Режимы нейтрали и электробезопасность

Место соединения концов фаз источника питания (генератора или трансформатора) называется нейтралью (точка О на рис.18.2.).

Рис. 18. 2 Прикосновение человека к фазному проводу

 

Режимы нейтрали: заземленная нейтраль, изоли­рованная, компенсированная.

18.4.1. Заземленная нейтраль

Ток однофазного короткого замыкания в сети с за­земленной нейтралью достаточно велик и сопровождается возникновением дуги, что делает невозможным ис­пользование таких сетей в угольных шахтах и помещени­ях, опасных в отношении взрыва и пожара. Поэтому сети с заземленной нейтралью могут использоваться в помеще­ниях, не опасных в отношении взрыва и пожара. Защита от короткого замыкания осуществляется плавкими вставками или реле максимальной токовой защиты, что удешевляет эксплуатационные расходы. Напряжение поврежденной фазы при однофазном замыкании падает до 0, напряжения неповрежденных фаз меняются незначительно, поэтому повышенных требований к изоляции нет.

На промышленных предприятиях используется наиболее распространенная система 220/380 В с зазем­ленной нейтралью. В случае прикосновения к фазному проводу через тело человека будет протекать ток

 , что очень опасно.

Прикосновение тела человека к фазному проводу в сети с заземленной нейтралью всегда опасно.

18.4.2. Изолированная нейтраль

При однофазном замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью ток короткого замыкания оп­ределяется сопротивлением изоляции, которое, в свою очередь, определяется активным и емкостным сопротив­лением. При хорошем состоянии изоляции и небольшой длине кабелей (емкость кабеля невелика) сопротивление изоляции достаточно велико, ток однофазного замыкания небольшой – возможно возникновение искрения при от­сутствии дугового разряда, что делает возможным при­менение таких сетей во взрывоопасных и пожароопасных помещениях.

Прикосновение к фазному проводу в сети с изоли­рованной нейтралью (рис. 18.3) может быть безопасным при хорошем состоянии изоляции, так как ток, проходящий через тело чело­века, определяется сопротивлением изоляции.

Ток с одной из фаз проходит через тело человека, через сопротивление изоляции на другие фазы. В сети 220/380 В при сопротивлении изоляции 60 кОм ток через человека:

 ,   что безопасно.

Рис. 18. 3. Прикосновение человека к фазному проводу в сети с изолированной нейтралью

 

При большой длине кабельных линий суммарная емкость сети увеличивается, сопротивление изоляции снижается, прикосновение человека к фазному проводу может стать опасным. Кроме того, в случае пробоя изоляции одной из фаз и прикосновении к другой фазе на тело человека воздействует линейное напряжение, и в токовой цепи отсутствует сопротивление изоляции, что гораздо опаснее. Поэтому необходим непрерывный контроль изоляции и немедленное отключение участка сети при пробое одной из фаз или опасном снижении сопротивления.

18.4.3. Компенсированная нейтраль

Нейтральная точка соединяется с землей (рис. 18.4) через индуктивное сопротивление X _L, примерно равное емкостному сопротивлению изоляции Х с, что приводит к образованию «электрической пробки», при которой емкостная проводимость сравнивается с проводимостью индуктивной.

Рис. 18. 4 Компенсированная нейтраль

 

Поскольку они соединены параллельно, суммарная проводимость становится равной примерно 0, а это соот­ветствует бесконечно большому сопротивлению. Величина тока, протекающего через тело человека при прикоснове­нии его к фазному проводу в сети с компенсированной нейтралью, существенно уменьшается.

 

Защитное заземление

Защитным заземлением называется преднамерен­ное соединение с землей всех нетоковедущих металличе­ских частей электроустановки, не находящихся под на­пряжением, но которые могут оказаться под напряжением в результате пробоя изоляции.

Следует различать рабочее заземление и защитное. Рабочее заземление – это соединение нейтрали с землей, определяющее режим заземленной нейтрали. За­щитное заземление – соединение корпусов и других дета­лей с заземлителем. Заземлителями могут служить труба, уголковая сталь, швеллер, полосовая сталь, лист железа, помещенные во влажную землю (а также арматура железо­бетонных конструкций, стальные опоры ЛЭП и др.).

Переходное сопротивление устройства заземления должно быть не более 2 Ом в подземных условиях уголь­ных шахт, в помещениях с повышенной опасностью и осо­бо опасных. В других случаях не более 4 Ом, на опорах ЛЭП не более 10 Ом.

Соединение корпусов с заземлителем осуществля­ется стальным проводом, сечением не менее 24 мм, в земле стальной шиной сечением 50 – 120 мм, медным проводом сечением не более 25 мм.

При соединении предпочтительнее сварка.

Передвижные электроприемники заземляются че­рез заземляющую жилу кабеля, питающего электроуста­новку.

Принцип действия защитного заземления – сни­жение напряжения прикосновения корпуса до безопас­ной величины за счет малого сопротивления заземлителя (R_3, рис.18.5).

Рис. 18. 5 Принцип действия защитного заземления R_ч сопротивление человека; R_з сопротивление заземления; I₃ток замыкания

 

Напряжением прикосновения называется напряже­ние на какой-либо токопроводящей части электроустановки в момент прикосновения к ней человека. Напряжение при­косновения обусловливает величину тока через тело чело­века. В аварийных ситуациях это напряжение может быть опасным:

.                                               18. 3

Для снижения напряжения прикосновения необхо­димо обеспечить эффективное заземление или зануление электроустановки рис.18.5

При малом сопротивлении заземления (R з = 2 Ом) напряжение на корпусе электроаппарата в случае пробоя изоляции будет невелико, большая часть тока замыкания I_з пойдет через заземлитель, а не через тело человека (R_ч = 1000 Ом), включенного параллельно сопротивлению за­земления.

 

Защитное зануление.

Занулением называется преднамеренное электри­ческое соединение металлических нетоковедущих частей электроустановок с нулевым, многократно заземленным проводом.

Нулевой защитный провод имеет сечение в два раза меньшее, чем нулевой рабочий провод. Нулевой рабо­чий провод используется в 4-проводных сетях с несиммет­ричной нагрузкой (например, бытовой).

Назначение защитного зануления – устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу, оказавшемуся под напряжением.

Принцип действия – превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание и отключение его максимальной токовой защитой (плавкими вставками, автоматами и др.)

Зануление осуществляет 2 защитных действия:

1) быстрое автоматическое отключение повреж­денного участка,

2) снижение напряжения прикосновения за счет заземления.

Область применения: трехфазные четырехпроводные сети до 1000 В с глухозаземленной нейтралью, в однофазных двухпроводных сетях переменного тока; в трехпроводных сетях постоянного тока с глухоза­земленной средней точкой.

Для схемы зануления необходимы: нулевой защит­ный проводник, глухое заземление нейтрали и повторное заземление нулевого защитного провода (рис. 18.6).

Нулевой защитный провод снижает сопротивление цепи короткого замыкания и обеспечивает тем самым дос­таточно большой ток замыкания для надежного срабаты­вания максимальной токовой защиты.

Глухое заземление нейтрали обеспечивает малое напряжение прикосновения. Повторное заземление нейтрали обеспечивает ма­лое напряжение прикосновения для удаленных электро­приемников.

Рис. 18. 6 Защитное зануление З₁,з₂,з₃ глухое заземление нейтрали; 1,2,3 устройства зануления; А,В,С фазное напряжение