Сети с изолированной нейтралью.

 

Изолированной нейтралью называется нейтраль трансформатора или генератора, не присоединенная к заземляющему устройству или присоединённая через аппараты, компенсирующие емкостной ток сети и другие аппараты, имеющие большее сопротивление. Ток замыкания на землю и ток через человека, касающегося фазы в таких сетях, зависят от сопротивления изоляции и ёмкости фаз относительно земли. В общем случае сопротивление изоляции и емкости фаз относительно земли несимметричны: z_a ≠ z_b ≠ z_c и с_а ≠ c_b ≠ c_c, поэтому несимметричны и полные проводимости между каждой фазой и землей:

Y_a ≠ Y_b ≠ Y_с (3.7)

Общая схема с изолированной нейтралью предоставлена на рисунке 3.3

 

 

 

Рисунок 3.3

 

Y_a=g_a+jb_a;

Y_b=g_b+jb_b; (3.8)

Y_c=g_c+jb_c;

 

 

В случае замыкания на землю одной из фаз проводимость ее относительно земли возрастает на величину переходной проводимости в месте замыкания на землю , при прикосновении человека к фазе переходное сопротивление равно сопротивлению цепи человека r'= R_h.

Для напряжения фаз относительно земли из векторной диаграммы находим:

Рисунок 3.4

 

U_аз=U_a-U_o;

U_bз=U_b-U_o; (3.9)

U_cз=U_c-U_o;

 

 

Напряжение смещения нейтрали определяется по формуле известной из электротехники:

(3.10)

 

В сетях напряжением до 1000В малой протяженности ёмкость невелика и емкостной проводимостью можно пренебречь, т.е. C_a=C_b=C_c=0 и если предположить, что

то

(3.11)

Выражение показывает значение изоляции как фактора безопасности:

(3.12)

При сопротивлении изоляции фаз относительно земли, значительно большем сопротивления человека(R>R_ч), это выражение примет вид (3.13), т.е. чем больше сопротивление изоляции, тем меньший ток протекает через тело человека, причем при больших сопротивлениях изоляции ток через тело человека в малой степени зависит от сопротивления его тела.

В трехфазной сети нет необходимости включать индуктивность между каждой фазой и землей; Компенсирующая катушка включается между нейтралью и землей.

Емкостная и индуктивная составляющая находятся в противофазе и при настройке в резонанс взаимно полностью компенсируют друг друга, активные составляющие складываются и ток замыкания на землю остается,

(3.13)

т.е. при значительной емкости достигающей опасных величин.

Настройки компенсирующей катушки производятся либо изменением числа витков, включенных в цепь, либо изменением воздушного зазора магнитопровода. Следовательно, сопротивление изоляции защищает человека от воздействия электрического тока.

 

Сети с глухозаземленной нейтралью.

 

Сеть с глухозаземленной нейтралью называется, нейтраль трансформатора или генератора, присоединённая к заземляющему устройству непосредственно или через

 

малое сопротивление, сопротивление заземления нейтрали составляет несколько Ом, что значительно меньше сопротивления изоляции. Проводимость заземления нейтрали:

 

Рисунок 3.4

 

Y₀=G₀=1/R₀ (3.14)

значительно больше проводимостей фаз относительно земли

G₀>>│Y_a+ Y_b+ Y_c│ (3.15)

Тогда

или

(3.16)

В этом выражении можно пренебречь сопротивлением заземления нейтрали, так как оно не превышает 10 Ом, а сопротивление энергетической цепи человека не ниже 1 КОм

(3.17)

Следовательно, касаясь к одной из фаз в сети с глухозаземлённой нейтралью, человек попадает под фазное напряжение, причем ток, проходящий через него, не зависит ни от сопротивления изоляции, ни от емкости сети относительно земли.

 

Проведённый анализ показывает, что в сети с глухозаземленной нейтралью замыкание на землю мало изменяет напряжение фаз относительно земли и можно считать, что человек, прикасающийся к исправной фазе, попадает не под линейное, а под фазное напряжение. Полученные выводы справедливы для сетей с глухозаземленной нейтралью, напряжением выше 1000В, замыкание является коротким замыканием.

 

Выбор режима нейтрали.

 

При выборе режима нейтрали в проектируемой электрической сети, необходимо учитывать:

электробезопасность и возможные защитные меры.

надёжность электроснабжения, имея в виду возможность работы электроустановки при аварийном замыкании на землю: экономический фактор.

В сетях с напряжением до 1000В применяются обе схемы: трехпроводная с изолированной нейтралью и четырехпроводная с глухо-заземленной нейтралью. Эксплуатация четырех проводных сетей с изолированной нейтралью запрещено.

Наибольшее применение имеют четырёхпроводные сети с напряжением 320/220 В, обеспечивающие питание от одного источника (трансформатор, генератор, силовой и осветительной нагрузок). Однако однофазное прикосновение к такой сети всегда опасно, поскольку изоляция фаз в этом случае не влияют на величину тока, проходящего через человека.

Применение трехфазных сетей напряжением 660, 380 и 220В с изолированной нейтралью для питания только силовых нагрузок даёт преимущество — меньшую опасность однофазного прикосновения, поскольку при высоких сопротивлениях изоляции и малой емкости проводов по отношению к земле ток, проходящий через человека, должен быть небольшим.

В сети с глухозаземленной нейтралью в качестве защитной меры применяют соединение корпусов электрооборудования с нейтралью источников питания (зануление), что обеспечивает быстрое отключение повреждённой установки или участка сети максимальной токовой защитой вследствие однофазного короткого замыкания.

В сетях с глухозаземленной нейтралью автоматическое отключение установки максимальной токовой защитой при замыкании на корпус или на землю в ряде производств недопустимо по условиям технологии. Для этих целей применяют трёхфазные сети с изолированной нейтралью, а осветительные установки питать от отдельного трансформатора.

В сетях с глухозаземленной нейтралью напряжение фаз относительно земли более стабильно, чем в сетях с изолированной нейтралью.

Напряжение фаз с исправной изоляцией относительно земли при однофазном замыкании не превышает фазного.