Hoe een driefasig stroomnetwerk met een geïsoleerde nulleider werkt

Elektrische netwerken kunnen werken met geaarde of geïsoleerde nulleider van transformatoren en generatoren... 6, 10 en 35 kV netwerken werken met geïsoleerde nulleider van transformatoren. 660, 380 en 220 V-netwerken kunnen werken met zowel geïsoleerde als geaarde nulleider. De meest voorkomende vierdraadsnetwerken 380/220 die voldoen aan de eisen regels voor elektrische installatie (PUE) moet een geaarde nulleider hebben.

Denk aan netwerken met een geïsoleerde nulleider... Figuur 1a toont een schematische weergave van zo'n draaistroomnet. De wikkeling is in ster aangesloten weergegeven, maar alles wat hieronder wordt gezegd, is ook van toepassing op het geval dat de secundaire wikkeling in delta wordt aangesloten.

Rijst. 1. Schema van een driefasig stroomnetwerk met geïsoleerde nulleider (a). Netwerkaarding met geïsoleerde nulleider (b).

Ongeacht hoe goed de algehele isolatie van onder spanning staande delen van het netwerk van aarde is, de geleiders van het netwerk zijn altijd verbonden met aarde. Deze relatie is tweeledig.

1. De isolatie van onder spanning staande delen heeft een bepaalde weerstand (of geleidbaarheid) ten opzichte van aarde, meestal uitgedrukt in megaohm.Dit betekent dat er een bepaalde hoeveelheid stroom door de isolatie van de draden en de aarde vloeit. Bij goede isolatie is deze stroom zeer klein.

Stel bijvoorbeeld dat de spanning tussen de draad van een fase van het netwerk en de aarde 220 V is en dat de isolatieweerstand van deze draad, gemeten met een megohmmeter, 0,5 MΩ is. Dit betekent dat de stroom naar aarde 220 vanaf deze fase 220 / (0,5 x 1.000.000) = 0,00044 A of 0,44 mA is. Deze stroom wordt lekstroom genoemd.

Conventioneel, voor meer duidelijkheid, worden op het diagram van de isolatieweerstand van drie fasen r1, r2, r3 weergegeven in de vorm van weerstanden, elk verbonden met één punt van de draad. In feite zijn de lekstromen in een werkend netwerk gelijkmatig verdeeld over de gehele lengte van de draden, in elk deel van het netwerk zijn ze gesloten door de grond en hun som (geometrisch, dat wil zeggen rekening houdend met de faseverschuiving) is nul.

2. Een verbinding van het tweede type wordt gevormd door de capaciteit van de netwerkdraden ten opzichte van de aarde. Wat betekent het?

Elke netwerkdraad en aarde kunnen als twee worden beschouwd langwerpige condensatorplaten… In bovenleidingen zijn de geleider en aarde als de platen van een condensator, en de lucht ertussen is een diëlektricum. In kabellijnen zijn de condensatorplaten de kabelkern en de metalen mantel die met aarde is verbonden, en de isolator is de isolatie.

Met wisselspanning zorgt de verandering in de lading op de condensatoren ervoor dat wisselstromen verschijnen en door de condensatoren stromen. Deze zogenaamde capacitieve stromen in een werkend netwerk worden gelijkmatig verdeeld over de lengte van de draden en worden in elke afzonderlijke sectie ook afgesloten door de grond. In afb.1, en de weerstanden van de condensatoren van de drie fasen naar aarde x1, x2, x3 worden conventioneel weergegeven, elk verbonden met één roosterpunt. Hoe groter de lengte van het netwerk, hoe groter de lek- en capacitieve stromen.

Laten we eens kijken wat er zal gebeuren in degene getoond in figuur 1 en het netwerk, als er een aardfout optreedt in een van de fasen (bijvoorbeeld A), dat wil zeggen dat de geleider van deze fase via een relatief kleine verbinding met de aarde zal worden verbonden weerstand. Een dergelijk geval is weergegeven in figuur 1, b. Aangezien de weerstand tussen de draadfase A en de aarde klein is, worden de lekweerstand en de capaciteit naar de aarde van deze fase geshunt door de aardingsweerstand. Nu, onder invloed van de lijnspanning van het netwerk UB, zullen de lekstromen en capacitieve stromen van twee bedrijfsfasen zullen door het faalpunt en aarde gaan. In de figuur zijn de huidige paden met pijlen aangegeven.

De kortsluiting getoond in figuur 1, b wordt een enkelfasige aardfout genoemd en de resulterende foutstroom wordt een enkelfasige stroom genoemd.

Stel je nu voor dat een enkelfasige kortsluiting als gevolg van isolatieschade niet rechtstreeks op de grond is opgetreden, maar op het lichaam van een elektrische ontvanger - een elektromotor, een elektrisch apparaat of een metalen structuur waarop elektrische draden zijn gelegd ( Fig. 2). Zo'n afsluiting wordt een zaakkortsluiting genoemd. Als tegelijkertijd de behuizing van de elektrische ontvanger of de structuur niet met de grond is verbonden, verwerven ze het potentieel van de netwerkfase of dichtbij.

Rijst. 2. Kortsluiting naar frame in netwerk met geïsoleerde nulleider

Het aanraken van het lichaam is hetzelfde als het aanraken van de fase.Er wordt een gesloten circuit gevormd door het menselijk lichaam, de schoenen, de vloer, de grond, de lekweerstand en de capaciteit van de bruikbare fasen (voor de eenvoud zijn de capacitieve weerstanden niet weergegeven in figuur 2).

De stroom in deze kortsluiting is afhankelijk van de weerstand en kan een persoon ernstig verwonden of doden.

Rijst. 3. Een persoon raakt een draad aan in een netwerk met een geïsoleerde nulleider in aanwezigheid van aarde in het netwerk

Uit wat er is gezegd, volgt dat om de stroom door de grond te laten gaan, er een gesloten circuit nodig is (soms wordt gedacht dat de stroom "naar de grond gaat" niet waar is). In netwerken met geïsoleerde neutrale spanning tot 1000 V zijn lek- en capacitieve stromen meestal klein. Ze zijn afhankelijk van de staat van de isolatie en de lengte van het netwerk. Zelfs in een uitgebreid netwerk zitten ze binnen een paar ampère en minder. Daarom zijn deze stromen meestal onvoldoende om zekeringen te laten smelten of de verbinding te verbreken stroomonderbrekers.

Bij spanningen boven 1000 V zijn capacitieve stromen van primair belang; ze kunnen enkele tientallen ampère bereiken (als hun compensatie niet wordt verstrekt). In deze netwerken wordt het trippen van defecte secties tijdens enkelfasige fouten echter meestal niet gebruikt om geen onderbrekingen in de voeding te veroorzaken.

Daarom blijven de elektrische ontvangers in een netwerk met een geïsoleerde nulleider, in de aanwezigheid van een enkelfasige kortsluiting (die wordt gesignaleerd door isolatiecontroleapparaten). Dit is mogelijk omdat in het geval van een enkelfasige kortsluiting de lijnspanning (fase tot fase) niet verandert en alle elektrische ontvangers stroom krijgen zonder onderbreking.Maar in het geval van een enkelfasige storing in een netwerk met een geïsoleerde nulleider, nemen de spanningen van de onbeschadigde fasen ten opzichte van de grond toe tot lineair en dit draagt ​​bij aan het optreden van een tweede aardlek in een andere fase. De resulterende dubbele aardfout vormt een ernstig gevaar voor mensen. Daarom moet elk netwerk met een enkelfasige kortsluiting als een noodgeval worden beschouwd, aangezien de algemene veiligheidsomstandigheden in een dergelijke netwerkconditie sterk verslechteren.

Dus de aanwezigheid van "land" verhoogt het gevaar elektrische schok bij het aanraken van onder spanning staande delen. Dit is bijvoorbeeld te zien aan figuur 3, die de doorgang van de foutstroom laat zien bij het per ongeluk aanraken van de stroomvoerende geleider van fase A en een niet herstelde "aarding" in fase C. In dit geval is men onder invloed van de lijnspanning van het netwerk. Daarom moeten enkelfasige aardings- of framefouten zo snel mogelijk worden verholpen.