Η χρήση ηλεκτρικών δικτύων με απομονωμένο ουδέτερο

Ένας απομονωμένος ουδέτερος είναι ο ουδέτερος ενός μετασχηματιστή ή γεννήτριας που δεν είναι συνδεδεμένος σε συσκευή γείωσης ή συνδέεται με αυτόν μέσω υψηλής αντίστασης.

Τα ηλεκτρικά δίκτυα με απομονωμένο ουδέτερο χρησιμοποιούνται σε ηλεκτρικά δίκτυα με τάσεις 380 — 660 V και 3 — 35 kV.

Εφαρμογή δικτύων με απομονωμένο ουδέτερο σε τάση έως 1000 V

Ηλεκτρικά δίκτυα τριών καλωδίων με απομονωμένο ουδέτερο χρησιμοποιούνται σε τάση 380 — 660 V, όταν είναι απαραίτητο να συμμορφωθούν με τις αυξημένες απαιτήσεις για ηλεκτρική ασφάλεια (ηλεκτρικά δίκτυα ανθρακωρυχείων, ορυχεία ποτάσας, ορυχεία τύρφης, κινητές εγκαταστάσεις). Δίκτυα κινητών ηλεκτρικών εγκαταστάσεων μπορούν να υλοποιηθούν με τέσσερα καλώδια.

Σε κανονική λειτουργία, οι τάσεις των φάσεων του δικτύου προς τη γείωση είναι συμμετρικές και αριθμητικά ίσες με την τάση φάσης της εγκατάστασης και τα ρεύματα στις φάσεις πηγής είναι ίσα με τα ρεύματα φορτίου φάσης.

Σε δίκτυα με τάση έως 1 kV (κατά κανόνα, μικρά μήκη), η χωρητική αγωγιμότητα των φάσεων σε σχέση με το έδαφος παραμελείται.

Όταν ένα άτομο αγγίζει τη φάση του δικτύου, το ρεύμα διέρχεται από το σώμα του

Azh = 3Uf / (3r3+ z)

όπου Uf — τάση φάσης. r3 — η αντίσταση του ανθρώπινου σώματος (λαμβανόμενη ίση με 1 kΩ). z — αντίσταση από την απομόνωση της φάσης στη γείωση (100 kΩ ή περισσότερο ανά φάση).

Από z >>r3, το ρεύμα I είναι αμελητέα μικρό. Επομένως, είναι σχετικά ασφαλές για ένα άτομο να αγγίξει τη φάση. Είναι αυτή η περίσταση που καθορίζει τη χρήση ενός απομονωμένου ουδέτερου στις ηλεκτρικές εγκαταστάσεις εκείνων των αντικειμένων των οποίων οι χώροι, από την άποψη του κινδύνου ηλεκτροπληξίας για τους ανθρώπους, ταξινομούνται ως ιδιαίτερα επικίνδυνοι ή αυξημένου κινδύνου.

Σε περίπτωση ελαττωματικής μόνωσης, όταν z << rz, ένα άτομο, αγγίζοντας τη φάση, πέφτει κάτω από την τάση φάσης. Σε αυτή την περίπτωση το ρεύμα. διέλευση από το ανθρώπινο σώμα μπορεί να υπερβεί τη θανατηφόρα τιμή.

Σε μονοφασικά σφάλματα γείωσης, η τάση των σφαλμάτων φάσεων σε σχέση με το έδαφος αυξάνεται γραμμικά και το ρεύμα που διέρχεται από το ανθρώπινο σώμα όταν αγγίζει την άθικτη φάση τη στιγμή ενός βραχυκυκλώματος είναι πάντα επικίνδυνο, καθώς φτάνει σε αρκετές εκατοντάδες milliamperes (εδώ z << rз και αντί για την τιμή Η τιμή Uf της τάσης γραμμής πρέπει να αντικατασταθεί στον τύπο, δηλ. √3.

Συνέπεια των παραπάνω είναι η χρήση σε τέτοια δίκτυα ως προστατευτικό μέτρο προστατευτικής αποσύνδεσης ή γείωσης σε συνδυασμό με δίκτυα απομόνωσης παρακολούθησης κατάστασης. Σε αυτές τις ηλεκτρολογικές εγκαταστάσεις δεν επιτρέπεται η μακροχρόνια λειτουργία του δικτύου με μονοφασικές βλάβες γείωσης.

Η βάση για τη χρήση της γείωσης σε συνδυασμό με την παρακολούθηση διατομής μόνωσης είναι το γεγονός ότι το στερεό ρεύμα σφάλματος γείωσης Ic σε δίκτυα με απομονωμένο ουδέτερο, δεν εξαρτάται από την αντίσταση γείωσης των περιβλημάτων του ηλεκτρικού εξοπλισμού, τα οποία δεν είναι κανονικά ενεργοποιημένο (λόγω του γεγονότος ότι η αγωγιμότητα του σημείου γείωσης είναι σημαντικά υψηλότερη από το άθροισμα της αγωγιμότητας του ουδέτερου, της μόνωσης και της χωρητικότητας φάσης σε σχέση με το έδαφος) και η τάση της κατεστραμμένης φάσης σε σχέση με τη γείωση Uz είναι ένα μικρό μέρος της τάσης φάσης της πηγής.

Οι τιμές των ποσοτήτων AzSand Uz για μόνωση συμμετρικών αντιστάσεων σε σχέση με το έδαφος προσδιορίζονται ως εξής:

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

όπου rz — αντίσταση γείωσης περιβλημάτων ηλεκτρικού εξοπλισμού. Αφού z >> rz, τότε Uz << Uf.

Όπως φαίνεται από τους τύπους, σε δίκτυα με απομονωμένο ουδέτερο, το βραχυκύκλωμα μιας φάσης στη γείωση δεν προκαλεί ρεύματα βραχυκυκλώματος, το ρεύμα I είναι αρκετά χιλιοστά αμπέρ. Η προστατευτική διακοπή λειτουργίας διασφαλίζει την αυτόματη απενεργοποίηση της ηλεκτρικής εγκατάστασης σε περίπτωση ηλεκτροπληξίας και σε υπόγεια δίκτυα βασίζεται στην αυτόματη παρακολούθηση της κατάστασης της μόνωσης.

Εφαρμογή δικτύων με απομονωμένο ουδέτερο σε τάσεις άνω των 1000 V

Τα ηλεκτρικά δίκτυα τριών καλωδίων με τάση μεγαλύτερη από 1 kV με απομονωμένο ουδέτερο (με χαμηλά ρεύματα γείωσης) περιλαμβάνουν δίκτυα με τάση 3 — 33 kV. Εδώ, η χωρητική αγωγιμότητα των φάσεων σε σχέση με το έδαφος δεν μπορεί να παραμεληθεί.

Στην κανονική λειτουργία, τα ρεύματα στις φάσεις της πηγής προσδιορίζονται από το γεωμετρικό άθροισμα των φορτίων και των χωρητικών ρευμάτων των φάσεων ως προς το έδαφος.Το γεωμετρικό άθροισμα των χωρητικών ρευμάτων των τριών φάσεων είναι ίσο με μηδέν, επομένως όχι ρεύμα ρέει μέσα από το έδαφος.

Σε ένα σφάλμα στερεάς γείωσης, η τάση προς τη γείωση αυτής της προβληματικής φάσης γίνεται περίπου ίση με το μηδέν, και οι τάσεις στη γείωση των άλλων δύο (βλαβών) φάσεων αυξάνονται σε γραμμικές τιμές. Τα χωρητικά ρεύματα των μη κατεστραμμένων φάσεων αυξάνονται επίσης √3 φορές, αφού πλέον δεν εφαρμόζονται τάσεις φάσης, αλλά τάσης γραμμής στις χωρητικότητες των φάσεων. Ως αποτέλεσμα, το χωρητικό ρεύμα ενός μονοφασικού σφάλματος γείωσης αποδεικνύεται ότι είναι 3 φορές το κανονικό χωρητικό ρεύμα ανά φάση.

Η απόλυτη τιμή αυτών των ρευμάτων είναι σχετικά μικρή. Έτσι, για μια εναέρια γραμμή ηλεκτρικής ενέργειας με τάση 10 kV και μήκος 10 km, το χωρητικό ρεύμα είναι NS περίπου 0,3 A. και για μια καλωδιακή γραμμή με την ίδια τάση και μήκος - 10 A.

Η χρήση ενός δικτύου τριών καλωδίων με τάση 3 — 35 kV με απομονωμένο ουδέτερο δεν οφείλεται στις απαιτήσεις για ηλεκτρική ασφάλεια (τέτοια δίκτυα είναι πάντα επικίνδυνα για τους ανθρώπους) και στην ικανότητα να διασφαλίζεται η κανονική λειτουργία των συνδεδεμένων ηλεκτρικών δεκτών σε τάση φάσης για ορισμένο χρονικό διάστημα. Το γεγονός είναι ότι με μονοφασικά σφάλματα γείωσης σε δίκτυα με απομονωμένη ουδέτερη φάση, η τάση φάσης προς φάση παραμένει αμετάβλητη σε μέγεθος και η φάση μετατοπίζεται κατά γωνία 120 °.

Η άνοδος της τάσης σε άθικτες φάσεις σε μια γραμμική τιμή εκτείνεται έως ότου όλα είναι εκεί και με παρατεταμένη έκθεση, είναι δυνατή η ζημιά στη μόνωση και ένα επακόλουθο βραχυκύκλωμα μεταξύ των φάσεων.Επομένως, σε τέτοια δίκτυα, για να εντοπιστούν γρήγορα σφάλματα γείωσης, θα πρέπει να πραγματοποιείται αυτόματος έλεγχος μόνωσης, ενεργώντας στο σήμα όταν η αντίσταση μόνωσης μιας από τις φάσεις πέσει κάτω από μια προκαθορισμένη τιμή.

Σε δίκτυα που τροφοδοτούν υποσταθμούς κινητών εγκαταστάσεων, ορυχεία τύρφης, ανθρακωρυχεία και σε ορυχεία ποτάσας, η προστασία από σφάλματα γης πρέπει να λειτουργεί για αποσύνδεση.

Όταν μια φάση είναι κλειστή στο έδαφος από τόξο τόξου, φαινόμενα συντονισμού και επικίνδυνες υπερτάσεις μέχρι (2,5 — 3,9) Uph, οι οποίες, με εξασθενημένη μόνωση, οδηγούν σε αστοχία και βραχυκύκλωσή της. Ως εκ τούτου, το επίπεδο απομόνωσης γραμμής καθορίζεται από τη συχνότητα των υπερτάσεων συντονισμού.

Τα τόξα διακοπής εμφανίζονται σε δίκτυα με χωρητικά ρεύματα σφάλματος γείωσης πάνω από 10 και 15 A σε τάσεις 35 και 20 kV, αντίστοιχα, πάνω από 20 και 30 A σε τάσεις 6 και 10 kV, αντίστοιχα.

Για την εξάλειψη της πιθανότητας διακοπτόμενων τόξων και την εξάλειψη των σχετικών επικίνδυνων συνεπειών για τη μόνωση, ο ηλεκτρικός εξοπλισμός στο ουδέτερο τμήμα ενός δικτύου τριών συρμάτων περιλαμβάνει ένα επαγωγικό αντιδραστήρα καταστολής τόξου… Η επαγωγή του αντιδραστήρα επιλέγεται με τέτοιο τρόπο ώστε το χωρητικό ρεύμα στη θέση του σφάλματος γείωσης να είναι όσο το δυνατόν μικρότερο και ταυτόχρονα να εγγυάται τη λειτουργία της προστασίας ρελέ που αντιδρά σε μονοφασικό σφάλμα γείωσης.

M.A. Korotkevich