БЖД_1 / Методички комплекс / Трехфазные сети / Часть 2

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 U_np и ток I_h, проходящий через человека в период касания к одной из фаз, например к фазе 1 (рис. 4), определяются уравнениями (2) и (3), в которых надо принять .

Рис.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

. (9)

Основываясь на этом уравнении, 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,

, (10)

где Z - комплекс полного сопротивления одной фазы относительно земли, Ом;

.

В действительной форме

. (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 и Z=r, т.е. сопротивление фазы относительно земли равно активному сопротивлению изоляции, что может иметь место в коротких воздушных сетях, получим из (11) ток, проходящий через человека, в действительной форме

. (12)

Выражение (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>>R_ch, ток, проходящий через человека, ограничивается сопротивлением фаз относительно земли и почти не зависит от сопротивления цепи человека.

Полное сопротивление цепи человека

R_ch = R_h + R_об + R_н;

где R_об - сопротивление обуви, Ом;

R_н - 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,

(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 (10) - (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 (5) и (12)].

При аварийном режиме (рис. 5), когда имеет место замыкание фазы (например, фазы 3) на землю через малое активное сопротивление r_зм, проводимости других фаз можно принять равными нулю. Тогда, подставив в уравнение (9) Y₁ = Y ₂=0, получим

Производя соответствующие преобразования и имея в виду, что и , получим значение тока в действительной форме в

(14)

Рис.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)

Напряжение прикосновения

(15)

Если принять, что r_зм = 0 или, по крайней мере, считать, что r_зм << R_h (так обычно бывает в действительных условиях), то согласно уравнению (15) , т.е. человек окажется под линейным напряжением.

В действительных условиях r_зм > 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 (12) и (14), имея в виду, что >> r_зм).

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 (7) и (14). имея в виду, что r₀, мало по сравнению с r_зм).

Выбор схемы сети

Выбор схемы сети, а также режима нейтрали производится по технологическим требованиям, а также по условиям безопасности.

При напряжении до 1000 В широкое распространение получили обе разрешенные схемы трехфазных сетей: трехпроводная с изолированной нейтралью и четырехпроводная с заземленной нейтратью.

По технологическим требованиям предпочтение часто отдается четырехпроводной сети, поскольку она позволяет использовать два рабочих напряжения: линейное и фазное. Так, например, от четырехпроводной сети 380 В можно питать как силовую нагружу - трехфазную или однофазную, включая ее между фазными проводами на линейное напряжение 380 В, так и осветительную, включая ее между фазным и нулевым проводами, т.е. на фазное напряжение 220 В. При этом достигается удешевление электроустановки в целом за счет применения меньшего числа трансформаторов, меньшего сечения проводов и т.п.

По условиям безопасности выбор одной из двух схем сети производится с учетом выводов, полученных при рассмотрении этих сетей: по условиям прикосновения к фазному проводу в период нормального режима работы сети более безопасной является, как правило, сеть с изолированной нейтралью, а в аварийный период - сеть с заземленной нейтралью.

Поэтому сети с изолированной нейтралью целесообразно применять в случаях, когда имеется возможность поддерживать высокий уровень изоляции проводов и когда емкость сети относительно земли незначительна. Такими являются непротяженные малоразветвленные сети, не подверженные воздействию агрессивной среды и находящиеся под постоянным контролем квалифицированного персонала. Примером могут служить сети небольших предприятий, электротехнических лабораторий, шахт и т.п.

Сети с заземленной нейтралью надлежит применять там, где невозможно обеспечить хорошую изоляцию проводов (из-за высокой влажности, агрессивной среды и пр.), когда нельзя быстро отыскать или устранить повреждение изоляции либо когда емкостные токи сети вследствие значительной ее разветвленности достигают больших значений, опасных для человека. Примером таких сетей могут служить сети крупных промышленных предприятий, городские и сельские сети и т.п.

ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ РАБОТЫ

1) К выполнению лабораторной работы допускаются лица, прошедшие инструктаж по безопасности труда.

2) Обратить внимание, что основным опасным производственным фактором является повышенное значение напряжения в электрической цепи, т.к. питание стенда осуществляется от сети переменного тока напряжением 380 В.

3) Подключения стенда к сети питания производить только после изучения данных методических указаний.

4) Выполнять только те измерения, которые указаны в методических указаниях.

5) При появлении признаков пробоя или утечки токов на корпус (появление специфического запаха горящей изоляции, дыма, ощущение легкого покалывания в кончиках пальцев, касающихся корпуса или переключателей стенда и др.), а также при поломке переключателей немедленно обесточить стенд с помощью красной кнопки автоматического выключателя.

6) После аварийного отключения стенда сообщить ведущему занятия преподавателю или лаборанту об аварийном выключении стенда и причинах.

7) Не предпринимать никаких самостоятельных действий по устранению неисправности стенда.

8) Повторное включение стенда производить только с разрешения преподавателя, ведущего занятия.

9) По окончании необходимых измерений поставить переключатели в исходное положение и отключить напряжение питания.

5