Трехпроводная сеть с изолированной нейтралью

Такие сети отличаются тем, что нейтральная точка источника не имеет связи землей даже через большое сопротивление (рис 3) или вообще отсутствует (если обмотки источника соединены в тре­угольник) нейтральный провод также отсутствует. Поэтому проводимости g=0, b=0 и Y = g+jb. С уметом этого условия выражения (10) —(12) принимают более простой вид:

(13)

а — есть с источником, обмотки которого соединены в звезду; б — сеть с источником, обмотки которого соединены в треугольник

Рисунок 3 — Принципиальные схемы трехпроводных сетей с изолированной нейтралью:

Если емкости фаз относитель­но земли считать симметричными Ca=Cb=Cc т.е. и емко­стные проводимости ba=bb=bc=b это выражение преобразуется в более простое:

При симметричных сопротивлениях изоляции, т. е. при ra=rb=rc, а значит, и проводимости ga=gb=gc=g, то

или в полных проводимостях

Заменив проводимости полными сопротивлениями Z=1/Y и Rch=1/Gch, получим выражение

(14)

показывающее, что ток, проходящий через человека, тем меньше, чем больше сопративления между фазными проводами и землей.

Сетях напряжением до 1 кВ малой протяженности емкость невелик, и емкостной проводимостью можно пренебречь. Тог­да Y=g и Z=r, т.е. сопротивление фазы относительно земли равно активному сопротивлению изоляции, и ток, проходящий через человека:

(15)

Выражение (15) показывает значение изоляции как фак­тора безопасности: чем выше сопротивление изоляции сети r, тем меньше ток, проходящий через человека, при однофазном при­косновении.

При прикосновении человека к одной фазе в сети с малой ем­костью и большим сопротивлением изоляции, если полное сопро­тивление фаз относительно земли значительно больше сопротив­ления цепи человека, т. е. |Z| >> Rch, выражение (14) прини­мает вид:

(16)

В этом случае ток, проходящий через человека, ограничива­ется сопротивлением фаз относительно земли и почти не зависит от сопротивления цепи человека.

Пример. Напряжение сети 380В (фазное напряжение 220В), сопротивление изоляции r= 100 кОм (на фазу), емкость практически равна нулю, тогда Z=r=100 кОм, сопротивление цепи человека, пренебрегая дополнительными сопротив­лениями Rоб=Rн=0, примем Rch=Rh=l кОм. Ток, проходящий через человека, касающегося фазы, из (16)

При более точном расчете по формуле (15) имеем Ih = 6.4 мА, поэтому та­кой разницей в токах можно пренебречь.

При сопротивлениях фазы относительно земли, равных не­скольким десяткам килоом и более, ток, проходящий через чело­века, невелик и даже может не превышать длительно допусти­мой величины. Поэтому в сетях с изолированной нейтралью, имеющих высокое сопротивление изоляции и малую емкость и не имеющих поврежденной изоляции, безопасно даже однофаз­ное прикосновение. Однако у разветвленных сетей с большим числом потребителей общее сопротивление изоляции мало, и емкость имеет значительную величину.

На практике может оказаться, что сопротивление изоляции фазы относительно земли намного меньше сопротивления элект­рической цепи человека |Z| 50 мА.

Сети напряжением выше 1000 В имеют очень высокое активное сопротивление изоляции, поэтому активной проводимости фаз относительно земли можно пренебречь. Считая емкости фаз симметричными Ca=Cb=Cc=С, получаем для этой сети ba=bb=bc=b или Z=-jx, где х — емкостное сопротивление фаз относительно земли. Ток, проходящий через человека, по выра­жению (14) имеем:

(18)

а — принципиальная схема; б — векторная диаграмма напряжений при замыкании на землю

Рисунок 4 — Глухое замыкание на землю в сети с изолированной нейтралью

Пример. В сети напряжением 6000В (фазное напряжение 3460В) емкости фаз относительно земли Ca=Cb=Cc=0,03 мкФ при частоте 50 Гц, x=96 кОм Человек касается токоведущего проводника, стоя на земле. Так как он не изолиро­ван от земли, то дополнительные сопротивления можно не учитывать Rоб=Rн=0, примем Rch=Rh=l кОм. Ток, проходящий через человека, по формуле (18)

Таким образом, в сетях напряжением выше 1 кВ однофазное прикосновение всегда смертельно опасно, так как емкость таких сетей, как правило, больше принятой в приведенном примере.

Глухое замыкание на землю через малое пере­ходное сопротивление трехфазной сети с изолированной нейт­ралью (например, через заземленный корпус) (рис. 4, а) опасно тем, что нетоковедущие конструктивные части которых человек может касаться в процессе работы, оказываются под на­пряжением. В то же время напряжение исправных фаз относи­тельно земли возрастает практически до линейного. Ток глухого замыкания на землю определим по (10), принимая в качестве переходной сопротивления сопротивление заземляющего устрой­ства r=R3, g / =G3=1/R3 и учитывая, что

Читайте также:  Какими обоями поклеить кухню в хрущевке

Выражение (19) показывает, что ток глухого замыкания на землю не зависит от сопротивления заземления R3 (проводимости G3).

Напряжение поврежденной фазы (фазы А) относительно зем­ли получим из закона Ома:

(20)

Так как |Z| >> R3 , то это напряжение составляет лишь не­большую часть от фазного напряжения источника.

а — однофазное прикосновение человека к токоведущим частям; б — глухое замыкание на землю; в — векторная диаграмма напряжений относительно земли

Рисунок 5 — Сеть с глухозаземленной нейтралью

Напряжение нейтрали относительно земли из (9) при глухом замыкании на землю, т. е. при G3 >> | Ya+а 2 Yb+аYc | и G3 >> | Ya+ Yb+Yc+Y |

(21)

т. е. оно почти равно фазному напряжению источника. Отсюда напряжения исправных фаз относительно земли по (5) с учетом (17) и (18):

(22)

(23)

Векторная диаграмма напряжений показана на рис. 4, б.

Прикосновение человека к любой фазе при однофазном глу­хом замыкании на землю не изменяет величины напряжений фаз относительно земли. Человек, прикоснувшийся к исправной фа­зе (В или С), попадает под линейное напряжение, и ток, прохо­дящий через человека:

Такой ток всегда опасен, так как достигает нескольких сотен миллиампер: в сети 380В — 380мА, в сети 660 В —660мА и т.д.

Трехфазные сети с глухозаземленной нейт­ралью (рис. 5) характеризуются малым сопротивлением за­земления нейтрали, которое составляет несколько Ом, что значи­тельно меньше сопротивления изоляции фаз относительно земли. Проводимость заземления нейтрали:

(24)

значительно больше проводимостей фаз относительно земли

Учитывая это соотношение, и пренебрегая проводимостями фаз относительно земли, по формуле (11) получаем ток, про­ходящий через человека, при однофазном прикосновении:

или в сопротивлениях

(26)

В этом выражении можно пренебречь сопротивлением зазем­ления нейтрали, так как оно не превышает 10 Ом, а сопротив­ление электрической цепи человека «е ниже 1000 Ом. Тогда:

(27)

Следовательно, прикасаясь к одной из фаз в сети с глухозаземленной нейтралью, человек попадает под фазное напряжение, причем ток, проходящий через него, не зависит ни от сопротив­ления изоляции, ни от емкости сети относительно земли. В этом случае существенно повышают безопасность сопротивления обу­ви Rоб, грунта (пола) Rн и другие сопротивления в электрической цепи человека.

Глухое замыкание на землю в сети с глухозаземленной нейтралью мало изменяет напряжения фаз относительно земли (рис. 5, б). Ток замыкания на землю по (11), учи­тывая (24) и (25):

(28)

Напряжение поврежденной фазы В относительно земли со­гласно закону Ома находим из выражения:

(29)

Аналогично определяем напряжение смещения нейтрали:

(30)

Так как в правые части равенства (29) и (30) входят только активные сопротивления, напряжения Ub3 и U совпада­ют по фазе с Ub и являются действительными числами.

Напряжения исправных фаз относительно земли находим по (6) с учетом (7) и (8):

(31)

Отсюда абсолютная величина напряжения исправных фаз от­носительно земли:

(32)

Проведенный анализ показывает, что в сети с глухозаземленной нейтралью замыкание на землю (не отключенное токовой за­щитой) мало изменяет напряжение фаз относительно земли и можно считать, что человек, прикасающийся к исправной фазе, попадает не под линейное, а под фазное напряжение. Это нагляд­но показывает векторная диаграмма, приведенная на рис 5, в.

Пример. В сети напряжением 380В произошло замыкание на землю вследст­вие обрыва и падения на землю фазного провода. Сопротивление растеканию ле­жащего на земле провода Rраст=R3=18 Ом. Сопротивление заземления нейтрали источника питания R=4 Ом. Ток замыкания на землю по (28):

Напряжение поврежденной фазы относительно земли по (29):

Напряжение смещения нейтрали по (30):

Напряжение исправных фаз относительно земли по (32):

всего на 22 В больше фазного напряжения источника.

Обычно в сетях с глухозаземленной нейтралью при замыка­нии на землю напряжения фаз относительно земли по величине мало отличаются от фазного напряжения источника. Получен­ные выводы справедливы для сетей с глухозаземленной нейт­ралью как до 1000 В, так и выше 1000 В. Следует отметить, что в сетях с глухозаземленной нейтралью .напряжением выше 1000В (сети110—750кВ) замыкание на землю является коротким за­мыканием. Величина тока в таком режиме зависит только от па­раметров питающего трансформатора и удаленности места за­мыкания на землю; ток замыкания на землю рассчитывают по режиму короткого замыкания в сети.

Читайте также:  Линолеум на кухню и в коридор фото

Дата добавления: 2017-01-28 ; просмотров: 821 | Нарушение авторских прав

Ток замыкания на землю и ток, протекающий через тело человека, зависит от сопротивления изоляции и емкости фаз относительно земли.

Изоляция токоведущих частей (проводов, обмоток, шин и т.п.) выполняется из реальных диэлектриков, удельное электрическое сопротивление которых имеет конечное значение. Поэтому на каждом участке длины провода изоляция имеет конечное активное сопротивление. Каждый участок провода имеет емкость относительно земли. Активные сопротивления изоляции и емкость распределены по всей длине провода. Для расчета тока, протекающего через тело человека, или тока замыкания на землю эти распределенные сопротивления и емкости можно условно считать сосредоточенными.

Рассмотрим сеть напряжением 380 В (рис.2).

Прикосновение человека к корпусу электроустановки, оказавшемуся под напряжением, в трехпроводной сети

2.2.1. При равенстве сопротивлений изоляции и отсутствии емкостей, что может иметь место в коротких воздушных сетях, ток, протекающий через тело человека

2.2.2. При равенстве емкостей и весьма больших сопротивлениях изоляции, что может иметь место в кабельных сетях, ток, протекающий через тело человека

где — емкостное сопротивление провода относительно земли

где — угловая частота тока;

— емкость провода относительно земли, Ф.

Угловая частота тока

где — циклическая частота тока, Гц.

Анализ полученных выражений показывает, что в сетях с изолированной нейтралью опасность для человека, прикоснувшегося к корпусу электроустановки, оказавшемуся под напряжением, зависит от сопротивления проводов относительно земли: с увеличением сопротивления опасность уменьшается.

3.Оценка эффективности защитных мер

3.1. Зануление

Зануление должно быть выполнено в электроустановках до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью /1/.

Аппаратом защиты, называется аппарат, автоматически отключающий защищаемую электрическую цепь при ненормальных режимах. В качестве аппаратов защиты должны применяться автоматические выключатели или предохранители.

Принцип действия зануления — превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание (КЗ) между фазным и нулевым защитным проводниками с целью вызвать большой ток. способный обеспечить срабатывание аппарата защиты (рис.3).

Принципиальная схема зануления

Зануление осуществляет два защитных действия — быстрое автоматическое отключение поврежденной установки от питающей сети и снижение напряжения зануленных металлических нетоковедущих частей, оказавшихся под напряжением, относительно земли.

В электроустановках до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью с целью обеспечения автоматического отключения аварийного участка проводимость фазных и нулевых защитных проводников должна быть выбрана такой, чтобы при замыкании на корпус или на нулевой защитный проводник возникал ток КЗ, превышающий не менее чем в 3 раза номинальный ток нерегулируемого расцепителя автоматического выключателя, имеющего обратно зависимую от тока характеристику /1/.

При замыкании фазы на зануленный корпус электроустановка автоматически отключится, если значение тока короткого замыкания (т.е. между фазным и нулевым защитным проводниками) удовлетворяет условию

где — коэффициент кратности номинального токааппарата защиты.

Простота и ясность

Инструменты пользователя

Инструменты сайта

Боковая панель

Категории

Контакты

Поддержать проект

Содержание

Прохождение тока через человека, является следствием его прикосновения не менее, чем к двум точкам электрической цепи, между которыми есть некоторая разность потенциалов (напряжение).

Опасность такого прикосновения неоднозначна и зависит от ряда факторов:

Классификация сетей напряжением до 1000 В

Однофазные сети

Однофазные сети разделятся на двухпроводные и однопроводные.

Двухпроводные

Двухпроводные сети делятся на изолированные от земли и с заземлённым проводом.

Изолированные от земли
Однофазная сеть. Двухпроводная изолированная от земли
С заземлённым проводом
Однофазная сеть. Двухпроводная с заземлённым проводом

Данные сети широко используются в народном хозяйстве, начиная с питания малым напряжением переносного инструмента и заканчивая питанием мощных однофазных потребителей.

Однопроводные

В случае однопроводной сети, роль второго провода выполняет земля, рельс и т.д.

Однофазная сеть. Однопроводная

Основное применение данные сети получили в электрифицированном транспорте (электровозы, трамваи, метро и т.д.).

Трёхфазные сети

В зависимости от режима нейтрали источника тока и наличия нейтрального или нулевого проводника могут быть выполнены по четырём схемам.

Нейтральная точка источника тока — точка, напряжения на которой относительно всех фаз одинаковы по абсолютному значению.

Нулевая точка источника тока — заземлённая нейтральная точка.

Проводник,присоединённый к нейтральной точке, называется нейтральным проводником (нейтралью), а к нулевой точке — нулевым проводником.

Читайте также:  Сколько ткани нужно на угловой диван

1. Трехпроводная сеть с изолированной нейтралью

Трёхфазная сеть. Трёхпроводная с изолированной нейтралью

2. Трёхпроводная сесть с заземлённой нейтралью

Трёхфазная сеть. Трёхпроводная с заземлённой нейтралью.

3. Четырёх проводная сеть с изолированной нейтралью

Трёхфазная сеть. Четырёхпроводная с изолированной нейтралью.

4. Четырёх проводная сеть с заземлённой нейтралью

Трёхфазная сеть. Четырёхпроводная с заземлённой нейтралью.

При напряжении до 1000В в нашей стране используются схемы «1» и «4».

Схемы включения человека в электрическую цепь

Подробнее о схемах включения человека в цепь см. Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках.

Однофазные сети

Изолированная от земли

Прикосновение человека к однофазной двухпроводной изолированной от земли сети.
Нормальный режим работы сети.

Чем лучше изоляция проводов относительно земли, тем меньше опасность однофазного прикосновения к проводу.
Прикосновение человека к проводу с большим электрическим сопротивлением изоляции более опасно.

Прикосновение человека к однофазной двухпроводной изолированной от земли сети.
Аварийный режим работы сети.

При замыкании провода на землю, человек прикоснувшийся к исправному проводу, оказывается под напряжением, равным почти полному напряжению линии, независимо от сопротивления изоляции проводов.

С заземлённым проводом

Прикосновение человека к незаземлённому проводнику однофазной двухпроводной сети.
Нормальный режим работы сети.

В данном случае, человек оказывается практически под полным напряжением сети.

Прикосновение человека к заземлённому проводнику однофазной двухпроводной сети.
Нормальный режим работы сети.

В нормальных условиях прикосновение к заземлённому проводу практически не опасно.

Прикосновение человека к заземлённому проводнику однофазной двухпроводной сети.
Аварийный режим работы сети.

При коротком замыкании напряжение на заземлённом проводе может достигать опасных значений.

Трёхфазные сети

С изолированной нейтралью

Прикосновение человека к проводу трёхфазной трёхпроводной сети с изолированной нейтралью.
Нормальный режим работы.

Опасность прикосновения определяется полным электрическим сопротивлением проводов относительно земли, с увеличением сопротивления, опасность прикосновения уменьшается.

Прикосновение человека к проводу трёхфазной трёхпроводной сети с изолированной нейтралью.
Аварийный режим работы.

Напряжение прикосновения практически равно линейному напряжению сети. Наиболее опасный случай.

С заземлённой нейтралью

Прикосновение человека к проводу трёхфазной четырёхпроводной сети с заземлённой нейтралью.
Нормальный режим работы.

Человек в данном случае оказывается практически под фазным напряжением сети.

Прикосновение человека к проводу трёхфазной четырёхпроводной сети с заземлённой нейтралью.
Аварийный режим работы.

Величина напряжения прикосновения лежит между линейным и фазным напряжением, зависит от соотношения между сопротивлением замыкания на землю и сопротивлением заземления .

Меры обеспечения электробезопасности

Основные защитные средства обеспечивают непосредственную защиту от поражения электрическим током.
Дополнительные защитные средства не могут самостоятельно обеспечить безопасность, но могут помочь при использовании основных средств.

Приниципиальная схема защитного заземления в сетях с изолированной нейтралью до 1000В.

В сетях до 1000 В защитное заземление применяется в сетях с изолированной нейтралью.
Принцип действия заключается в уменьшении до безопасного значения напряжения прикосновения.

Когда заземление невозможно, в целях защиты выравнивают потенциал основания на котором стоит человек и оборудования, путём повышения. Например, соединение ремонтной корзины с фазным проводником ЛЭП.

Заземлители делятся на:
a. Искусственные, предназначенные для целей заземления непосредственно.
b. Естественные, находящиеся в земле металлические предметы иного назначения, которые могут быть использованы в качестве заземлителей. Исключения по критерию взырвопожароопасности (газопроводы и т.д.).

Сопротивление заземления должно быть не более нескольких Ом. При этом со временем в результате коррозии сопротивление заземлителя возрастает. Поэтому его величина должна периодически контролироваться (зима/лето).

Приниципиальная схема защитного зануления в сетях до 1000В с заземлённой нейтралью.

Область применения — электроустановки с заземлённой нейтралью с напряжением до 1000В.

Принцип действия — превращение замыкания на корпус оборудования в однофазное короткое замыкание, с последующим отключением оборудования по превышению максимально допустимой силы тока.

Токовая защита реализуется либо с помощью автоматических выключателей, либо плавких предохранителей. Особое внимание необходимо уделить выбору толщины нулевого защитного провода, достаточной для проведения тока короткого замыкания.

Данный вид защиты срабатывает, когда токи входящий и выходящий в отслеживаемом контуре не совпадают по величине т.е., когда имеет место быть утечка тока. Например, при прикосновении человека к фазному проводу, часть тока уходит мимо основного контура в землю, что и вызывает отключение питания оборудования в контролируемом контуре. Подробнее, см. здесь.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *