Com funciona una xarxa de corrent trifàsica amb un neutre aïllat

Les xarxes elèctriques poden funcionar amb neutre posat a terra o aïllat de transformadors i generadors... Les xarxes de 6, 10 i 35 kV funcionen amb neutre aïllat de transformadors. Les xarxes de 660, 380 i 220 V poden funcionar tant amb neutre aïllat com a terra. Les xarxes de quatre fils 380/220 més habituals que compleixen els requisits Normes d'instal·lació elèctrica (PUE) ha de tenir un neutre posat a terra.

Considereu les xarxes amb un neutre aïllat... La figura 1a mostra un diagrama d'aquesta xarxa de corrent trifàsica. El bobinatge es mostra connectat en estrella, però tot el que es diu a continuació també s'aplica al cas de connectar el bobinatge secundari en delta.

Arròs. 1. Esquema d'una xarxa de corrent trifàsica amb neutre aïllat (a). Posada a terra de la xarxa amb neutre aïllat (b).

Per molt bo que sigui l'aïllament global de les parts actives de la xarxa de la terra, els conductors de la xarxa sempre estan connectats a terra. Aquesta relació és doble.

1. L'aïllament de les parts actives té una certa resistència (o conductivitat) respecte a terra, normalment expressada en megaohms.Això vol dir que una certa quantitat de corrent flueix a través de l'aïllament dels cables i del terra. Amb un bon aïllament, aquest corrent és molt petit.

Suposem, per exemple, que la tensió entre el cable d'una fase de la xarxa i el terra és de 220 V, i la resistència d'aïllament d'aquest cable, mesurada amb un megòhmetre, és de 0,5 MΩ. Això significa que el corrent a terra 220 d'aquesta fase és 220 / (0,5 x 1.000.000) = 0,00044 A o 0,44 mA. Aquest corrent s'anomena corrent de fuga.

Convencionalment, per a una major claredat, al diagrama de la resistència d'aïllament de tres fases es representen r1, r2, r3 en forma de resistències, cadascuna connectada a un punt del cable. De fet, els corrents de fuga en una xarxa de treball es distribueixen uniformement al llarg de tota la longitud dels cables, a cada secció de la xarxa es tanquen a través del terra i la seva suma (geomètrica, és a dir, tenint en compte el canvi de fase) és zero.

2. Una connexió del segon tipus està formada per la capacitat dels cables de xarxa respecte a terra. Què vol dir?

Cada cable i terra de xarxa es poden considerar dos plaques de condensadors allargades… A les línies aèries, el conductor i la terra són com les plaques d'un condensador, i l'aire entre ells és un dielèctric. A les línies de cable, les plaques del condensador són el nucli del cable i la funda metàl·lica connectada a terra, i l'aïllant és l'aïllament.

Amb la tensió alterna, el canvi en les càrregues dels condensadors fa que apareguin corrents alterns i flueixin pels condensadors. Aquests anomenats corrents capacitius en una xarxa de treball es distribueixen uniformement al llarg de la longitud dels cables i en cada secció individual també es tanquen a través del terra. A la fig.1, i les resistències dels condensadors de les tres fases a terra x1, x2, x3 es mostren convencionalment connectades cadascun a un punt de la xarxa. Com més gran sigui la longitud de la xarxa, majors seran les fuites i els corrents capacitius.

Vegem què passarà en el que es mostra a la figura 1 i en la xarxa, si es produeix una falla a terra en una de les fases (per exemple A), és a dir, el conductor d'aquesta fase es connectarà a terra a través d'un cable relativament petit. resistència. Aquest cas es mostra a la figura 1, b. Atès que la resistència entre la fase del cable A i la terra és petita, la resistència de fuga i la capacitat a terra d'aquesta fase són derivades per la resistència de posada a terra Ara, sota la influència de la tensió de línia de la xarxa UB, els corrents de fuga i els corrents capacitius de dues fases de funcionament passaran pel punt de fallada i terra. Els camins actuals s'indiquen amb fletxes a la figura.

El curtcircuit que es mostra a la figura 1, b s'anomena falla a terra monofàsica i el corrent de falla resultant s'anomena corrent monofàsica.

Ara imagineu que un curtcircuit monofàsic a causa d'un dany a l'aïllament no s'ha produït directament a terra, sinó al cos d'algun receptor elèctric: un motor elèctric, un aparell elèctric o una estructura metàl·lica sobre la qual es col·loquen cables elèctrics ( Fig. 2). Aquest tancament s'anomena curtcircuit de caixa. Si al mateix temps la carcassa del receptor elèctric o l'estructura no està connectada a terra, adquireixen el potencial de la fase de xarxa o properes a aquesta.

Arròs. 2. Curt a trama en xarxa amb neutre aïllat

Tocar el cos és el mateix que tocar la fase.Es forma un circuit tancat a través del cos humà, les sabates, el terra, el sòl, la resistència de fuites i la capacitat de les fases utilitzables (per simplificar, les resistències capacitives no es mostren a la figura 2).

El corrent en aquest curtcircuit depèn de la seva resistència i pot ferir greument o matar una persona.

Arròs. 3. Una persona toca un cable en una xarxa amb un neutre aïllat en presència de terra a la xarxa

Del que s'ha dit, es dedueix que perquè el corrent passi pel terra, cal tenir un circuit tancat (de vegades s'imagina que el corrent "va a terra" no és cert). A les xarxes amb una tensió neutra aïllada de fins a 1000 V, els corrents de fuga i capacitius solen ser petits. Depenen de l'estat de l'aïllament i de la longitud de la xarxa. Fins i tot en una xarxa extensa, es troben a uns pocs amperes i menys. Per tant, aquests corrents solen ser insuficients per fondre fusibles o trencar la connexió disjuntors.

A tensions superiors a 1000 V, els corrents capacitius tenen una importància primordial; poden arribar a diverses desenes d'amperes (si no es preveu la seva compensació). No obstant això, en aquestes xarxes no s'acostuma a utilitzar l'activació de trams avariats durant avaries monofàsiques per tal de no crear interrupcions en el subministrament.

Per tant, en una xarxa amb un neutre aïllat, en presència d'un curtcircuit monofàsic (que és senyalitzat per dispositius de control d'aïllament), els receptors elèctrics continuen funcionant. Això és possible perquè en el cas d'un curtcircuit monofàsic, la tensió de línia (fase a fase) no canvia i tots els receptors elèctrics reben energia sense interrupció.Però en el cas d'una falla monofàsica en una xarxa amb un neutre aïllat, les tensions de les fases no danyades respecte a terra augmenten a lineals i això contribueix a l'aparició d'una segona falla a terra en una altra fase. La doble falla a terra resultant suposa un greu perill per a les persones. Per tant, qualsevol xarxa amb un curtcircuit monofàsic s'ha de considerar d'emergència, ja que les condicions generals de seguretat en aquesta condició de xarxa es deterioren bruscament.

Així que la presència de "terra" augmenta el perill descàrrega elèctrica en tocar parts actives. Això es pot veure, per exemple, a la figura 3, que mostra el pas del corrent de falla en tocar accidentalment el conductor de corrent de la fase A i una "connexió a terra" no reparada a la fase C. En aquest cas, es troba sota la influència. de la tensió de línia de la xarxa. Per tant, els errors de terra o de bastidor monofàsics s'han de corregir el més aviat possible.