Анализ условий безопасности в трехфазных сетях с изолированной нейтралью

К таким сетям относятся сети до 1000В с общей протяженностью линий электропередач (ЛЭП) не более 1км. Изоляция ТВЧ (проводов, обмоток, шин и т.п.) выполняется из реальных диэлектриков, удельное электрическое сопротивление которых имеет конечное значение. Кроме того, вследствие старения изоляции, увлажнения и других неблагоприятных условий удельное электрическое сопротивление ее снижается. Поэтому на каждом участке длины провода изоляция имеет конечное активное сопротивление. Каждый участок провода имеет емкость относительно земли. Активные сопротивления изоляции и емкости распределены по всей длине провода. Для расчета установившегося тока через тело человека или тока замыкания на землю эти распределенные проводимости и емкости можно условно считать сосредоточенными. Так как ЛЭП в нашем случае небольшой протяженности, то емкостями фаз относительно земли мы пренебрегаем.

Человек, коснувшийся одной из фаз, оказывается подключенным к двум другим фазам через сопротивления изоляции проводов относительно земли.

При нормальном режиме работы сети напряжение U_ПР и ток I_Ч в период касания человека к одной фазе, определяется уравнениями 26.2 и 26.3, которых надо принимать: Y_N = Y₀ = 0.

Схема примет вид, представленный на плак.26.2.

На плак.26.2а показана схема сети до прикосновения человека к фазе С, фазные напряжения в этом случае равны и симметричны:

U _А = U _В = U _С,

напряжение относительно земли U₀ = 0. В случае прикосновения человека к фазе С сопротивление изоляции этой фазы относительно изменится и симметрия этим самым нарушается. Нулевая точка рассматриваемой нагрузки сместится в точку О′,нулевая точка источника тока приобретает в отношении неё и земли некоторое напряжение U₀, представленное на плак.26.2б вектором ОО′. Напряжения двух других фаз по отношению к земле повысится и получат значения U′_Ви U′_А, представленные векторами О′В и О′А, а напряжение фазы С понизится до U′_С(вектор О′С).

Плакат 26.2- Изменение напряжения проводов относительно земли

при прикосновении к одной из фаз:

а – до прикосновения; б – после прикосновения

Воспользуемся выражением 26.3, учтя, что Y_N = Y₀ = 0, тогда

(26.4)

Проведём анализ полученного выражения (26.4) для четырёх случаев.

1 случай. Примем R_А = R_В = R_С = R_ИЗ и С_А = С_В = С_С = С, т.е. при Y _A = Y _B = Y _C = Y, тогда

если иметь в виду, что а² + а + 1 = 0 и Z полное сопротивление

то (26.5)

В действительной форме этот ток I_Ч равен:

. (26.6)

Из выражения (26.6) видно, что чем больше ёмкость фаз относительно земли С, тем больше ток через тело человека I_Ч. Для уменьшения I_Ч необходимо принимать меры для компенсации ёмкостей фаз относительно земли.

2 случай. Сопротивления изоляции фаз относительно земли равны R_А = R_В = R_С = R_ИЗ, а ёмкостной заряд фаз относительно земли равны нулю С_А = С_В = С_С = 0. Такой случай возможен при эксплуатации непротяжённых линий электропередачи (ЛЭП). Тогда ток, проходящий через тело, человека будет равен:

. (26.7)

В рассмотренном случае ток через тело человека будет определяться сопротивлением изоляции фаз относительно земли.

3 случай. Ёмкости фаз относительно земли равны между собой С_А = С_В = С_С = С, а сопротивления фаз относительно земли равны между собой и имеют очень большие значения R_А = R_В = R_С = R ®и, следовательно, при Y = jC = j/x_С и , что может иметь место в электрических цепях выполненных кабельными линиями, ток через тело человека в комплексной форме согласно выражения (26.4) будет равен:

,

где – ёмкостное сопротивление [Ом].

Это выражение может быть получено также из (26.5), в котором Z надо заменить на – j x_С [А].

В действительной форме ток через тело человека будет равен:

;

. (26.8)

Это выражение можно получить также из (26.6). Для этого надо открыть скобки у дробного выражения под корнем, а затем разделить числитель и знаменатель этой дроби на R².

Вывод: в сетях с изолированной нейтралью опасность для человека, прикоснувшегося к одному из проводов, в период нормальной работы сети, зависит от сопротивления изоляции проводов относительно земли, с увеличением R_ИЗ опасность поражения электрическим током I_Ч уменьшается.

При аварийном режиме работы сети (рис.26.1), когда возникло замыкание фазы на землю через малое активное сопротивление R_ЗМ, проводимость двух других фаз можно принять равным нулю, тогда: .

Рисунок 26.1- Прикосновение человека к фазному проводу работы сети

Если принять что R_ЗМ = 0 или, по крайней мере, считать, что R_ЗМ << R_Ч, так, как правило, и бывает на практике, то получим:

,

т.е. человек окажется под линейным напряжением сети. В случае же если R_ЗМ ¹ 0 напряжение прикосновения U_ПР будет больше фазного, но меньше линейного напряжения.

Выводы:

1. При аварийном режиме работы однофазной изолированной от земли защитная роль изоляции практически полностью утрачивается.

2. Четырёхфазные сети с изолированной нейтралью напряжением выше 1000 В опасны при любом прикосновении и при любом режиме работы.

3. Наиболее опасным является случай прикосновения человека к исправной фазе, при аварийном режиме работы сети с изолированной нейтралью. При этом человек окажется под напряжением VПР больше фазного, но меньше линейного VФ < VПР < VЛ.

Преподаватель В.Эрюжев

Дата добавления: 2014-01-15