9.5. Анализ электробезопасности сети с изолированной нейтралью трансформатора(it)

Данные сети наименее опасны в нормальном режиме работы, т.е. при высоком уровне сопротивления изоляции всех фаз относительно земли (Z_из1, Z_из2, Z_из3) и при однофазном прикосновении человека. Значение тока I_h, протекающего через тело человека, определяется электрическим сопротивлением самого человека R_h (при напряжении 220 ÷ 380 В R_h = 1000 Ом) и, главным образом, сопротивлением изоляции фаз относительно земли Z_из (рис. 9.5, первичная обмотка силового трансформатора здесь и в последующем не указана, но подразумевается).

На рис. 9.5, апунктиром указан путь токаI_h, протекающего через тело человекаR_h,U_ф– фазное напряжение сети (220 В). На рис. 9.5,бпоказано, что сопротивление изоляции фаз относительно земли имеет активнуюR_изи емкостнуюС_изсоставляющие.

При равенстве сопротивления изоляции относительно земли всех фаз Z_из1 = =Z_из2 = Z_из3 = Z_иззначение токаI_hпротекающего через тело человека, определяется по формуле

. (9.1)

Напряжение прикосновения U_hво всех случаях

U_h = I_h ·R_h . (9.2)

Р и с. 9.5. Трехфазная сеть с изолированной нейтралью (IT) в нормальном режиме работы: а - однофазное прикосновение человека; б - сопротивление изоляции фаз относительно земли

В нормальном режиме работы сети с изолированной нейтралью основное защитное действие оказывает Z_из: чем вышеZ_из, тем меньше ток, протекающий через тело человека. На практике величинаZ_изимеет значение единиц, в большинстве случаев десятков, нередко и сотен тысяч Ом.

Недостатком сетей с изолированной нейтралью является высокая опасность поражения человека электротоком в аварийном режиме (рис. 9.6), когда человек касается одной фазы, а какая-либо из двух других замкнута на землю (например пробой изоляции Z_из).

На рис. 9.6 R_зм – сопротивление замыкания фазы на землю (обычно имеет значение от единиц до сотни Ом). Практически весь ток, протекающий через сопротивление тела человека R_h, возвращается в сеть черезR_зм, так какR_зм << Z_из. Поэтому величину этого тока можно определить по формуле

(9.3)

где U_л=U_ф– линейное напряжение сети (в данной работеU_л= 380 В).

Р и с. 9.6. Трехфазная сеть с изолированной нейтралью (IT) в аварийном режиме работы

В аварийном режиме, как видно из формулы (9.3) и рис. 9.6, сопротивление изоляции фаз относительно земли Z_иззащитного действия не оказывает.

Ток через тело человека I_h в аварийном режиме работы сети с изолированной нейтралью как минимум на 70 % (а практически в несколько раз) больше тока в нормальном режиме работы этой же сети, поэтому сети с изолированной нейтралью применяются там, где можно обеспечить высокий уровень Z_из (короткие неразветвленные сети, низкие значения относительной влажности и температуры окружающего воздуха, отсутствие химически агрессивной среды, применение приборов постоянного контроля изоляции и т.д.).

9.6. Анализ электробезопасности сети с глухозаземленной нейтралью трансформатора(tn–c)

В нормальном режиме работы такой сети и при однофазном прикосновении человека (рис. 9.7) сопротивление изоляции фаз относительно земли Z_иззащитного действия от поражения человека электротоком не оказывает, так как токI_h, проходящий через его тело, практически весь возвращается в сеть через сопротивление рабочего заземления нейтралиR_о, имеющее малое значение (для данной сети 220/380ВR_о= 4 Ом, что на несколько порядков меньшеZ_из).

Значение I_hможно определить по следующей формуле

(9.4)

Р и с. 9.7. Трехфазная сеть с глухозаземленной нейтралью (TN – C) в нормальном режиме работы

В аварийном режиме работы сети (см. рис. 9.8), когда одна из фаз замкнута на землю, а человек касается другой фазы, значение тока через его тело определяется по формуле

. (9.5)

Р и с. 9.8. Трехфазная сеть с глухозаземленной нейтралью (TN – C) в аварийном режиме работы

На практике R_змпринимает значения в диапазоне отR_oдо 10R_o.

При R_зм = R_о

(9.6)

При R_зм= 10 R_o

(9.7)

Таким образом, значения тока I_h, протекающего, через тело человека находятся в диапазоне отдо 1,35. Значит, в аварийном режиме работы сети с глухозаземленной нейтральюI_hможет увеличиться по сравнению с нормальным режимом максимум на 35 % (что значительно меньше, чем в сетях с изолированной нейтралью).

Для ориентировочных (оценочных) расчетов значения I_hв аварийном режиме сети с глухозаземленной нейтралью можно использовать более простую формулу для нормального режима (9.7). Она дает приемлемую точность, так как на практике чаще выполняется условиеR_зм≈ 10R_o.

Исходя из анализа формулы (9.5) можно считать, что практически весь ток I_h, проходящий через тело человека, возвращается в сеть черезR_o(что показано пунктиром на рис. 9.8). Часть тока, которая ответвляется черезR_зм, а тем более черезZ_из2, с достаточной точностью можно не учитывать.

По результатам теоретического анализа сетей напряжением до 1000В можно сделать следующие выводы.

1. Наименее опасной является сеть с изолированной нейтралью в нормальном режиме работы, но она становится наиболее опасной в аварийном режиме, поэтому с точки зрения электробезопасности предпочтительнее является сеть с изолированной нейтралью при условии поддержания высокого уровня Z_изи недопущения работы в аварийном режиме.

2. В сети с глухозаземленной нейтралью не требуется поддерживать высокий уровень Z_из, и в аварийном режиме такая сеть менее опасна, чем сеть с изолированной нейтралью. Сеть с глухозаземленной нейтралью является предпочтительнее с технологической точки зрения , так как позволяет одновременно получать два напряжения: фазное, например 220 В, и линейное, например 380 В (их иногда называют соответственно осветительным и силовым). В сети с изолированной нейтралью можно получить только одно напряжение – линейное.

В связи с вышеизложенным, при напряжениях до 1000В в основном применяют сети с глухозаземленной нейтралью.