Режимы нейтрали рудничничных электрических сетей. Влияние режима нейтрали на безопасность эксплуатации ЭУ.

Основными источниками являются силовые трансформаторы и генераторы (рис. Сеть с глухозаземленной нейтралью)

Если нейтраль связана металлическим отводом малого сопротивления с землей то это сеть с глухозаземленной нейтралью. Эл. сеть подключенная к силовому трансформатору нейтраль которого не связана с землей либо подключена к земле ч/з аппараты с очень высоким сопротивлением (тр-р тока) называется сеть с изолированной нейтралью.

Согласно действующим П Б в подземных выработках создание линий ЭП должно осуществляться с помощью кабеля с медными токопроводящими жилами покрытыми изоляцией и заключенный в защитную оболочку из свинца ПВХ или резины не распространяющих горение. Применение в подземных выработках кабелей с алюминиевыми жилами или алюминиевой защитной оболочкой запрещено, т. к. алюминий обладает низкой температурой плавления а при замыкании жил плавится с образованием открытых искр и дуг. При взаимодействии кислорода(воздуха) алюминий окисляется и образует пленки приводящие к повышению переходного сопротивления в местах соединения и повышения их нагрева способствующего созданию температурных источников для воспламенения и взрыва. Наибольшую опасность для поражения человека возникает когда человек касается двух жил токоведущих элементов, но это бывает редко, часто человек касается одной из фаз сети. В этом случае величина утечки тока, проходящей через организм: Iy=3Uф/ Rч+Zсети

Несмотря на наличие изоляции покрывающей жилы, между жилами имеются утечки тока а также между жилами и землей. Наличие изоляции приводит к тому, что токоведущие кабели обладают емкостью, поэтому полное сопротивление сети будет: Ia=f(R_из) Z²_c=R²_c+X²_c .

 

Полное утечка I²_y=I²_a+I²_c. При этом удельное емкостное сопротивление всегда меньше активного, поэтому Ic>Ia и Ic,будет определять утечку. Величина активной составляющей зависит от качества изоляции, а емкостная составляющая зависит от сечения жил и протяженности линии.

При рассмотрении эл. опасностей эл. сетей зависящей от полного сопротивления изоляции, возникновении утечки, тока прикасания человека к одной из фаз сети, либо замыкание одной из фаз определяется величиной полного сопротивлении сети. Однако величина утечек, и ее поражающее действие определяется также режимом нейтрали.

 

Рассмотрение эл. безопасности сетей с изолированной нейтралью.

В зависимости от эл. емкости сетей с изолированной нейтралью делят на а) сети малой эл. емкости б) сети большой эл. емкости. К сетям малой емкости относятся низковольтные эл. сети с изолированной нейтралью небольшой протяженностью менее одного км. В которых из-за малой протяженности емкостным сопротивлением и емкостной утечкой пренебрегают, считая что эти утечки зависят от активного сопротивления. К сетям большей емкости относится все высоковольтные сети а также низковольтные длиной больше одного км, либо с большим количеством подключенных токоприемников. В которых активным сопротивлением пренебрегают считая что утечки тока определяются только емкостью сети.

Рассмотрение электробезопасности сетей малой эл. емкости.

 

С₁=С₂=С₃=С_c=0 I_c=0. При высоком уровне сопротивления фаз и сети r₁=r₂=r₃ → ∞ фазные напряжения будут равны между собой U₁=U₂=U₃=U_ф и утечки будут также одинаковы I₁=I₂=I₃=I_c. В симметричной системе Ū₁+Ū₂+Ū₃=0 При случайном касании человека одной фазы, проводимость данной фазы резко увеличивается, напряжение и сопротивление этой фазы снижается и нулевая точка сместится и в двух других фазах напряжение повышается. Запишем уравнение утечки в условиях прикосновения человека к одной из фаз сети Ū₁-Ū₀/r₁+Ū₁-Ū₀/R_ч+Ū₂+Ū₀/r₂+Ū₃-Ū₀/r₃= 0 В симметричной схеме сумма напряжений фаз равняется 0, а сопротивление всех фаз равны r₁=r₂=r₃=r_с, поставим в данное уравнение сумму напряжений и равенство получим Ū₁-Ū₀/R_ч+3U_с/r_с=0 → Ū_с=r_cU/3R_ч+r_c (*) Найдем величину тока участка проходящего через человека в условиях его прикосновения к фазе сети I_y= Ū₁- Ū₀/R_ч, подставим в это выражение (*), получим: I_y=3U₁/3R_ч+r_c, т.к. в условиях симметричной системы напряжение U₁=U_ф, то получим: I_y=3U_ф/3R_ч+r_c, т.е. в эл. сетях малой емкости с изолированной нейтралью случайное поражение током при прикосновении зависит от активного сопротивления фаз сети и при высоком уровне r_c, утечки тока будет безопасным. При повреждении изоляции 1-вой фазы и ее замыкании на землю, то в этом случае: U^//₂=U^//₃=(√3)*U_ф При этом прикосновение человека к этой фазе будет безопасным, однако прикосновение человека к двум другим фазам ставит человека под линейное напряжение I_y=√3*U_ф/R_ч

Рассмотрение электробезопасности сетей большой емкости с изолированной нейтралью.

I_a=0, C₁=C₂=C₃=C_c=∞, x₁=x₂=x₃=x_a=∞, при случайном касании одной из фаз сети через тело человека будет течь ток утечки, который всегда будет опасным независимо от сопротивления фаз: I_y=3*U_ф*ω*C/√(9*R²_ч*ω²*C²+1). Т.о. в сетях большой емкости безопасность можно обеспечить за счет снижения емкости до безопасной величины.

К основным достоинствам сетей с изолированной нейтралью относят: Опасность поражения эл. током человека при случайном соприкосновении зависит от сопротивления изоляции и эл. емкости сети и в условиях высокого уровня сопротивления изоляции и применяемых технологических средств для снижения эл. емкости ее эксплуатация безопасна.

Недостатки: а) При снижении уровня сопротивления изоляции одной из фаз или при касании человеком напряжение фазы и напряжение прикосновения изменяется от 0 до линейного значения. С увеличением емкости фаз опасность поражения растет. б) Замыкание одной из фаз сети на землю может оставаться необнаруженным длительное время – до появления замыкания на другой фазе или до касания человеком. в) при замыкании одной из фаз на землю прикосновение человека к другой фазе с высоким уровнем изоляции ставиться под линейное напряжение. г) Трудность обнаружения однофазной утечки без постоянного контроля изоляции сети.

Оценка электробезопасности сетей с глухозаземленной нейтралью.

 

В условиях высокого уровня сопротивления изоляции прикосновение человека к фазе сети является однофазным к.з. и сопровождается возникновением тока однофазного к.з., смертельного для человека I_y=U_ф/(R_ч+r₃+z_тр) Т.к. сопротивление трансформатора и r_ч очень малы по сравнению с R_ч, то их значениями пренебрегают. При этом величина возникающих утечек не зависит ни от сопротивления ни от емкости сети, а напряжения в других фазах остаются постоянными и единственным путем обеспечения защиты человека является отключение сети. Поэтому в сетях с глухозаземленной нейтралью фазы оборудуются МТЗ (предохранители, реле), которое при касании человека немедленно срабатывают (0,2 с) и отключают фазы сети от источника питания.

Достоинства: Уровни сопротивления изоляции емкости сети не оказывает влияния на величину тока при касании человека. При этом напряжения в фазах остаются неизменными. Замыкание любой фазы на землю или при касании фазы человеком является однофазным к.з. обеспечивающий отключение сети с помощью МТЗ.

Недостатки: Замыкание любой фазы на землю является однофазным к.з. с образованием тока большой величины, которая может привести к образованию открытых искр и дуг и большому нагреву заземляющего провода от чего возможно возгорание, поэтому такие сети используют на поверхности шахт до 380В. При касании фазы человек оказывается под фазным напряжением, что опасно для жизни.