El uso de redes eléctricas con neutro aislado.

Un neutro aislado es el neutro de un transformador o generador que no está conectado a un dispositivo de puesta a tierra o está conectado a él a través de una alta resistencia.

Las redes eléctricas con neutro aislado se utilizan en redes eléctricas con tensiones de 380 — 660 V y 3 — 35 kV.

Aplicación de redes con neutro aislado en tensión hasta 1000 V

Redes eléctricas de tres hilos con neutro aislado se utilizan a una tensión de 380 — 660 V, cuando es necesario cumplir con los requisitos aumentados de seguridad eléctrica (redes eléctricas de minas de carbón, minas de potasa, minas de turba, instalaciones móviles). Las redes de instalaciones eléctricas móviles se pueden implementar con cuatro hilos.

En funcionamiento normal, las tensiones de las fases de la red a tierra son simétricas y numéricamente iguales a la tensión de fase de la instalación, y las corrientes en las fases de la fuente son iguales a las corrientes de carga de fase.

En redes con una tensión de hasta 1 kV (por regla general, longitudes cortas), se desprecia la conductividad capacitiva de las fases con respecto a tierra.

Cuando una persona toca la fase de la red, la corriente pasa por su cuerpo

Azh = 3Uf / (3r3+ z)

donde Uf — tensión de fase; r3 — la resistencia del cuerpo humano (tomada igual a 1 kΩ); z — impedancia del aislamiento de la fase a tierra (100 kΩ o más por fase).

Como z >>r3, la corriente I es insignificantemente pequeña. Por lo tanto, es relativamente seguro que una persona toque la fase. Es esta circunstancia la que determina la utilización de un neutro aislado en las instalaciones eléctricas de aquellos objetos cuyos locales, desde el punto de vista del peligro de descarga eléctrica para las personas, estén clasificados como de especial peligrosidad o de mayor peligrosidad.

En caso de aislamiento defectuoso, cuando z << rz, una persona, al tocar la fase, cae bajo la tensión de fase. En este caso la actual. el paso a través del cuerpo humano puede exceder el valor letal.

En faltas a tierra monofásicas, la tensión de las fases faltadas respecto a tierra aumenta linealmente, y la corriente que atraviesa el cuerpo humano cuando toca la fase intacta en el momento de un cortocircuito es siempre peligrosa, ya que alcanza varios cientos miliamperios (aquí z << rç y en lugar del valor El valor Uf de la tensión de línea debe sustituirse en la fórmula, es decir, √3.

Una consecuencia de lo anterior es el uso en tales redes como medida de protección de la desconexión o puesta a tierra de protección en combinación con redes de aislamiento de monitoreo de condición. En estas instalaciones eléctricas no se permite el funcionamiento prolongado de la red con faltas a tierra monofásicas.

La base para el uso de puesta a tierra en combinación con el monitoreo de aislamiento transversal es el hecho de que la corriente de falla a tierra sólida Ic en redes con un neutro aislado, no depende de la resistencia de puesta a tierra de las carcasas de los equipos eléctricos, que no están normalmente energizado (debido al hecho de que la conductividad del punto de puesta a tierra es significativamente mayor que la suma de la conductividad del neutro, el aislamiento y la capacidad de fase en relación con el suelo), y el voltaje de la fase dañada en relación con el suelo Uz es una pequeña parte de la tensión de fase de la fuente.

Los valores de las cantidades AzSand Uz para resistencias simétricas de aislamiento con respecto a tierra se determinan de la siguiente manera:

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

donde rz — resistencia de puesta a tierra de las carcasas de equipos eléctricos. Como z >> rz, entonces Uz << Uf.

Como puede verse en las fórmulas, en redes con neutro aislado, el cortocircuito de una fase a tierra no provoca corrientes de cortocircuito, la corriente I es de varios miliamperios. El apagado de protección garantiza el apagado automático de la instalación eléctrica en caso de descarga eléctrica y en las redes subterráneas se basa en el control automático del estado del aislamiento.

Aplicación de redes con neutro aislado a tensiones superiores a 1000 V

Las redes eléctricas de tres hilos con un voltaje de más de 1 kV con un neutro aislado (con bajas corrientes de puesta a tierra) incluyen redes con un voltaje de 3 a 33 kV. Aquí, la conductancia capacitiva de las fases con respecto a tierra no puede despreciarse.

En modo normal, las corrientes en las fases de la fuente están determinadas por la suma geométrica de cargas y corrientes capacitivas de las fases con respecto a tierra.La suma geométrica de las corrientes capacitivas de las tres fases es igual a cero, por lo tanto no la corriente fluye a través del suelo.

En una falla a tierra sólida, el voltaje a tierra de esta fase en falla se vuelve aproximadamente igual a cero, y los voltajes a tierra de las otras dos fases (en falla) aumentan a valores lineales. Las corrientes capacitivas de las fases no dañadas también aumentan √3 veces, ya que ahora no se aplican voltajes de fase, sino de línea, a las capacitancias de fase. Como resultado, la corriente capacitiva de una falla a tierra monofásica resulta ser 3 veces la corriente capacitiva normal por fase.

El valor absoluto de estas corrientes es relativamente pequeño. Entonces, para una línea eléctrica aérea con un voltaje de 10 kV y una longitud de 10 km, la corriente capacitiva es NSaproximadamente 0,3 A., y para una línea de cable con el mismo voltaje y longitud, 10 A.

El uso de una red de tres hilos con un voltaje de 3 - 35 kV con un neutro aislado no se debe a los requisitos de seguridad eléctrica (tales redes siempre son peligrosas para las personas) y la capacidad de garantizar el funcionamiento normal de los receptores eléctricos conectados tensión fase a fase durante un cierto período de tiempo. El hecho es que con fallas a tierra monofásicas en redes con una fase-neutro aislada, la tensión de fase a fase permanece sin cambios en magnitud y la fase se desplaza en un ángulo de 120 °.

El aumento de voltaje en las fases no dañadas a un valor lineal se extiende hasta que todo está allí, y con una exposición prolongada, es posible que se dañe el aislamiento y se produzca un cortocircuito posterior entre las fases.Por lo tanto, en este tipo de redes, para encontrar rápidamente los defectos a tierra, se debe realizar un control automático del aislamiento, actuando sobre la señal cuando la resistencia de aislamiento de una de las fases cae por debajo de un valor predeterminado.

En redes que alimentan subestaciones de instalaciones móviles, minas de turba, minas de carbónT y en minas de potasa, la protección contra fallas a tierra debe actuar para desconectar.

Cuando una fase está cerrada a tierra por un arco de arco, fenómenos de resonancia y sobretensiones peligrosas hasta (2.5 - 3.9) Uph, que, con aislamiento debilitado, conducen a su falla y cortocircuito. Por lo tanto, el nivel de aislamiento de la línea está determinado por la frecuencia de las sobretensiones resonantes.

Los arcos de interrupción se producen en redes con corrientes de defecto a tierra capacitivas superiores a 10 y 15 A a tensiones de 35 y 20 kV, respectivamente, superiores a 20 y 30 A a tensiones de 6 y 10 kV, respectivamente.

Para eliminar la posibilidad de arcos intermitentes y eliminar las consecuencias peligrosas asociadas para el aislamiento de equipos eléctricos en la parte neutra de una red de tres hilos, se incluye un inductivo reactor de supresión de arco… La inductancia del reactor se elige de tal forma que la corriente capacitiva en el lugar de la falta a tierra sea la menor posible y al mismo tiempo garantice el funcionamiento de la protección del relé que reacciona ante una falta a tierra monofásica.

MA Korotkevich