L'utilisation de réseaux électriques à neutre isolé

Un neutre isolé est le neutre d'un transformateur ou d'un générateur qui n'est pas connecté à un dispositif de mise à la terre ou qui lui est connecté via une résistance élevée.

Les réseaux électriques à neutre isolé sont utilisés dans les réseaux électriques avec des tensions de 380 à 660 V et de 3 à 35 kV.

Application de réseaux avec neutre isolé à tension jusqu'à 1000 V

Réseaux électriques à trois fils avec neutre isolé sont utilisés à une tension de 380 - 660 V, lorsqu'il est nécessaire de se conformer aux exigences accrues en matière de sécurité électrique (réseaux électriques des mines de charbon, des mines de potasse, des mines de tourbe, des installations mobiles). Les réseaux d'installations électriques mobiles peuvent être réalisés avec quatre fils.

En fonctionnement normal, les tensions des phases du réseau à la terre sont symétriques et numériquement égales à la tension phase de l'installation, et les courants dans les phases source sont égaux aux courants de charge phase.

Dans les réseaux avec une tension allant jusqu'à 1 kV (en règle générale, de courtes longueurs), la conductivité capacitive des phases par rapport à la terre est négligée.

Lorsqu'une personne touche la phase du réseau, le courant traverse son corps

Azh = 3Uf / (3r3+ z)

où Uf — tension de phase ; r3 — la résistance du corps humain (prise égale à 1 kΩ) ; z — impédance de l'isolement de la phase à la terre (100 kΩ ou plus par phase).

Puisque z >>r3, le courant I est négligeable. Par conséquent, il est relativement sûr pour une personne de toucher la phase. C'est cette circonstance qui détermine l'utilisation d'un neutre isolé dans les installations électriques des objets dont les locaux, du point de vue du danger de choc électrique pour les personnes, sont classés comme particulièrement dangereux ou à danger accru.

Dans le cas d'un isolement défectueux, lorsque z << rz, une personne, touchant la phase, tombe sous la tension de phase. Dans ce cas, le courant. passage à travers le corps humain peut dépasser la valeur létale.

Dans les défauts à la terre monophasés, la tension des phases en défaut par rapport à la terre augmente linéairement, et le courant traversant le corps humain lorsqu'il touche la phase intacte au moment d'un court-circuit est toujours dangereux, car il atteint plusieurs centaines milliampères (ici z << rз et au lieu de la valeur La valeur Uf de la tension de ligne doit être remplacée dans la formule, c'est-à-dire √3.

Une conséquence de ce qui précède est l'utilisation dans de tels réseaux comme mesure de protection d'une déconnexion de protection ou d'une mise à la terre en combinaison avec des réseaux d'isolation de surveillance d'état. Le fonctionnement à long terme du réseau avec des défauts à la terre monophasés n'est pas autorisé dans ces installations électriques.

La base de l'utilisation de la mise à la terre en combinaison avec la surveillance de l'isolement de la section est le fait que le courant de défaut à la terre solide Ic dans les réseaux avec un neutre isolé, il ne dépend pas de la résistance de mise à la terre des boîtiers des équipements électriques, qui ne sont pas normalement alimenté (du fait que la conductivité du point de mise à la terre est nettement supérieure à la somme de la conductivité du neutre, de l'isolement et de la capacité de phase par rapport à la terre), et la tension de la phase endommagée par rapport à la terre Uz est une petite partie de la tension de phase de la source.

Les valeurs des grandeurs AzSand Uz pour les résistances symétriques d'isolement par rapport au sol sont déterminées comme suit :

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

où rz — résistance de mise à la terre des boîtiers d'équipements électriques. Puisque z >> rz, alors Uz << Uf.

Comme le montrent les formules, dans les réseaux à neutre isolé, le court-circuit d'une phase à la terre ne provoque pas de courants de court-circuit, le courant I est de plusieurs milliampères. L'arrêt de protection assure l'arrêt automatique de l'installation électrique en cas de choc électrique et dans les réseaux souterrains repose sur une surveillance automatique de l'état de l'isolation.

Application des réseaux avec neutre isolé à des tensions supérieures à 1000 V

Les réseaux électriques à trois fils avec une tension supérieure à 1 kV avec un neutre isolé (avec de faibles courants de mise à la terre) comprennent les réseaux avec une tension de 3 à 33 kV. Ici, la conductance capacitive des phases par rapport à la masse ne peut être négligée.

En mode normal, les courants dans les phases de la source sont déterminés par la somme géométrique des charges et des courants capacitifs des phases par rapport à la terre. La somme géométrique des courants capacitifs des trois phases est égale à zéro, donc pas de le courant traverse le sol.

Dans un défaut à la terre solide, la tension à la terre de cette phase en défaut devient approximativement égale à zéro, et les tensions à la terre des deux autres phases (en défaut) augmentent jusqu'à des valeurs linéaires. Les courants capacitifs des phases non endommagées augmentent également √3 fois, car ce ne sont pas les tensions de phase, mais les tensions de ligne qui sont maintenant appliquées aux capacités de phase. En conséquence, le courant capacitif d'un défaut à la terre monophasé s'avère être 3 fois le courant capacitif normal par phase.

La valeur absolue de ces courants est relativement faible. Ainsi, pour une ligne électrique aérienne avec une tension de 10 kV et une longueur de 10 km, le courant capacitif est NSenviron 0,3 A., et pour une ligne de câble avec la même tension et la même longueur - 10 A.

L'utilisation d'un réseau à trois fils avec une tension de 3 - 35 kV avec un neutre isolé n'est pas due aux exigences de sécurité électrique (ces réseaux sont toujours dangereux pour les personnes) et à la capacité d'assurer le fonctionnement normal des récepteurs électriques connectés à la tension composée pendant un certain temps. Le fait est qu'avec les défauts à la terre monophasés dans les réseaux avec une phase-neutre isolée, la tension entre phases reste inchangée en amplitude et la phase est décalée d'un angle de 120 °.

L'augmentation de tension dans les phases non endommagées jusqu'à une valeur linéaire s'étend jusqu'à ce que tout soit là, et avec une exposition prolongée, des dommages à l'isolation et un court-circuit ultérieur entre les phases sont possibles.Par conséquent, dans de tels réseaux, afin de trouver rapidement des défauts à la terre, un contrôle automatique de l'isolement doit être effectué, agissant sur le signal lorsque la résistance d'isolement de l'une des phases tombe en dessous d'une valeur prédéterminée.

Dans les réseaux alimentant les sous-stations des installations mobiles, les mines de tourbe, les mines de charbon et les mines de potasse, la protection contre les défauts à la terre doit fonctionner pour se déconnecter.

Lorsqu'une phase est fermée à la terre par un arc d'arc, des phénomènes de résonance et des surtensions dangereuses jusqu'à (2,5 - 3,9) Uph, qui, avec une isolation affaiblie, conduisent à sa défaillance et à son court-circuit. Par conséquent, le niveau d'isolement de la ligne est déterminé par la fréquence des surtensions résonnantes.

Les arcs d'interruption se produisent dans les réseaux avec des courants de défaut à la terre capacitifs supérieurs à 10 et 15 A à des tensions de 35 et 20 kV, respectivement, supérieurs à 20 et 30 A à des tensions de 6 et 10 kV, respectivement.

Pour éliminer la possibilité d'arcs intermittents et pour éliminer les conséquences dangereuses associées pour l'isolation, l'équipement électrique dans la partie neutre d'un réseau à trois fils comprend un inductif réacteur de suppression d'arc… L'inductance du réacteur est choisie de manière à ce que le courant capacitif à l'emplacement du défaut à la terre soit le plus faible possible et garantisse en même temps le fonctionnement de la protection à relais qui réagit à un défaut à la terre monophasé.

M.A. Korotkevitch