Како функционише трофазна струјна мрежа са изолованим неутралом

Електричне мреже могу да раде са уземљеним или изолованим неутралом трансформатора и генератора... Мреже 6, 10 и 35 кВ раде са изолованим нултом трансформатора. Мреже од 660, 380 и 220 В могу радити са изолованим и уземљеним неутралним. Најчешће четворожичне мреже 380/220 које испуњавају захтеве правила за електричну инсталацију (ПУЕ) мора имати уземљену неутралну.

Размотримо мреже са изолованом неутралном... На слици 1а приказан је дијаграм такве мреже трофазне струје. Намотај је приказан спојен у звезду, али све наведено у наставку важи и за случај спајања секундарног намотаја у трокут.

Пиринач. 1. Дијаграм трофазне струјне мреже са изолованом неутралом (а). Мрежно уземљење са изолованим неутралним елементом (б).

Без обзира колико је добра укупна изолација делова мреже под напоном од земље, проводници мреже су увек повезани са земљом. Овај однос је двострук.

1. Изолација делова под напоном има одређени отпор (или проводљивост) у односу на уземљење, обично изражен у мегоомима.То значи да кроз изолацију жица и уземљења тече одређена количина струје. Са добром изолацијом, ова струја је веома мала.

Претпоставимо, на пример, да је напон између жице једне фазе мреже и земље 220 В, а отпор изолације ове жице, мерен мегоомметром, износи 0,5 МΩ. То значи да је струја уземљења 220 из ове фазе 220 / (0,5 к 1,000,000) = 0,00044 А или 0,44 мА. Ова струја се назива струја цурења.

Уобичајено, ради веће јасноће, на дијаграму отпора изолације три фазе р1, р2, р3 су приказане у облику отпора, од којих је сваки повезан на једну тачку жице. У ствари, струје цурења у радној мрежи су распоређене равномерно дуж целе дужине жица, у сваком делу мреже су затворене кроз земљу, а њихов збир (геометријски, односно узимајући у обзир фазни помак) је нула.

2. Веза другог типа формира се капацитетом мрежних жица у односу на уземљење. Шта то значи?

Свака мрежна жица и уземљење могу се сматрати двема издужене плоче кондензатора… У надземним водовима, проводник и уземљење су као плоче кондензатора, а ваздух између њих је диелектрик. У кабловским водовима, кондензаторске плоче су језгро кабла и метални омотач спојени са земљом, а изолатор је изолација.

Код наизменичног напона, промена наелектрисања на кондензаторима изазива појаву наизменичних струја које протичу кроз кондензаторе. Ове такозване капацитивне струје у радној мрежи су равномерно распоређене по дужини жица и у сваком појединачном делу су такође затворене кроз земљу. На сл.1, а отпори кондензатора три фазе према маси к1, к2, к3 су конвенционално приказани повезани на једну тачку мреже. Што је већа дужина мреже, то су веће цурење и капацитивне струје.

Да видимо шта ће се десити у оној приказаној на слици 1 и мрежи, ако дође до земљоспоја у некој од фаза (на пример А), односно, проводник ове фазе ће бити повезан са земљом кроз релативно мали отпор. Такав случај је приказан на слици 1, б. Пошто је отпор између жичане фазе А и уземљења мали, отпор цурења и капацитивност према земљи ове фазе су шантовани отпором уземљења.Сада под утицајем линијског напона мреже УБ, струје цурења а капацитивне струје две радне фазе проћи ће кроз тачку квара и уземљење. Тренутне путање су означене стрелицама на слици.

Кратки спој приказан на слици 1, б назива се једнофазни земљоспој, а резултујућа струја квара се назива једнофазна струја.

Сада замислите да је једнофазни кратки спој услед оштећења изолације настао не директно на земљу, већ на тело неког електричног пријемника — електромотора, електричног апарата или металне конструкције на коју су положене електричне жице ( Слика 2). Такво затварање се назива кратки спој кућишта. Ако у исто време кућиште електричног пријемника или конструкције није спојено са земљом, они стичу потенцијал мрежне фазе или близу њега.

Пиринач. 2. Кратак до оквира у мрежи са изолованим неутралним

Додиривање тела је исто што и додиривање фазе.Затворено коло се формира кроз људско тело, ципеле, под, земљу, отпор цурења и капацитет употребљивих фаза (ради једноставности, капацитивни отпори нису приказани на слици 2).

Струја у овом кратком споју зависи од његовог отпора и може озбиљно да повреди или убије особу.

Пиринач. 3. Особа додирује жицу у мрежи са изолованим неутралним елементом у присуству земље у мрежи

Из реченог произилази да је за пролазак струје кроз земљу потребно да постоји затворено коло (понекад се замишља да струја „иде у земљу“ није тачно). У мрежама са изолованим неутралним напоном до 1000 В, цурење и капацитивне струје су обично мале. Они зависе од стања изолације и дужине мреже. Чак иу широкој мрежи, они су унутар неколико ампера и мање. Због тога су ове струје обично недовољне за растојање осигурача или прекид везе прекидачи кола.

При напонима изнад 1000 В, капацитивне струје су од примарног значаја; могу достићи неколико десетина ампера (ако није обезбеђена њихова компензација). Међутим, у овим мрежама се обично не користи искључивање оштећених делова при једнофазним кваровима како се не би стварали прекиди у напајању.

Стога, у мрежи са изолованим неутралним елементом, у присуству једнофазног кратког споја (који сигнализирају уређаји за контролу изолације), електрични пријемници настављају да раде. Ово је могуће јер се у случају једнофазног кратког споја линијски напон (фаза у фазу) не мења и сви електрични пријемници добијају струју без прекида.Али у случају једнофазног квара у мрежи са изолованом неутралом, напони неоштећених фаза у односу на уземљење се повећавају на линеарни и то доприноси појави другог земљоспоја у другој фази. Двоструки земљоспој који настаје као резултат представља озбиљну опасност за људе. Стога, сваку мрежу са једнофазним кратким спојем у њој треба сматрати хитном, пошто се општи безбедносни услови у таквом стању мреже нагло погоршавају.

Дакле, присуство "земља" повећава опасност струјни удар када додирнете делове под напоном. То се може видети, на пример, са слике 3, која показује пролазак струје квара при случајном додиру струјног проводника фазе А и непоправљеног „уземљења“ у фази Ц. У овом случају, неко је под утицајем линијског напона мреже. Због тога, једнофазни кварови уземљења или оквира морају бити отклоњени што је пре могуће.