όλοι οι ηλεκτρικοί δέκτες λαμβάνουν ρεύμα χωρίς διακοπή.Αλλά σε περίπτωση μονοφασικού σφάλματος σε δίκτυο με απομονωμένο ουδέτερο, οι τάσεις των μη κατεστραμμένων φάσεων ως προς το έδαφος αυξάνονται σε γραμμικές και αυτό συμβάλλει στην εμφάνιση ενός δεύτερου σφάλματος γείωσης σε άλλη φάση. Το προκύπτον σφάλμα διπλής γείωσης αποτελεί σοβαρό κίνδυνο για τους ανθρώπους. Επομένως, κάθε δίκτυο με μονοφασικό βραχυκύκλωμα σε αυτό θα πρέπει να θεωρείται έκτακτης ανάγκης, καθώς οι γενικές συνθήκες ασφαλείας σε μια τέτοια κατάσταση δικτύου επιδεινώνονται απότομα.
Άρα η παρουσία «γης» αυξάνει τον κίνδυνο ηλεκτροπληξία όταν αγγίζετε ενεργά μέρη. Αυτό φαίνεται, για παράδειγμα, από το σχήμα 3, το οποίο δείχνει τη διέλευση του ρεύματος σφάλματος όταν αγγίξετε κατά λάθος τον αγωγό που μεταφέρει ρεύμα της φάσης Α και μια μη επισκευασμένη "γείωση" στη φάση C. Στην περίπτωση αυτή, κάποιος βρίσκεται υπό την επίδραση της τάσης γραμμής του δικτύου. Επομένως, οι μονοφασικές βλάβες γείωσης ή πλαισίου πρέπει να διορθωθούν το συντομότερο δυνατό.
