Сети с глухозаземленной нейтралью

Нулевая точка силового трансформатора или генератора соединяется с землёй посредством заземляющего проводника и рабочего заземлителя. В сетях напряжением 220/380 В помимо трех фаз  A, B, C прокладывается и четвертый нейтральный провод N, который многократно соединяется с землей (рис. 1, а).

Рис.1. Схемы сетей с глухозаземленной нейтралью:

а – четырехпроводная сеть 220/380 В;

б – трехпроводная сеть 110 кВ и выше;

R_a, R_b, R_c – активное сопротивление изоляции фаз относительно земли; U_Л – линейное напряжение; U_Ф – фазное напряжение; I_Ч – ток протекающий через тело человека; R_Ч – сопротивление тела человека; I_К – ток однофазного КЗ.

            Система электроснабжения с глухозаземленной нейтралью 220/380 В является опасной с точки зрения поражения людей электрическим током. Человек, имеющий сопротивление тела 1000 Ом, при прикосновении к токоведущей части любой из фаз, с одной стороны, и заземленной металлической части электроустановки или земле, с другой стороны, попадает под фазное напряжение, и через тело начинает протекать опасный ток:

где U_ф – фазное напряжение, В.

Допустимая величина тока для человека составляет 20-30 мА. Сопротивление изоляции других фаз относительно земли не играет никакой защитной роли.

Сети с изолированной нейтралью

В сетях с изолированной нейтралью нулевая точка трансформатора изолирована от земли. Сети выполняются трехпроводными, что позволяет получить только линейные напряжения. Каждая единица длины сети обладает емкостью и активным сопротивлением изоляции по отношению к земле. Распределенные вдоль линии емкости и сопротивления изоляции каждого провода относительно земли условно могут быть представлены в виде сосредоточенных эквивалентных емкостей C_a, C_b, C_c и активных сопротивлений R_a, R_b, R_c (рис. 2, б).

Рис.2. Схемы сетей с изолированной нейтралью:

а – сети с малой емкостью; б – сети с большой емкостью;

г – высоковольтная сеть.

            а) Сети с малой емкостью

К таким сетям относят сети напряжением до 1000 В сравнительно малой протяженности, в которых емкостью сети относительно земли можно пренебречь (рис. 2, а). Считают, что C_a=C_b=C_c=0; R_a=R_b=R_c=R.

Если человек, стоящий на земле, прикоснется к одной из фаз, то через тело человека, землю и сопротивление изоляции двух других фаз потечет ток, который определяется по следующей формуле:

где R_Ч – сопротивление человека, Ом; R – сопротивление изоляции, Ом.

Если принять U_Ф=220 В, R_Ч=1000 Ом, R=19000 Ом, то ток, протекающий через тело человека, составит 30 мА. Следовательно, данная сеть является более безопасной, чем сеть с глухозаземленной нейтралью. Сопротивления изоляции включается последовательно и ограничивает ток, проходящий через человека.

б) Сети с большой емкостью

К таким сетям относят кабельные линии напряжением ниже 1000 В значительной протяженности, в которых величина емкости фазы относительно земли достаточно велика и может значительно повышать опасность поражения током (рис. 2, б), а также все сети напряжением выше 1000 В (рис. 2, в). Ёмкость фаз значительно снижает полное сопротивление изоляции относительно земли и увеличивает опасность применения электрической энергии. С учетом ёмкости ток, протекающий через тело человека, определяется по формуле:

где ω=2f – частота питающей сети; C – ёмкость фаз относительно земли, мкФ.

При U_ф=220 В, R_ч=1000 Ом, R=19000 Ом и C=1 мкФ ток, протекающий через тело человека, будет 140 мА, то есть в 4,7 раза больше, чем в сети с малой емкостью. Соответственно увеличиваются токи утечки при замыкании фазы на землю. Следовательно, емкость фаз увеличивает опасность поражения людей при прикосновении к токоведущей части, а также возрастает пожаро- и взрывоопасность.

В высоковольтных сетях 6, 10, 20 и 35 кВ активное сопротивление изоляции фаз довольно высоко, то есть R_a=R_b=R_c=∞, и активными утечками пренебрегают (рис. 2, в). Считают, что утечки определяются только емкостными токами, которые зависят от величины напряжения U, частоты сети ω и емкости фаз C, то есть I_c=UωC. Ток, протекающий через тело человека, определяется выражением:

При U_л=6 кВ, ω=314, C=1 мкФ, R_ч=1000 Ом ток, протекающий через тело человека, составит 2330 мА. В сетях свыше 1000 В прикосновение к токоведущей части любой фазы, даже при идеальной изоляции сети, является смертельным для человека.

В начало