Значение заземления нейтрали для обеспечения электробезопасности

При выборе режима нейтрали электрической сети учитывают:

- электробезопасность и возможные защитные меры;

- надежность электроснабжения, имея в виду возможность продол-жения работы электроустановки при аварийном замыкании на землю;

- экономический фактор, определяемый в значительной мере расходами на изоляцию электрооборудования.

Стремление снизить опасность замыкания на землю, стабилизировать и уменьшить в этом аварийном режиме напряжение фазных проводов относительно земли привели в ряде стран и частично в России, к решению заземлять нулевую точку источника тока.

Основанием к этому послужили следующие рассуждения.

1. При рабочем режиме сети напряжение фазных проводов относительно земли при заземленной нейтрали, так же как и при изолированной равно фазному напряжению. Данное утверждение вытекает из закона Кирхгофа. В этом случае:

где - векторы напряжений фазных проводов относительно земли;

- векторы фазных токов утечки;

- полные комплексные сопротивления фаз относительно земли.

Если в сети произошло короткое замыкание на землю фазы С, а человек прикоснулся к фазе В ( так как , как правило, очень мало, то можно принять =0), тогда из эквивалентной схемы (плак.24.4) видно, что и, следовательно, напряжение относительно земли в точке замыкания на землю а напряжение, приложенное к телу человека,

Таким образом, в сетях с заземленной нейтралью человек, прикоснувшийся к исправной фазе, оказывается под фазным напряжением, а не под линейным В сетях с изолированной нейтралью человек оказался бы под линейным напряжением.

2. Другой причиной распространения сетей с заземленной нейтралью является то, что замыкание на землю переходит в однофазное короткое замыкание и поврежденный участок отключается коммутационными аппаратами. Таким образом, аварийный режим работы сети при замыкании одной из фаз на землю, столь опасный своей длительностью при изолированной нейтрали, в случае с заземленной нейтралью имеет место лишь в течение короткого периода времени, необходимого для срабатывания защиты.

3. Важным преимуществом сетей с глухозаземленной нейтралью, послужившим причиной их распространения, является то, что в них напряжение фаз по отношению к земле не превышает фазного напряжения. И изоляция цепей обмоток машин и ТВЧ электрооборудования рассчитывается лишь на фазное напряжение, тогда как при изолированной нейтрали она рассчитывается на линейное напряжение.

Приведенные выше доводы в пользу заземления нейтрали реализуются не во всех случаях. Прежде всего, принятое выше условие, что сопротивление рабочего заземления = 0, не выполнимо. На практике напряжение замкнувшейся на землю фазы С распределяется пропорционально величинам сопротивлений и _.. При этом напряжение относительно земли в точке замыкания на землю а в нулевой точке трансформатора .

Из векторной диаграммы (плак.24.4) следует, что в действительности напряжение, приложенное к телу человека, несколько больше фазного и равно или .

Его абсолютное значение определяется из треугольника ОО′B, откуда

,

или, поскольку cos 120^° = - 0,5,

.

Таким образом, в сети с заземленной нейтралью при замыкании на землю напряжение фазных проводов относительно земли не равно фазному напряжению, а несколько выше. Тогда приложенное к человеку напряжение будет больше и будет определяться соотношением сопротивлений и _..

Однако, недостатков и отрицательных сторон при применении заземленной нейтрали в электрических сетях не меньше. Наиболее важный из них, оказавший существенное влияние на выбор режима нейтрали – опасность прикосновения к фазному проводу при нормальном режиме работы сети. В этом случае ток через тело человека будет равен

,

где – напряжение, приложенное к человеку;

– сопротивление тела человека;

– сопротивление пола по площади ног человека;

– сопротивление заземления нейтрали.

Если человек стоит на токопроводящем полу, то, пренебрегая величинами и , малыми по сравнению с , имеем

.

Следовательно, при прикосновении к одной из фаз человек попадает практически под полное фазное напряжение, и величина тока будет смертельной для человека.

И если в сетях с изолированной нейтралью сопротивления изоляции ограничивают величину этого тока, то в заземленных сетях они никакого влияния не оказывают. Даже при идеальном состоянии изоляции, когда ¥, ток при однофазном прикосновении все же будет обусловлен величиной фазного напряжения и сопротивления тела человека. Предположим, что человек оказался под напряжением, меньшим .

Если = 120Ви = 1кОм,то

0,12А=120мА,

т.е. ток, опасный для жизни человека.

Для более полного представления об опасности поражения в электрических сетях необходимо провести более детальный анализ, с учетом возможных схем включения человека в цепь тока.

΄

Рис.24.4. Общий вид схемы замещения сети

Рассмотрим более подробно, почему сети с заземленной нейтралью получили большее распространение по сравнению с другими видами сетей.

Дата добавления: 2014-01-15