Come funziona una rete a corrente trifase con neutro isolato

Le reti elettriche possono funzionare con neutro a terra o isolato di trasformatori e generatori... Le reti da 6, 10 e 35 kV funzionano con neutro isolato di trasformatori. Le reti a 660, 380 e 220 V possono funzionare sia con neutro isolato che con messa a terra. Le più comuni reti a quattro fili 380/220 conformi ai requisiti regole per l'installazione elettrica (PUE) deve avere un neutro collegato a terra.

Considera le reti con un neutro isolato... La Figura 1a mostra un diagramma di una tale rete di corrente trifase. L'avvolgimento è mostrato collegato a stella, ma quanto detto di seguito vale anche per il caso di collegamento del secondario a triangolo.

Riso. 1. Schema di una rete in corrente trifase con neutro isolato (a). Messa a terra della rete con neutro isolato (b).

Non importa quanto sia buono l'isolamento complessivo delle parti in tensione della rete da terra, i conduttori della rete sono sempre collegati a terra. Questa relazione è duplice.

1. L'isolamento delle parti in tensione ha una certa resistenza (o conducibilità) rispetto a terra, solitamente espressa in megaohm.Ciò significa che una certa quantità di corrente scorre attraverso l'isolamento dei fili e la terra. Con un buon isolamento, questa corrente è molto piccola.

Supponiamo, ad esempio, che la tensione tra il filo di una fase della rete e la terra sia di 220 V e che la resistenza di isolamento di questo filo, misurata con un megaohmmetro, sia di 0,5 MΩ. Ciò significa che la corrente verso terra 220 da questa fase è 220 / (0,5 x 1.000.000) = 0,00044 A o 0,44 mA. Questa corrente è chiamata corrente di dispersione.

Convenzionalmente, per maggiore chiarezza, sul diagramma della resistenza di isolamento di tre fasi r1, r2, r3 sono rappresentate sotto forma di resistenze, ciascuna collegata ad un punto del filo. Infatti, le correnti di dispersione in una rete funzionante sono distribuite uniformemente lungo l'intera lunghezza dei fili, in ogni sezione della rete sono chiuse attraverso il terreno e la loro somma (geometrica, cioè tenendo conto dello sfasamento) è zero.

2. Una connessione del secondo tipo è formata dalla capacità dei fili di rete rispetto alla terra. Cosa significa?

Ogni filo di rete e terra può essere considerato come due piastre del condensatore allungate… Nelle linee aeree, il conduttore e la terra sono come le piastre di un condensatore e l'aria tra di loro è un dielettrico. Nelle linee dei cavi, le piastre del condensatore sono l'anima del cavo e la guaina metallica collegate a terra e l'isolante è l'isolamento.

Con la tensione alternata, la variazione delle cariche sui condensatori provoca la comparsa e il flusso di correnti alternate attraverso i condensatori. Queste cosiddette correnti capacitive in una rete funzionante sono distribuite uniformemente lungo la lunghezza dei fili e in ogni singola sezione sono anche chiuse attraverso il terreno. Nella fig.1, e le resistenze dei condensatori delle tre fasi verso massa x1, x2, x3 sono convenzionalmente rappresentate collegate ciascuna ad un punto della griglia. Maggiore è la lunghezza della rete, maggiori sono le correnti di dispersione e capacitive.

Vediamo cosa accadrà in quella mostrata in figura 1 e la rete, se si verifica un guasto a terra in una delle fasi (ad esempio A), cioè il conduttore di questa fase sarà collegato a terra attraverso un relativamente piccolo resistenza. Un caso del genere è mostrato in figura 1, b. Poiché la resistenza tra la fase del filo A e la terra è piccola, la resistenza di dispersione e la capacità verso terra di questa fase sono deviate dalla resistenza di terra Ora, sotto l'influenza della tensione di linea della rete UB, le correnti di dispersione e le correnti capacitive di due fasi operative passeranno attraverso il punto di guasto e la terra. I percorsi correnti sono indicati dalle frecce nella figura.

Il cortocircuito mostrato nella Figura 1, b è chiamato guasto a terra monofase e la corrente di guasto risultante è chiamata corrente monofase.

Ora immagina che un cortocircuito monofase dovuto a danni all'isolamento si sia verificato non direttamente a terra, ma al corpo di un ricevitore elettrico: un motore elettrico, un apparecchio elettrico o una struttura metallica su cui sono posati i cavi elettrici ( figura 2). Tale chiusura è chiamata caso di cortocircuito. Se allo stesso tempo l'alloggiamento del ricevitore elettrico o la struttura non sono collegati a terra, acquisiscono il potenziale della fase di rete o vicino ad essa.

Riso. 2. Cortocircuito verso telaio in rete con neutro isolato

Toccare il corpo equivale a toccare la fase.Si forma un circuito chiuso attraverso il corpo umano, le scarpe, il pavimento, il terreno, la resistenza di dispersione e la capacità delle fasi utilizzabili (per semplicità le resistenze capacitive non sono mostrate in Fig. 2).

La corrente in questo cortocircuito dipende dalla sua resistenza e può ferire gravemente o uccidere una persona.

Riso. 3. Una persona tocca un filo in una rete con neutro isolato in presenza di terra nella rete

Da quanto detto ne consegue che affinché la corrente passi attraverso il terreno è necessario avere un circuito chiuso (a volte si immagina che la corrente "va a terra" non è vero). Nelle reti con tensione neutra isolata fino a 1000 V, le correnti di dispersione e capacitive sono generalmente piccole. Dipendono dalle condizioni dell'isolamento e dalla lunghezza della rete. Anche in una rete estesa, sono all'interno di pochi amplificatori e meno. Pertanto, queste correnti sono generalmente insufficienti per fondere i fusibili o interrompere la connessione interruttori.

A tensioni superiori a 1000 V le correnti capacitive sono di primaria importanza; possono raggiungere diverse decine di ampere (se non è prevista la loro compensazione). Tuttavia, in queste reti, l'intervento delle sezioni guaste durante i guasti monofase non viene solitamente utilizzato per non creare interruzioni nell'alimentazione.

Pertanto, in una rete con neutro isolato, in presenza di un cortocircuito monofase (che viene segnalato dai dispositivi di controllo dell'isolamento), i ricevitori elettrici continuano a funzionare. Ciò è possibile perché in caso di cortocircuito monofase la tensione di linea (da fase a fase) non cambia e tutti i ricevitori elettrici ricevono alimentazione senza interruzioni.Ma nel caso di un guasto monofase in una rete con neutro isolato, le tensioni delle fasi non danneggiate rispetto alla terra aumentano fino a essere lineari e ciò contribuisce alla comparsa di un secondo guasto a terra in un'altra fase. Il conseguente doppio guasto verso terra rappresenta un grave pericolo per le persone. Pertanto, qualsiasi rete con un cortocircuito monofase al suo interno dovrebbe essere considerata un'emergenza, poiché le condizioni generali di sicurezza in una tale condizione di rete si deteriorano drasticamente.

Quindi la presenza di "terra" aumenta il pericolo elettro-shock quando si toccano parti in tensione. Lo si può vedere, ad esempio, dalla figura 3, che mostra il passaggio della corrente di guasto quando si tocca accidentalmente il conduttore di corrente della fase A e una "messa a terra" non riparata nella fase C. In questo caso, si è sotto l'influenza della tensione di linea della rete. Pertanto, i guasti a terra monofase o al telaio devono essere eliminati il ​​prima possibile.