- •6. Учебно-исследовательская
- •6.2. Теоретическая часть
- •6.2.1. Действие электрического тока на организм человека
- •6.2.2. Оценка опасности электрических сетей
- •6.2.3. Схемы включения человека в цепь тока
- •6.2.4. Трехфазные сети с глухозаземленной нейтралью
- •6.2.5. Трехфазные сети с изолированной нейтралью
- •6.2.6. Выбор схемы сети
- •6.3. Экспериментальная часть
- •6.3.1. Описание лабораторного стенда
- •6.3.2. Правила безопасности при выполнении работы
- •6.3.3. Порядок выполнения работы
- •6.3.4. Требования к содержанию отчета
- •6.4. Литература
6.2.5. Трехфазные сети с изолированной нейтралью
Такие сети отличаются тем, что нейтральная точка источника питания не имеет связи с землей (или имеет связь через очень большое сопротивление) и нейтральный провод отсутствует.
В трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью при нормальном режиме работы напряжение прикосновения Unp и ток Ih, проходящий через человека в период касания к одной из фаз, например к фазному проводнику L1 (рис. 6.4), определяются уравнениями (6.2) и (6.3), в которых надо принять .
Рис. 6.4. Прикосновение человека к проводу трехфазной
трехпроводной сети с изолированной нейтралью при
нормальном режиме работы
Тогда выражение для тока, проходящего через человека, в комплексной форме имеет вид
. (6.9)
Основываясь на этом равенстве, рассмотрим следующие три случая.
1. При равенстве сопротивлений изоляции и емкостей фаз относительно земли, т.е. при
r1 = r2 = r3 = r; C1 = C2 = C3 = C,
а, следовательно, при Y1 = Y2 = Y3 =Y получим, заменив проводимости полными сопротивлениями и имея в виду, что(a2 + a + 1) = 0, ток через человека
, (6.10)
где Z - комплекс полного сопротивления одной фазы относительно земли, Ом;
.
В действительной форме выражение для тока примет вид
. (6.11)
2. При равенстве сопротивлений изоляции и малых значениях емкостей фаз относительно земли, которыми можно пренебречь, т.е. при
r1 = r2 = r3 = r; C1 = C2 = C3 = 0,
и, следовательно, при иZ=r, т.е. сопротивление фазы относительно земли равно активному сопротивлению изоляции, что может иметь место в коротких воздушных сетях, получим из (6.11) ток, проходящий через человека, в действительной форме
. (6.12)
Выражение (6.12) показывает значение изоляции как фактора безопасности: чем выше сопротивление изоляции сети r, тем меньше ток, проходящий через человека, при однофазовом прикосновении.
При прикосновении человека к одной фазе в сети с малой емкостью и большим сопротивлением изоляции, если полное сопротивление фаз относительно земли значительно больше сопротивления цепи человека, т.е. Z>>Rch, ток, проходящий через человека, ограничивается сопротивлением фаз относительно земли и почти не зависит от сопротивления цепи человека.
Полное сопротивление цепи человека
Rch = Rh + Rоб + Rн,
где Rоб - сопротивление обуви, Ом;
Rн - сопротивление опорной поверхности ног растеканию тока, Ом.
При сопротивлениях фазы относительно земли, равных нескольким десяткам кОм и более, ток, проходящий через человека, невелик и даже может не превышать длительно допустимой величины. Поэтому в сетях с изолированной нейтралью, имеющих высокое сопротивление изоляции и малую емкость и не имеющих поврежденной изоляции, безопасно однофазное прикосновение. Однако у разветвленных сетей с большим числом потребителей общее сопротивление изоляции мало и емкость имеет значительную величину.
3. При равенстве емкостей и больших активных сопротивлениях изоляции по сравнению с емкостными, т.е. при
r1 = r2 = r3 = r; C1 = C2 = C3 = C,
и, следовательно, при и, что может быть в кабельных сетях,
, (6.13)
где емкостное сопротивление фазы относительно земли, Ом.
Сеть с большой емкостью опасна, так как ток, проходящий через человека, прикоснувшегося к фазе, может достигать больших значений.
Выражения (6.10) - (6.13) показывают, что в сетях с изолированной нейтралью опасность для человека, прикоснувшегося к одной из фаз в период нормальной работы сети, зависит от сопротивления изоляции проводов относительно земли: с увеличением сопротивления опасность уменьшается. Вместе с тем, этот случай менее опасен, чем прикосновение в сети с заземленной нейтралью [ср. уравнения (6.5) и (6.12)].
При аварийном режиме (рис. 6.5), когда имеет место замыкание фазы (например, фазы 3) на землю через малое активное сопротивление rзм, проводимости других фаз можно принять равными нулю. Тогда, подставив в уравнение (6.9) Y1 = Y 2=0, получим
.
Производя соответствующие преобразования и имея в виду, что Y3=1/rзм и Yh=1/Rh , получим значение тока в действительной форме
. (6.14)
Напряжение прикосновения
. (6.15)
Если принять, что rзм = 0 или, по крайней мере, считать, что rзм << Rh (так обычно бывает в действительных условиях), то согласно уравнению (6.15) , т.е. человек окажется под линейным напряжением.
В действительных условиях rзм > 0, поэтому напряжение, под которым оказывается человек, прикоснувшийся в период аварийного режима к исправной фазе трехфазной сети с изолированной нейтралью, значительно больше фазного и несколько меньше линейного напряжения сети.
Таким образом, этот случай прикосновения во много раз опаснее прикосновения к той же фазе сети при нормальном режиме работы (ср. уравнения (6.12) и (6.14), имея в виду, что r/3 >> rзм).
Вместе с тем этот случай является также, при прочих равных условиях, более опасным, чем прикосновение к исправной фазе трехфазной сети с заземленной нейтралью (ср. уравнения (6.7) и (6.14), имея в виду, что r0, мало по сравнению с rзм).
а
б
Рис. 6.5. Прикосновение человека к проводу трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью при аварийном режиме: а - схема сети; б - векторная диаграмма напряжений (при условии, что Y1 = Y2 = 0)