Cómo funciona una red de corriente trifásica con neutro aislado

Las redes eléctricas pueden trabajar con neutro puesto a tierra o aislado de transformadores y generadores... Las redes de 6, 10 y 35 kV funcionan con neutro aislado de transformadores. Las redes de 660, 380 y 220 V pueden funcionar tanto con neutro aislado como conectado a tierra. Las redes de cuatro hilos más comunes 380/220 que cumplen con los requisitos normas para la instalación eléctrica (PUE) debe tener un neutro conectado a tierra.

Considere redes con un neutro aislado... La figura 1a muestra un diagrama de una red de corriente trifásica de este tipo. El devanado se muestra conectado en estrella, pero todo lo dicho a continuación también se aplica al caso de conectar el devanado secundario en delta.

Arroz. 1. Esquema de una red de corriente trifásica con neutro aislado (a). Red de puesta a tierra con neutro aislado (b).

No importa cuán bueno sea el aislamiento general de las partes activas de la red desde la tierra, los conductores de la red siempre están conectados a tierra. Esta relación es doble.

1. El aislamiento de las partes vivas tiene cierta resistencia (o conductividad) con respecto a tierra, generalmente expresada en megaohmios.Esto significa que una cierta cantidad de corriente fluye a través del aislamiento de los cables y la tierra. Con un buen aislamiento, esta corriente es muy pequeña.

Supongamos, por ejemplo, que el voltaje entre el cable de una fase de la red y tierra es de 220 V, y la resistencia de aislamiento de este cable, medida con un megaohmímetro, es de 0,5 MΩ. Esto significa que la corriente a tierra 220 de esta fase es 220 / (0,5 x 1 000 000) = 0,00044 A o 0,44 mA. Esta corriente se llama corriente de fuga.

Convencionalmente, para mayor claridad, en el diagrama de la resistencia de aislamiento de tres fases r1, r2, r3 se representan en forma de resistencias, cada una conectada a un punto del cable. De hecho, las corrientes de fuga en una red de trabajo se distribuyen uniformemente a lo largo de toda la longitud de los cables, en cada sección de la red se cierran a tierra y su suma (geométrica, es decir, teniendo en cuenta el cambio de fase) es cero

2. Una conexión del segundo tipo está formada por la capacitancia de los cables de la red con respecto a tierra. ¿Qué significa?

Cada cable de red y tierra se puede considerar como dos placas de capacitor alargadas… En las líneas aéreas, el conductor y la tierra son como las placas de un capacitor, y el aire entre ellos es un dieléctrico. En las líneas de cable, las placas del condensador son el núcleo del cable y la cubierta metálica conectada a tierra, y el aislante es el aislamiento.

Con voltaje alterno, el cambio en las cargas de los capacitores hace que aparezcan corrientes alternas y fluyan a través de los capacitores. Estas llamadas corrientes capacitivas en una red de trabajo se distribuyen uniformemente a lo largo de los cables y en cada sección individual también están cerradas a tierra. En la Fig.1, y las resistencias de los condensadores de las tres fases a tierra x1, x2, x3 se muestran convencionalmente conectadas cada una a un punto de la rejilla. Cuanto mayor sea la longitud de la red, mayores serán las corrientes de fuga y capacitivas.

Veamos que sucederá en el que se muestra en la figura 1 y en la red, si ocurre una falla a tierra en una de las fases (por ejemplo A), es decir, el conductor de esta fase estará conectado a tierra a través de un relativamente pequeño resistencia. Tal caso se muestra en la figura 1, b. Dado que la resistencia entre la fase del cable A y la tierra es pequeña, la resistencia de fuga y la capacitancia a tierra de esta fase son desviadas por la resistencia a tierra Ahora, bajo la influencia del voltaje de línea de la red UB, las corrientes de fuga y las corrientes capacitivas de dos fases operativas pasarán por el punto de falla y tierra. Los caminos actuales se indican mediante flechas en la figura.

El cortocircuito que se muestra en la Figura 1, b se denomina falla a tierra monofásica y la corriente de falla resultante se denomina corriente monofásica.

Ahora imagine que se ha producido un cortocircuito monofásico debido a daños en el aislamiento no directamente a tierra, sino al cuerpo de algún receptor eléctrico: un motor eléctrico, un aparato eléctrico o una estructura metálica sobre la que se colocan los cables eléctricos ( Figura 2). Tal cierre se llama cortocircuito de caja. Si al mismo tiempo la carcasa del receptor eléctrico o la estructura no están conectadas a tierra, adquieren el potencial de la fase de la red o cerca de ella.

Arroz. 2. Corto a trama en red con neutro aislado

Tocar el cuerpo es lo mismo que tocar la fase.Se forma un circuito cerrado a través del cuerpo humano, los zapatos, el piso, la tierra, la resistencia de fuga y la capacitancia de las fases utilizables (por simplicidad, las resistencias capacitivas no se muestran en la Fig. 2).

La corriente en este cortocircuito depende de su resistencia y puede lesionar gravemente o matar a una persona.

Arroz. 3. Una persona toca un hilo en una red con neutro aislado en presencia de tierra en la red

De lo dicho se deduce que para que la corriente pase por tierra es necesario que tenga un circuito cerrado (a veces se imagina que la corriente "va a tierra" no es cierto). En redes con voltaje de neutro aislado de hasta 1000 V, las corrientes de fuga y capacitivas suelen ser pequeñas. Dependen del estado del aislamiento y de la longitud de la red. Incluso en una red extensa, están dentro de unos pocos amperios y menos. Por lo tanto, estas corrientes suelen ser insuficientes para fundir fusibles o romper la conexión. rompedores de circuito.

A voltajes superiores a 1000 V, las corrientes capacitivas son de importancia primordial; pueden alcanzar varias decenas de amperios (si no se proporciona su compensación). Sin embargo, en estas redes no se suele utilizar el disparo de tramos fallados durante faltas monofásicas para no crear interrupciones en el suministro.

Por lo tanto, en una red con un neutro aislado, en presencia de un cortocircuito monofásico (señalado por dispositivos de control de aislamiento), los receptores eléctricos continúan funcionando. Esto es posible porque en el caso de un cortocircuito monofásico, el voltaje de línea (fase a fase) no cambia y todos los receptores eléctricos reciben energía sin interrupción.Pero en el caso de una falta monofásica en una red con neutro aislado, las tensiones de las fases no dañadas respecto a tierra aumentan hasta ser lineales y esto contribuye a la aparición de una segunda falta a tierra en otra fase. La doble falla a tierra resultante representa un grave peligro para las personas. Por lo tanto, cualquier red con un cortocircuito monofásico debe considerarse de emergencia, ya que las condiciones generales de seguridad en dicha condición de red se deterioran drásticamente.

Entonces la presencia de "tierra" aumenta el peligro descarga eléctrica al tocar partes vivas. Esto se puede ver, por ejemplo, en la figura 3, que muestra el paso de la corriente de falla al tocar accidentalmente el conductor de corriente de la fase A y una "puesta a tierra" no reparada en la fase C. En este caso, uno está bajo la influencia de la tensión de línea de la red. Por lo tanto, las fallas monofásicas a tierra o de marco deben ser subsanadas lo antes posible.