Die Verwendung elektrischer Netze mit isoliertem Neutralleiter

Ein isolierter Neutralleiter ist der Neutralleiter eines Transformators oder Generators, der nicht oder über einen hohen Widerstand mit einer Erdungsvorrichtung verbunden ist.

Elektrische Netze mit isoliertem Neutralleiter werden in elektrischen Netzen mit Spannungen von 380 – 660 V und 3 – 35 kV verwendet.

Anwendung von Netzwerken mit isoliertem Neutralleiter bei Spannungen bis 1000 V

Dreileiter-Stromnetze mit isoliertem Neutralleiter werden bei einer Spannung von 380 – 660 V eingesetzt, wenn erhöhte Anforderungen an die elektrische Sicherheit eingehalten werden müssen (Stromnetze von Kohlebergwerken, Kalibergwerken, Torfbergwerken, mobile Anlagen). Netzwerke mobiler Elektroinstallationen können mit vier Adern realisiert werden.

Im Normalbetrieb sind die Spannungen der Netzphasen gegen Erde symmetrisch und numerisch gleich der Phasenspannung der Anlage, und die Ströme in den Quellenphasen sind gleich den Phasenlastströmen.

In Netzen mit einer Spannung bis 1 kV (in der Regel kurze Längen) wird die kapazitive Leitfähigkeit der Phasen gegenüber der Erde vernachlässigt.

Wenn eine Person die Phase des Netzwerks berührt, fließt der Strom durch ihren Körper

Azh = 3Uf / (3r3+ z)

wobei Uf die Phasenspannung ist; r3 – der Widerstand des menschlichen Körpers (entspricht 1 kΩ); z – Impedanz von der Isolierung der Phase zur Erde (100 kΩ oder mehr pro Phase).

Da z >>r3 ist, ist der Strom I vernachlässigbar klein. Daher ist es für eine Person relativ sicher, die Phase zu berühren. Dieser Umstand bestimmt die Verwendung eines isolierten Neutralleiters in Elektroinstallationen von Objekten, deren Räumlichkeiten im Hinblick auf die Gefahr eines Stromschlags für Personen als besonders gefährlich oder von erhöhter Gefahr eingestuft sind.

Bei fehlerhafter Isolierung, wenn z << rz, fällt eine Person, die die Phase berührt, unter die Phasenspannung. In diesem Fall der Strom. Der Durchgang durch den menschlichen Körper kann den tödlichen Wert überschreiten.

Bei einphasigen Erdschlüssen steigt die Spannung der fehlerhaften Phasen gegenüber der Erde linear an, und der Strom, der im Moment eines Kurzschlusses durch den menschlichen Körper fließt, wenn er die intakte Phase berührt, ist immer gefährlich, da er mehrere Hundert erreicht Milliampere (hier z << rз und anstelle des Werts muss der Uf-Wert der Netzspannung in die Formel eingesetzt werden, d. h. √3.

Eine Konsequenz daraus ist der Einsatz von Schutztrennung oder Erdung in solchen Netzen als Schutzmaßnahme in Kombination mit zustandsüberwachenden Trennnetzen. Ein längerfristiger Betrieb des Netzes mit einphasigen Erdschlüssen ist in diesen Elektroanlagen nicht zulässig.

Grundlage für den Einsatz der Erdung in Kombination mit der Querschnittsisolationsüberwachung ist die Tatsache, dass der Erdschlussstrom Ic in Netzen mit isoliertem Neutralleiter nicht vom Erdungswiderstand der Gehäuse elektrischer Geräte abhängt, was nicht der Fall ist normalerweise unter Spannung (aufgrund der Tatsache, dass die Leitfähigkeit des Erdungspunkts deutlich höher ist als die Summe der Leitfähigkeit des Neutralleiters, der Isolierung und der Phasenkapazität relativ zur Erde) und die Spannung der beschädigten Phase relativ zur Erde Uz beträgt ein kleiner Teil der Phasenspannung der Quelle.

Die Werte der Größen AzS und Uz für symmetrische Isolationswiderstände zum Boden werden wie folgt ermittelt:

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

wobei rz der Erdungswiderstand der Gehäuse elektrischer Geräte ist. Da z >> rz, dann Uz << Uf.

Wie aus den Formeln hervorgeht, verursacht in Netzen mit isoliertem Neutralleiter der Kurzschluss einer Phase gegen Erde keine Kurzschlussströme, der Strom I beträgt mehrere Milliampere. Die Schutzabschaltung sorgt für eine automatische Abschaltung der Elektroinstallation im Falle eines Stromschlags und basiert in Erdnetzen auf einer automatischen Überwachung des Isolationszustands.

Anwendung von Netzwerken mit isoliertem Neutralleiter bei Spannungen über 1000 V

Dreiadrige Stromnetze mit einer Spannung von mehr als 1 kV und isoliertem Neutralleiter (mit geringen Erdungsströmen) umfassen Netze mit einer Spannung von 3 bis 33 kV. Dabei darf der kapazitive Leitwert der Phasen gegenüber Erde nicht vernachlässigt werden.

Im Normalmodus werden die Ströme in den Phasen der Quelle durch die geometrische Summe der Lasten und kapazitiven Ströme der Phasen gegenüber der Erde bestimmt. Die geometrische Summe der kapazitiven Ströme der drei Phasen ist gleich Null, also nein Strom fließt durch den Boden.

Bei einem festen Erdschluss wird die Spannung zur Erde dieser fehlerhaften Phase ungefähr gleich Null, und die Spannungen zur Erde der anderen beiden (fehlerhaften) Phasen steigen auf lineare Werte an. Auch kapazitive Ströme unbeschädigter Phasen erhöhen sich um das √3-fache, da nun nicht mehr Phasen-, sondern Netzspannungen an den Phasenkapazitäten anliegen. Infolgedessen beträgt der kapazitive Strom eines einphasigen Erdschlusses das Dreifache des normalen kapazitiven Stroms pro Phase.

Der absolute Wert dieser Ströme ist relativ klein. Für eine Freileitung mit einer Spannung von 10 kV und einer Länge von 10 km beträgt der kapazitive Strom also NSungefähr 0,3 A. und für eine Kabelleitung mit der gleichen Spannung und Länge — 10 A.

Die Verwendung eines Dreileiternetzes mit einer Spannung von 3 bis 35 kV mit isoliertem Neutralleiter ist nicht auf die Anforderungen an die elektrische Sicherheit (solche Netze sind immer gefährlich für Menschen) und die Fähigkeit zurückzuführen, den normalen Betrieb der angeschlossenen elektrischen Empfänger sicherzustellen für einen bestimmten Zeitraum an die Phase-Phase-Spannung an. Tatsache ist, dass bei einphasigen Erdfehlern in Netzen mit isoliertem Phase-Neutralleiter die Phase-Phase-Spannung in ihrer Größe unverändert bleibt und die Phase um einen Winkel von 120° verschoben wird.

Der Spannungsanstieg in unbeschädigten Phasen auf einen linearen Wert dauert so lange, bis alles da ist, und bei längerer Einwirkung sind Isolationsschäden und ein anschließender Kurzschluss zwischen den Phasen möglich.Um Erdfehler schnell zu finden, sollte in solchen Netzen daher eine automatische Isolationskontrolle durchgeführt werden, die auf das Signal einwirkt, wenn der Isolationswiderstand einer der Phasen unter einen vorgegebenen Wert fällt.

In Netzen zur Versorgung von Umspannwerken mobiler Anlagen, Torfbergwerken, Kohlebergwerken und Kalibergwerken muss der Erdschlussschutz zum Trennen dienen.

Wenn eine Phase durch einen Lichtbogen gegen Erde geschlossen wird, kommt es zu Resonanzerscheinungen und gefährlichen Überspannungen bis zu (2,5 – 3,9) Uph, die bei geschwächter Isolierung zu deren Ausfall und Kurzschluss führen. Daher wird der Grad der Leitungsisolation durch die Frequenz resonanter Überspannungen bestimmt.

Unterbrechende Lichtbögen entstehen in Netzen mit kapazitiven Erdschlussströmen über 10 bzw. 15 A bei Spannungen von 35 bzw. 20 kV, über 20 bzw. 30 A bei Spannungen von 6 bzw. 10 kV.

Um die Möglichkeit intermittierender Lichtbögen auszuschließen und die damit verbundenen gefährlichen Folgen für die Isolierung elektrischer Geräte im neutralen Teil eines Dreileiternetzes zu beseitigen, ist eine induktive Schaltung enthalten Lichtbogenunterdrückungsreaktor… Die Induktivität der Drossel ist so gewählt, dass der kapazitive Strom am Ort des Erdschlusses möglichst gering ist und gleichzeitig die Funktion des auf einen einphasigen Erdschluss reagierenden Relaisschutzes gewährleistet ist.

M. A. Korotkevich