L'uso di reti elettriche con neutro isolato

Un neutro isolato è il neutro di un trasformatore o generatore che non è collegato a un dispositivo di messa a terra o è collegato ad esso tramite un'elevata resistenza.

Le reti elettriche con neutro isolato sono utilizzate nelle reti elettriche con tensioni di 380 - 660 V e 3 - 35 kV.

Applicazione di reti con neutro isolato a tensione fino a 1000 V

Reti elettriche a tre fili con neutro isolato sono utilizzati a una tensione di 380 - 660 V, quando è necessario soddisfare i maggiori requisiti di sicurezza elettrica (reti elettriche di miniere di carbone, miniere di potassio, miniere di torba, installazioni mobili). Le reti di impianti elettrici mobili possono essere realizzate con quattro fili.

Nel funzionamento normale, le tensioni delle fasi di rete verso terra sono simmetriche e numericamente uguali alla tensione di fase dell'impianto e le correnti nelle fasi sorgente sono uguali alle correnti di carico di fase.

Nelle reti con una tensione fino a 1 kV (di norma, brevi lunghezze), viene trascurata la conducibilità capacitiva delle fasi rispetto al suolo.

Quando una persona tocca la fase della rete, la corrente passa attraverso il suo corpo

Azh = 3Uf / (3r3+z)

dove Uf — tensione di fase; r3 — la resistenza del corpo umano (preso pari a 1 kΩ); z — impedenza dall'isolamento della fase a terra (100 kΩ o più per fase).

Poiché z >>r3, la corrente I è trascurabilmente piccola. Pertanto, è relativamente sicuro per una persona toccare la fase. È questa circostanza che determina l'uso di un neutro isolato negli impianti elettrici di quegli oggetti i cui locali, dal punto di vista del pericolo di scosse elettriche per le persone, sono classificati come particolarmente pericolosi o di pericolo elevato.

In caso di isolamento difettoso, quando z << rz, una persona, toccando la fase, cade sotto la tensione di fase. In questo caso la corrente. passaggio attraverso il corpo umano può superare il valore letale.

Nei guasti a terra monofase, la tensione delle fasi guaste rispetto al suolo aumenta linearmente e la corrente che attraversa il corpo umano quando tocca la fase intatta al momento di un cortocircuito è sempre pericolosa, in quanto raggiunge diverse centinaia milliampere (qui z << rз e al posto del valore va sostituito nella formula il valore Uf della tensione di linea, cioè √3.

Una conseguenza di quanto sopra è l'uso in tali reti come misura protettiva di disconnessione protettiva o messa a terra in combinazione con reti di isolamento di monitoraggio delle condizioni. In questi impianti elettrici non è consentito il funzionamento a lungo termine della rete con guasti a terra monofase.

La base per l'uso della messa a terra in combinazione con il monitoraggio dell'isolamento della sezione trasversale è il fatto che la corrente di guasto a terra solida Ic nelle reti con neutro isolato, non dipende dalla resistenza di terra degli involucri delle apparecchiature elettriche, che non sono normalmente eccitato (a causa del fatto che la conducibilità del punto di messa a terra è significativamente superiore alla somma della conducibilità del neutro, dell'isolamento e della capacità di fase rispetto alla terra), e la tensione della fase danneggiata rispetto alla terra Uz è una piccola parte della tensione di fase della sorgente.

I valori delle grandezze AzSand Uz per l'isolamento delle resistenze simmetriche rispetto al terreno sono determinati come segue:

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

dove rz — resistenza di messa a terra degli alloggiamenti delle apparecchiature elettriche. Poiché z >> rz, allora Uz << Uf.

Come si può vedere dalle formule, nelle reti con neutro isolato, il cortocircuito di una fase verso terra non provoca correnti di cortocircuito, la corrente I è di diversi milliampere. Lo spegnimento protettivo garantisce lo spegnimento automatico dell'impianto elettrico in caso di scossa elettrica e nelle reti sotterranee si basa sul monitoraggio automatico delle condizioni dell'isolamento.

Applicazione di reti con neutro isolato a tensioni superiori a 1000 V

Le reti elettriche a tre fili con una tensione superiore a 1 kV con un neutro isolato (con basse correnti di messa a terra) includono reti con una tensione di 3 - 33 kV. Qui non si può trascurare la conduttanza capacitiva delle fasi rispetto a terra.

In modalità normale le correnti nelle fasi della sorgente sono determinate dalla somma geometrica dei carichi e delle correnti capacitive delle fasi rispetto a terra.La somma geometrica delle correnti capacitive delle tre fasi è pari a zero, quindi nessuna la corrente scorre attraverso il terreno.

In un guasto a terra solido, la tensione a terra di questa fase guasta diventa approssimativamente uguale a zero e le tensioni a terra delle altre due fasi (guaste) aumentano fino a valori lineari. Anche le correnti capacitive delle fasi non danneggiate aumentano di √3 volte, poiché ora non vengono applicate le tensioni di fase, ma le tensioni di linea alle capacità di fase. Di conseguenza, la corrente capacitiva di un guasto a terra monofase risulta essere 3 volte la normale corrente capacitiva per fase.

Il valore assoluto di queste correnti è relativamente piccolo. Quindi, per una linea elettrica aerea con una tensione di 10 kV e una lunghezza di 10 km, la corrente capacitiva è NScirca 0,3 A., e per una linea di cavi con la stessa tensione e lunghezza - 10 A.

L'uso di una rete a tre fili con una tensione di 3 - 35 kV con un neutro isolato non è dovuto ai requisiti di sicurezza elettrica (tali reti sono sempre pericolose per le persone) e alla capacità di garantire il normale funzionamento dei ricevitori elettrici collegati alla tensione fase-fase per un certo periodo di tempo. Il fatto è che con guasti a terra monofase in reti con fase-neutro isolata, la tensione fase-fase rimane invariata in grandezza e la fase viene spostata di un angolo di 120 °.

L'aumento di tensione in fasi non danneggiate fino a un valore lineare si estende fino a quando tutto è presente e, con un'esposizione prolungata, sono possibili danni all'isolamento e un conseguente cortocircuito tra le fasi.Pertanto, in tali reti, per individuare rapidamente i guasti a terra, è opportuno eseguire un controllo automatico dell'isolamento, agendo sul segnale quando la resistenza di isolamento di una delle fasi scende al di sotto di un valore prefissato.

Nelle reti che alimentano sottostazioni di impianti mobili, miniere di torba, miniere di carbone e nelle miniere di potassio, la protezione da guasto a terra deve operare per disconnettersi.

Quando una fase viene chiusa a terra da un arco ad arco, fenomeni di risonanza e sovratensioni pericolose fino a (2,5 — 3,9) Uph, che, con isolamento indebolito, portano al suo guasto e cortocircuito. Pertanto, il livello di isolamento della linea è determinato dalla frequenza delle sovratensioni risonanti.

Gli archi di interruzione si verificano in reti con correnti di guasto a terra capacitive superiori a 10 e 15 A rispettivamente a tensioni di 35 e 20 kV, superiori a 20 e 30 A a tensioni rispettivamente di 6 e 10 kV.

Per eliminare la possibilità di archi intermittenti e per eliminare le conseguenze pericolose associate per l'isolamento delle apparecchiature elettriche nella parte neutra di una rete a tre fili include un induttivo reattore di soppressione dell'arco… L'induttanza del reattore è scelta in modo tale che la corrente capacitiva nel punto del guasto a terra sia la più piccola possibile e allo stesso tempo garantisca il funzionamento della protezione del relè che reagisce a un guasto a terra monofase.

MA Korotkevich