1.1. Анализ опасности однофазного прикосновения к токоведущим частям в сетях с изолированной нейтралью.
Наиболее сложен анализ сетей с изолированной нейтралью, т.к. ток, проходящий через человека, зависит от сопротивления утечки, которое слагается из активного сопротивления изоляции и емкости фаз относительно земли. В идеальной сети сопротивление изоляции равно бесконечности, и замкнутого контура, по которому мог бы протекать ток, нет. Но изоляция токоведущих частей (проводов, обмоток, шин) выполняется из реальных диэлектриков, удельное электрическое сопротивление которых имеет конечное значение. Вследствие старения изоляции, влажности и т.д., удельное электрическое сопротивление изоляции снижается. Поэтому на каждом отдельном участке длины провода изоляция имеет конечное активное сопротивление. Кроме того, каждый участок провода имеет емкость относительно земли. Для упрощения считаем эти распределенные проводимости и емкости сосредоточенными.
Для упрощения анализа примем, что сопротивление изоляции проводов фаз сети относительно земли равны (RА = RВ = RС = Rиз) и емкости проводов фаз сети относительно земли также равны (СА = СВ = СС = С), хотя в реальной сети эти величины могут значительно отличаться.
Тогда ток через человека
Рисунок 3. Однофазное прикосновение к токоведущим частям в сети с изолированной нейтралью.
В воздушных линиях малой протяженности напряжением до 1000 В емкость фаз относительно земли невелика, т.е. можно принять С=0. Тогда ток, протекающий через человека
В кабельных сетях изоляция проводов относительно земли должна быть очень хорошей, а емкость их относительно земли значительна. Тогда ток будет вычисляться по формуле:
Где хс – это емкостное сопротивление фаз сети относительно земли.
В сетях с изолированной нейтралью опасность для человека, прикоснувшегося к проводу в период нормальной работы сети, зависит от сопротивления изоляции и емкости проводов относительно земли. С увеличением сопротивления и уменьшением емкости опасность уменьшается. Поддерживая сопротивление изоляции проводов относительно земли на достаточно высоком уровне, можно в сети с изолированной нейтралью с малой емкостью проводов относительно земли приблизить однофазное прикосновение к безопасным условиям.
Анализ опасности однофазного прикосновения к токоведущим частям в сетях с глухозаземленной нейтралью.
В сетях с глухозаземленной нейтралью проводимость изоляции проводов относительно земли и емкостная проводимость проводов относительно земли малы по сравнению с проводимостью рабочего заземления нейтрали. Поэтому, при определении тока, протекающего через человека при однофазном прикосновении к токоведущим частям, ими можно пренебречь.
Сопротивление рабочего заземления нейтрали мало, поэтому ток, проходящий через человека, прикоснувшегося к фазе сети с глухозаземленной нейтралью при нормальной работе сети, зависит только от сопротивления самого человека, а человек оказывается фактически под фазным напряжением.
Рисунок 4. Однофазное прикосновение к токоведущим частям в сети с глухозаземленной нейтралью.
Выбор схемы сети, а следовательно и режима нейтрали при напряжении до 1000 В производится, исходя из технологических требований и из условий безопасности. При напряжении до 1000 В широкое распространение получили обе схемы трехфазных сетей: трехфазная трехпроводная с изолированной нейтралью, трехфазная четырехпроводная с глухозаземленной нейтралью.
По технологическим требованиям предпочтение отдается четырехпроводной сети, поскольку она позволяет использовать два рабочих напряжения: линейное и фазное.
По условиям безопасности выбор осуществляется исходя из того, что при нормальном режиме работы более безопасной является, как правило, сеть с изолированной нейтралью.
Сети с изолированной нейтралью целесообразно применять в тех случаях, когда имеется возможность поддерживать высокий уровень изоляции проводов и когда емкость проводов относительно земли незначительна. Это – малоразветвленные сети, не подверженные действию агрессивной среды и находящиеся под постоянным надзором элетротехнического персонала.
Сети с изолированной нейтралью применяются на объектах с повышенной опасностью поражения электрическим током – шахты, торфяные разработки, передвижные электроустановки. Условие электробезопасности в таких сетях – высокий уровень изоляции фаз относительно земли и малая емкость фаз относительно земли (применяются устройства контроля изоляции и технические приемы, позволяющие сделать питающую сеть короткой - разделительный трансформатор).
Сети с заземленной нейтралью следует применять там, где невозможно обеспечить хорошую изоляцию проводов (высокая влажность, агрессивная среда), когда нельзя быстро отыскать или устранить повреждение изоляции, когда сеть сильно разветвлена (большие емкостные токи замыкания на землю).