Трехфазная трехпроводная сеть с изолированной нейтралью

В трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью при прикосновении человека к одной фазе ток проходит через человека, землю, емкостное и активное сопротивление изоляции проводов сети.

Рис. 2.12.7. Прикосновение человека к проводу трехфазной сети с изолированной нейтралью

 

Рассмотрим опасность прикосновения к фазному проводу для следующих случаев:

1. При равенстве сопротивлений изоляции и емкостей проводов относительно земли: r₁ = r₂ = r₃ = r; с₁ = с₂ = с₃ = с.

I_ч в действительной форме равен

а в комплексной форме

.

где z - комплекс полного сопротивления одной фазы относительно земли,

. 1

z = ¾¾¾¾¾.

1 / r + j w c

 

2. При равенстве сопротивлений изоляции и отсутствии емкостей, что может иметь место в коротких воздушных сетях (с=0; r₁ = r₂ = r₃ = r)

U_ф

I_ч = ¾¾¾¾.

R_ч + r / 3

 

3.При равенстве емкостей и весьма большом сопротивлении изоляции, что может иметь место в кабельных сетях (с₁ = с₂ = с₃ = с; r₁ = r₂ = r₃ = ¥)

U_ф

I_ч = ¾ ¾¾¾¾¾¾,

Ö R_ч² + (х_с / 3)²

 

 

где х_с - емкостное сопротивление, равное 1/(wc), Ом,

w- угловая частота, рад/с.

Из выражений следует, что в сетях с изолированной нейтралью, обладающих незначительной емкостью между проводами и землей опасность для человека, прикоснувшегося к одной из фаз, зависит от сопротивления проводов относительно земли и с увеличением сопротивления проводов опасность уменьшается. Поэтому в таких сетях очень важно обеспечить высокое сопротивление изоляции и контролировать ее состояние.

Однако в сетях с большой емкостью относительно земли роль изоляции проводов в обеспечении безопасности прикосновения утрачивается.

При аварийном режиме работы сети, когда возникло замыкание одной из фаз на землю (рис. 2.12.8.) через малое сопротивление r_зм , сила тока, проходящего через человека будет равна

_

Ö3 U_ф

I_ч = ¾¾¾¾,

R_ч + r_зм

 

а напряжение прикосновения

_ R_ч

U_пр = I_ч R_ч = Ö3 U_ф ¾¾¾.

R_ч + r_зм

 

Рис. 2.12.8. Прикосновение человека к проводу трехфазной сети с изолированной нейтралью при аварийном режиме

 

Если принять, что r_зм = 0 или же r_зм << R_ч , что соответствует на практике, то

U_пр = Ö3 U_ф = U_л.

Выбор схемы сети и режима нейтрали

Схема сети, а следовательно, и режим нейтрали источника тока, питающего эту сеть, выбираются по технологическим требованиям и из условий безопасности. При напряжениях до 1000 В широкое распространение получили две схемы трехфазных сетей: трехпроводная с изолированной нейтралью и четырехпроводная с заземленной нейтралью. Из вышеприведенного анализа сеть с изолированной нейтралью в период нормального режима сети более безопасна, а в аварийный период - сеть с заземленной нейтралью. Поэтому по условиям безопасности сеть с изолированной нейтралью целесообразно применять на объектах с повышенной опасностью поражения электрическим током и в тех случаях, когда имеется возможность поддерживать высокий уровень изоляции проводов сети относительно земли и когда емкость проводов относительно земли незначительна. Такими являются сравнительно короткие сети, не подверженные воздействию агрессивной среды и находящиеся под постоянным надзором электротехнического персонала. Сети с заземленной нейтралью следует применять там, где невозможно обеспечить хорошую изоляцию проводов (из-за высокой влажности, агрессивности среды, большой протяженности и т.д.), когда нельзя быстро отыскать или устранить повреждения изоляции или когда емкостные токи замыкания на землю достигают больших значений, опасных для человека (городские и сельские сети, сети собственного расхода электростанций и т.д.). При напряжениях выше 1000В по технологическим требованиям сети напряжением до 35 кВ выполняются с изолированной нейтралью, а выше 35 кВ - с заземленной. Поскольку такие сети имеют большую емкость проводов относительно земли, то для человека является одинаково опасным прикосновение к проводу любой сети.