4.1. Системы с изолированной и заземленной нейтралью источника напряжения или трансформатора и опасность при касании человеком токоведущей части

Электроустановки могут входить в системы с глухозаземленной или изолированной нейтралью генератора или трансформатора. Нейтраль представляет собой общую точку соединенных обмоток генератора или трансформатора, потенциал которой в нормальных условиях нагрузки равен нулю, поэтому она также называется нулевой точкой.

Глухозаземленная нейтраль получается тогда, когда она соединяется с землей системой проводников и электродов, находящихся в земле около места установки генератора или трансформатора. От нейтрали идет провод, называемый нулевым, который соединяется с корпусом каждого приемника энергии. Системы с глухозаземленной нейтралью применяются для питания большинства производственных и бытовых электроприемников.

В системах с изолированной нейтралью нулевая точка не заземляется. На рис. 4.1 представлена схема сети трехфазного тока с изолированной нейтралью при касании человеком фазного провода. Изоляция каждого провода не является идеальной и имеет утечку на землю с сопротивлениями r1,r2,r3 и емкость относительно земли с емкостными сопротивлениями xc1,xc2,xc3. Эти сопротивления можно представить в виде звезд с нейтральными точками, замкнутыми на землю, и они также составляют полные сопротивления фаз сети, которым соответствуют полные проводимости. Проводимости создают замкнутые через землю цепи, связывающие между собой провода сети. Сопротивление тела человека частично замещает сопротивление фазы, которой он касается, в случае рис. 4.1 — r1 и xc1 и через тело человека проходит ток, нарушающий симметрию сопротивлений утечек и емкостей.

Представим фазные напряжения в виде звезды с лучами ОА, OВ, ОС, тогда линейные напряжения образуют треугольник со сторонами АВ, ВС, СА, соответствующими линейным напряжениям (рис. 4.2, а).

Рис. 4.2. Векторные диаграммы напряжений сети трехфазного тока с изолированной нейтралью:

а) активные и емкостные сопротивления проводов сети одинаковы; б) ухудшение сопротивления изоляции фазы А; в) замыкание на землю фазы А.

При равенстве r1=r2=r3 и хc1= хc2= хc3 равны по величине и фазные напряжения (рис. 4.2, а). Напряжения фаз сети по отношению к земле (точка О) равны фазным напряжениям.

При увеличении проводимости одной из фаз, например, фазы А, симметрия системы нарушается, напряжение фазы А по отношению к земле (точка О) снижается, а напряжения других фаз возрастают (рис. 4.2, б).

При полном нарушении изоляции фазы А относительно земли (глухое заземление) эта фаза приобретает потенциал земли или близкий к нему, напряжения других фаз по отношению к земле (0'В и 0'С] возрастают до линейных напряжений (АС и АВ), т. е. увеличиваются в 3^0.5 раз, а напряжение нулевой точки по отношению к земле возрастает до фазного (OO' = ОА).

Если напряжение фазы А по отношению к земле становится равным нулю, можно принять, что пути токов утечки и емкости этой фазы на землю шунтируются через место замыкания фазы А на землю током замыкания. Через место

замыкания на землю фазы А будет проходить ток, равный геометрической сумме токов утечки и емкостных других фаз (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Трехфазная сеть с изолированной нейтралью с замыканием на землю одной фазы.

Как следует из диаграмм рис. 4.2, линейные напряжения во всех рассмотренных случаях остаются неизменными, и замыкание на землю одной фазы не влияет на работу электроприемников.

Чем больше проводимость изоляции утечки и емкостная по отношению к земле, тем большую опасность представляет прикосновение человека к токоведущей части. Если одна фаза имеет замыкание на землю, то прикосновение человека к другим фазам представляет наибольшую опасность, так как при этом человек оказывается под линейным напряжением (рис. 4.4).

Рис. 4.4. Касание человеком токоведущей части в сети с изолированной нейтралью при коротком замыкании другой фазы.

Если нейтраль заземлена, фазные напряжения по отношению к земле остаются постоянными и равными фазному напряжению. При нарушении изоляции одной из фаз по отношению к земле нейтраль может получить незначительное смещение.

Прикосновение человека к одной из фаз создает цепь тока: проводник—тело человека—земля—заземленный нулевой провод—общая точка обмоток (рис. 4.5). Напряжение прикосновения человека- будет частью фазного напряжения, и ток, проходящий через человека, не зависит от токов утечки и емкостных токов других фаз, так как цепь замыкания через сопротивление нейтрали имеет меньшее сопротивление, чем сопротивления утечки и емкостные сопротивления этих фаз, т. е. эти сопротивления оказываются зашунтированными.

Рис. 4.5. Касание человеком токоведущеи части в трехфазной сети с глухозаземленной нейтралью.

Прикосновение человека к токоведущей части может быть замыканием на заземленную часть электроустановки — замыканием на корпус, или замыканием непосредственно на землю. Здесь имеется различие, так как в последнем случае имеет значение большое переходное сопротивление в месте контакта человека с землей.

В системе с заземленной нейтралью при замыкании провода на землю создается путь тока от места замыкания через землю и нулевую точку к обмоткам других фаз генератора или трансформатора, и защита срабатывает. В случае касания провода человеком он оказывается под фазным напряжением и не может оказаться под линейным напряжением.

С точки зрения опасности прикосновения человека к токоведущей части система с изолированной нейтралью представляется более опасной по величине напряжения, под которым может оказаться человек, если не надежно работают устройства защиты.