Como funciona uma rede de corrente trifásica com neutro isolado

Redes elétricas podem funcionar com neutro aterrado ou isolado de transformadores e geradores... Redes de 6, 10 e 35 kV trabalham com neutro isolado de transformadores. As redes 660, 380 e 220 V podem trabalhar tanto com neutro isolado quanto com neutro aterrado. As redes de quatro fios mais comuns 380/220 que atendem aos requisitos regras para instalação elétrica (PUE) deve ter um neutro aterrado.

Considere redes com um neutro isolado... A Figura 1a mostra um diagrama dessa rede de corrente trifásica. O enrolamento é mostrado conectado em estrela, mas tudo o que foi dito abaixo também se aplica ao caso de conectar o enrolamento secundário em delta.

Arroz. 1. Diagrama de uma rede de corrente trifásica com neutro isolado (a). Aterramento da rede com neutro isolado (b).

Não importa quão bom seja o isolamento geral das partes vivas da rede em relação à terra, os condutores da rede estão sempre conectados à terra. Essa relação é dupla.

1. O isolamento das partes energizadas tem uma certa resistência (ou condutividade) em relação ao terra, geralmente expressa em megohms.Isso significa que uma certa quantidade de corrente flui através do isolamento dos fios e do solo. Com bom isolamento, esta corrente é muito pequena.

Suponha, por exemplo, que a tensão entre o fio de uma fase da rede e o terra seja de 220 V, e a resistência de isolamento desse fio, medida com um megaohmímetro, seja de 0,5 MΩ. Isso significa que a corrente para o terra 220 desta fase é 220 / (0,5 x 1.000.000) = 0,00044 A ou 0,44 mA. Essa corrente é chamada de corrente de fuga.

Convencionalmente, para maior clareza, no diagrama da resistência de isolamento de três fases r1, r2, r3 são representados na forma de resistências, cada uma conectada a um ponto do fio. De fato, as correntes de fuga em uma rede de trabalho são distribuídas uniformemente ao longo de todo o comprimento dos fios, em cada seção da rede são fechadas pelo solo e sua soma (geométrica, ou seja, levando em consideração o deslocamento de fase) é zero.

2. Uma conexão do segundo tipo é formada pela capacitância dos fios da rede em relação ao solo. O que isso significa?

Cada fio de rede e terra podem ser considerados como dois placas de capacitores alongados… Em linhas aéreas, o condutor e o terra são como as placas de um capacitor, e o ar entre eles é um dielétrico. Nas linhas de cabos, as placas do capacitor são o núcleo do cabo e a bainha de metal conectadas ao terra, e o isolador é o isolamento.

Com tensão alternada, a mudança nas cargas nos capacitores faz com que correntes alternadas apareçam e fluam através dos capacitores. Essas chamadas correntes capacitivas em uma rede de trabalho são distribuídas uniformemente ao longo do comprimento dos fios e em cada seção individual também são fechadas pelo solo. Na fig.1, e as resistências dos capacitores das três fases ao terra x1, x2, x3 são mostradas convencionalmente conectadas cada uma a um ponto da grade. Quanto maior o comprimento da rede, maiores as correntes de fuga e capacitivas.

Vejamos o que acontecerá no mostrado na figura 1 e na rede, se ocorrer uma falta à terra em uma das fases (por exemplo A), ou seja, o condutor desta fase será conectado à terra através de um relativamente pequeno resistência. Tal caso é mostrado na figura 1, b. Como a resistência entre a fase do fio A e o solo é pequena, a resistência de fuga e a capacitância para o solo desta fase são desviadas pela resistência de aterramento. Agora, sob a influência da tensão de linha da rede UB, as correntes de fuga e correntes capacitivas de duas fases de operação passarão pelo ponto de falha e terra. Os caminhos atuais são indicados por setas na figura.

O curto-circuito mostrado na Figura 1, b é chamado de falta à terra monofásica, e a corrente de falta resultante é chamada de corrente monofásica.

Agora imagine que um curto-circuito monofásico devido a danos no isolamento ocorreu não diretamente no solo, mas no corpo de algum receptor elétrico - um motor elétrico, um aparelho elétrico ou uma estrutura metálica na qual os fios elétricos são colocados ( Figura 2). Tal fechamento é chamado de curto-circuito da caixa. Se ao mesmo tempo o alojamento do receptor elétrico ou a estrutura não estiver conectada ao solo, eles adquirem o potencial da fase da rede ou próximo a ela.

Arroz. 2. Curto-circuito ao quadro na rede com neutro isolado

Tocar o corpo é o mesmo que tocar a FASE.Um circuito fechado é formado através do corpo humano, dos sapatos, do piso, do solo, da resistência de fuga e da capacitância das fases utilizáveis ​​(para simplificar, as resistências capacitivas não são mostradas na Fig. 2).

A corrente neste curto-circuito depende de sua resistência e pode ferir gravemente ou matar uma pessoa.

Arroz. 3. Uma pessoa toca um fio em uma rede com um neutro isolado na presença de terra na rede

Do que foi dito, conclui-se que para que a corrente passe pelo chão é necessário ter um circuito fechado (às vezes imagina-se que a corrente "vai para o chão" não é verdade). Em redes com tensão de neutro isolado até 1000 V, as correntes de fuga e capacitivas são geralmente pequenas. Dependem do estado do isolamento e do comprimento da rede. Mesmo em uma rede extensa, eles estão dentro de alguns amperes e menos. Portanto, essas correntes geralmente são insuficientes para derreter fusíveis ou quebrar a conexão disjuntores.

Em tensões acima de 1000 V, as correntes capacitivas são de importância primária; eles podem atingir várias dezenas de amperes (se sua compensação não for fornecida). No entanto, nessas redes, o disparo de seções em falta durante faltas monofásicas geralmente não é usado para não criar interrupções no fornecimento.

Portanto, em uma rede com neutro isolado, na presença de um curto-circuito monofásico (que é sinalizado por dispositivos de controle de isolação), os receptores elétricos continuam funcionando. Isso é possível porque no caso de um curto-circuito monofásico, a tensão da linha (fase a fase) não muda e todos os receptores elétricos recebem energia sem interrupção.Mas no caso de uma falta monofásica em uma rede com neutro isolado, as tensões das fases não danificadas em relação ao terra aumentam para lineares e isso contribui para o aparecimento de uma segunda falta à terra em outra fase. A falha de aterramento dupla resultante representa um sério perigo para as pessoas. Portanto, qualquer rede com um curto-circuito monofásico deve ser considerada uma emergência, uma vez que as condições gerais de segurança em tal condição de rede se deterioram drasticamente.

Assim, a presença de "terra" aumenta o perigo choque elétrico ao tocar em partes vivas. Isso pode ser visto, por exemplo, na figura 3, que mostra a passagem da corrente de falta ao tocar acidentalmente o condutor portador de corrente da fase A e um "aterramento" não reparado na fase C. Nesse caso, está-se sob a influência da tensão de linha da rede. Portanto, faltas monofásicas à terra ou à estrutura devem ser retificadas o mais rápido possível.