A utilização de redes elétricas com neutro isolado

Um neutro isolado é o neutro de um transformador ou gerador que não está conectado a um dispositivo de aterramento ou está conectado a ele por meio de uma alta resistência.

Redes elétricas com neutro isolado são usadas em redes elétricas com tensões de 380 — 660 V e 3 — 35 kV.

Aplicação de redes com neutro isolado em tensão até 1000 V

Redes elétricas a três fios com neutro isolado são usados ​​com uma tensão de 380 a 660 V, quando é necessário cumprir os requisitos aumentados de segurança elétrica (redes elétricas de minas de carvão, minas de potássio, minas de turfa, instalações móveis). As redes de instalações elétricas móveis podem ser implementadas com quatro fios.

Em operação normal, as tensões das fases da rede à terra são simétricas e numericamente iguais às tensões de fase da instalação, e as correntes nas fases da fonte são iguais às correntes de carga da fase.

Em redes com tensão de até 1 kV (via de regra, comprimentos curtos), a condutividade capacitiva das fases em relação ao solo é negligenciada.

Quando uma pessoa toca a fase da rede, a corrente passa por seu corpo

Azh = 3Uf / (3r3+z)

onde Uf — tensão de fase; r3 — a resistência do corpo humano (considerada igual a 1 kΩ); z — impedância de isolamento da fase para terra (100 kΩ ou mais por fase).

Como z >>r3, a corrente I é desprezivelmente pequena. Portanto, é relativamente seguro para uma pessoa tocar a FASE. É esta circunstância que determina a utilização de neutro isolado nas instalações elétricas daqueles objetos cujas instalações, do ponto de vista do perigo de choque elétrico para as pessoas, são classificadas como particularmente perigosas ou de perigo acrescido.

No caso de isolamento defeituoso, quando z << rz, uma pessoa, tocando a fase, cai sob a tensão da fase. Neste caso a corrente. passagem pelo corpo humano pode exceder o valor letal.

Nas faltas monofásicas à terra, a tensão das fases faltosas em relação à terra aumenta linearmente, e a corrente que passa pelo corpo humano quando toca a fase intacta no momento de um curto-circuito é sempre perigosa, pois atinge várias centenas miliampères (aqui z << rз e em vez do valor O valor Uf da tensão da linha deve ser substituído na fórmula, ou seja, √3.

Uma consequência do exposto acima é o uso em tais redes como uma medida de proteção de desconexão ou aterramento de proteção em combinação com redes de isolamento de monitoramento de condição. A operação de longo prazo da rede com falhas à terra monofásicas não é permitida nessas instalações elétricas.

A base para o uso do aterramento em combinação com o monitoramento da isolação transversal é o fato de que a corrente de falta à terra sólida Ic em redes com neutro isolado não depende da resistência de aterramento das caixas dos equipamentos elétricos, que não são normalmente energizado (devido ao fato de que a condutividade do ponto de aterramento é significativamente maior que a soma da condutividade do neutro, isolamento e capacidade de fase em relação ao solo), e a tensão da fase danificada em relação ao solo Uz é uma pequena parte da tensão de fase da fonte.

Os valores das quantidades AzSand Uz para isolamento de resistências simétricas em relação ao solo são determinados da seguinte forma:

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

onde rz — resistência de aterramento de caixas de equipamentos elétricos. Como z >> rz, então Uz << Uf.

Como pode ser visto nas fórmulas, em redes com neutro isolado, o curto-circuito de uma fase ao solo não causa correntes de curto-circuito, a corrente I é de vários miliampères. O desligamento protetor garante o desligamento automático da instalação elétrica em caso de choque elétrico e em redes subterrâneas é baseado no monitoramento automático do estado do isolamento.

Aplicação de redes com neutro isolado em tensões acima de 1000 V

Redes elétricas de três fios com tensão superior a 1 kV com neutro isolado (com baixas correntes de aterramento) incluem redes com tensão de 3 a 33 kV. Aqui, a condutância capacitiva das fases em relação ao solo não pode ser negligenciada.

No modo normal, as correntes nas fases da fonte são determinadas pela soma geométrica das cargas e correntes capacitivas das fases em relação ao solo. A soma geométrica das correntes capacitivas das três fases é igual a zero, portanto não corrente flui através do solo.

Em uma falta à terra sólida, a tensão à terra desta fase em falta torna-se aproximadamente igual a zero, e as tensões à terra das outras duas fases (defeituosas) aumentam para valores lineares. As correntes capacitivas de fases não danificadas também aumentam √3 vezes, já que não é fase, mas tensões de linha agora são aplicadas às capacitâncias de fase. Como resultado, a corrente capacitiva de uma falta à terra monofásica acaba sendo 3 vezes a corrente capacitiva normal por fase.

O valor absoluto dessas correntes é relativamente pequeno. Assim, para uma linha aérea com tensão de 10 kV e comprimento de 10 km, a corrente capacitiva é NScerca de 0,3 A., e para uma linha de cabo com a mesma tensão e comprimento - 10 A.

O uso de uma rede de três fios com tensão de 3 a 35 kV com neutro isolado não se deve aos requisitos de segurança elétrica (essas redes são sempre perigosas para as pessoas) e à capacidade de garantir o funcionamento normal dos receptores elétricos conectados à tensão fase-fase por um determinado período de tempo. O fato é que, com faltas à terra monofásicas em redes com neutro de fase isolado, a tensão fase-fase permanece inalterada em magnitude e a fase é deslocada em um ângulo de 120 °.

O aumento de tensão em fases não danificadas para um valor linear se estende até que tudo esteja lá e, com exposição prolongada, danos ao isolamento e um subseqüente curto-circuito entre as fases são possíveis.Portanto, nessas redes, para encontrar rapidamente faltas à terra, deve-se realizar o controle automático de isolação, atuando no sinal quando a resistência de isolação de uma das fases cai abaixo de um valor predeterminado.

Em redes que alimentam subestações de instalações móveis, minas de turfa, minas de carvão e minas de potássio, a proteção de falta à terra deve operar para desconectar.

Quando uma fase é fechada ao solo por um arco de arco, fenômenos de ressonância e sobretensões perigosas de até (2,5 — 3,9) Uph, que, com isolamento enfraquecido, levam à sua falha e curto-circuito. Portanto, o nível de isolação da linha é determinado pela frequência das sobretensões ressonantes.

Arcos de interrupção ocorrem em redes com correntes capacitivas de falta à terra acima de 10 e 15 A nas tensões de 35 e 20 kV, respectivamente, acima de 20 e 30 A nas tensões de 6 e 10 kV, respectivamente.

Para eliminar a possibilidade de arcos intermitentes e para eliminar as consequências perigosas associadas para equipamentos elétricos de isolamento na parte neutra de uma rede de três fios inclui um indutivo reator de supressão de arco… A indutância do reator é escolhida de forma que a corrente capacitiva no local da falha à terra seja a menor possível e ao mesmo tempo garanta a operação da proteção do relé que reage a uma falha à terra monofásica.

M.A. Korotkevich