2.4.2.1.Исследование опасностей сетей с изолированной нейтралью

Сетью с изолированной нейтралью называют электрическую сеть, в которой нейтраль источника питания (трансформатора или генератора) не присоединена к заземляющему устройству или присоединена к нему через устройство (пробивные предохранители, измерительные трансформаторы напряжения и др.), имеющие большое сопротивление, соизмеримое с сопротивлением изоляции.

Схема реальной трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью обладающей конечной активной и емкостной проводимостью изоляции фаз относительно Земли, приведена на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Схема трехфазной сети с изолированной нейтралью.

На схеме (рис. 2.1.) буквой О обозначена нейтраль (нейтральная точка), т.е. точка соединения обмоток питающего трансформатора Тр (или генератора).

В случае прикосновения человека к одной из фаз сети цепь тока замкнется через тело человека, землю и далее через сопротивление и емкости двух других фаз. При этом величина протекающего через тело человека тока Iч определится выражением

, (2.1)

где Uф– фазное напряжение сети;R4– сопротивление тела человека;Ruз=Ra=Rb=Rc– активное сопротивление изоляции фазных проводов относительно земли;C=Ca=Cb=Cc - емкость фазных проводов относительно земли;ƒ- угловая частота тока;ƒ– частота тока (в промышленных сетях обычноƒ= 50Гц).

Напряжение прикосновения Uпр, т.е. напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек, определится как

(2.2)

Из выражений (2.1) и (2.2) следует, что в сетях с изолированной нейтралью опасность поражения человека электрическим током зависит от параметров изоляции сети: опасность поражения тем выше, чем меньше активное сопротивление изоляции Ruз и больше емкость С фазных проводов относительно земли. Поэтому по условиям безопасности сети с изолированной нейтралью целесообразно применять в тех случаях. Когда имеется возможность поддерживать высокий уровень изоляции сети и когда емкость фазных проводов относительно земли незначительна. Это, как правило, мало разветвленные сети, неподверженные воздействию химически агрессивной среды и находящиеся под постоянным надзором обслуживающего персонала (например, цеховые сети, сети небольших предприятий, сети с автономными источниками питания и др.).

Интерес для исследования представляют сети малой протяженности(рис. 2.2), от которых,

как правило, получают питание большинство электроустановок потребителей (вагонные и локомотивные депо, цехи промышленных предприятий и др.). Особенностью этих сетей является весьма малая емкость фазных проводов относительно земли, которой практически можно пренебречь, т.е. считать С=0.

Тогда опасность поражения током человека, коснувшегося фазного провода, будет определяться только активным сопротивлением изоляции сети Ruз и сопротивлением тела человекаRч :

, (2.3)

Чтобы исследовать это экспериментально, необходимо составить модель сети малой протяженности. Для этого следует:

• тумблер R0отключить (изолировать нейтраль от земли);

• переключателями Ca,Cb,Cc установить емкости фазных проводов относительно земли равными С=0 (или другие значения по заданию преподавателя);

• переключателями Ra,Rb,Rc установить максимальные значения активных сопротивлений изоляцииRa=Rb=Rc=Ruз=400 кОм;

• включить на базовом блоке тумблер «СЕТЬ», а на сменной панели нажать кнопку «СЕТЬ» (о готовности стенда к работе сигнализирует загорание лампочки на базовом блоке и светодиода на панели);

• включением тумблера «ЗАМЫКАНИЕ» подать напряжение на корпус электроустановки, к которому прикасается человек;

• установить сопротивление тела человека R4=1кОм;

• изменяя симметрично (т.е. одинаково во всех фазах) активные сопротивления изоляции сети Ra=Rb=Rc=Ruз, снять зависимостиIч=ƒ(Ruз) иUпр= ƒ(Ruз) приCa=Cb=Cc =constиRч=const. Результаты измерений занести в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Ruз , кОм	400	10	5	2	1
Iч, мА
Uпр, В
Ca=Cb=Cc = мкФ=const; Rч=1кОм=const

При анализе результатов исследования следует иметь ввиду, что «Правилами устройства электроустановок» сопротивление изоляции относительно земли на одном участке фазного провода между отключающими аппаратами нормируется и должно быть не менее 0,5 Мом на фазу. Однако, общее сопротивление изоляции сети уменьшается с увеличением протяженности сети и количества подключенных к ней электроустановок. В результате этого пори малом числе электроустановок и большом Ruз опасность сети может быть незначительной. С увеличением же числа подключенных электроустановокRuз уменьшается и ток через тело человекаIч может превысить допустимое значение.

Другой, широко применяемой в промышленности разновидностью электрических сетей подлежащих исследованию в данной работе, являются КАБЕЛЬНЫЕ СЕТИ (рис. 2.3.).

Особенностью этих сетей является весьма высокое активное сопротивление изоляции (Ruз→). Однако, емкость С кабельных жил относительно земли в этих сетях довольно высокое и именно она определяет величину тока через тело человека, прикоснувшегося к одной из фаз:

Рис. 2.3. Схема кабельной трехфазной сети.

(2.4)

Из выражения (2.4.) видно, что с увеличением емкости сети С ток через тело человека Iч увеличивается и может достигать опасных для жизни значений даже приRuз→.

Для исследования влияния емкости сети С на опасность поражения электрическим током необходимо составить модель кабельной сети:

• тумблер R0отключить;

• установить соответствующими переключателями Ra=Rb=Rc=Ruз=(или другие значения по заданию преподавателя);

• установитьRч =1кОм;

• включить стенд;

• включить тумблер «ЗАМЫКАНИЕ»;

• изменяя симметрично емкости фазных проводов относительно земли и Ca=Cb=Cc =С, снять зависимостиIч=ƒ(С) и Uпр= ƒ(С) при Ra=Rb=Rc=Ruз=constRч=1кОм=const.

Результаты измерений занести в табл. 2.3.

Таблица 2.3

С, мкЛ	0,1	0,2	0,5	1,0	1,5
Iч , мА
Uпр, В
Ra=Rb=Rc= Ruз= кОм=const; Rч=1кОм=const

Исследуя влияние емкости на опасность поражения эл.тока, что сети обладающие большой емкостью представляют опасность и после отключения их от источника питания, т.к. на фазных проводах имеются остаточные потенциалы. Прикосновение к этим проводам равносильно прикосновению к обкладкам заряженного конденсатора. Для устранения этой опасности после отключения кабеля от сети его жилы следует заземлять.

Завершив исследование влияния всех параметров изоляции на опасность поражения электрическим током, необходимо построить графики все снятых зависимостей и сделать выводы, в которых объяснить полученные результаты и оценить опасность от однофазных прямых прикосновений в сетях с изолированной нейтралью.