Емкость относительно земли
Токоведущие части и корпус электротехнического изделия (либо земля) образуют своеобразный конденсатор, обладающий определенной емкостью. Действительно, здесь мы имеем две токопроводящие среды, изолированные друг от друга и находящиеся под разными потенциалами φф и φ0.
Каждый элементарный участок провода длиной ΔL обладает емкостью ΔС относительно земли. Эквивалентная емкость провода равна сумме этих частичных емкостей. Емкость жилы кабеля длиной 1 км относительно внешней металлической оплетки колеблется в диапазоне 0,1-1,0 мкФ в зависимости от ее сечения и конструкции кабеля. Каждый токоведущий элемент - обмотки электрических машин, трансформаторов и реле, печатный монтаж и пр. - также имеет определенную емкость.
Емкость относительно земли – элемент, распределенный по длине линии. Однако при анализе условий электробезопасности распределенную емкость обычно заменяют эквивалентной сосредоточенной.
Емкость ухудшает изоляционные параметры сети, снижая эквивалентное сопротивление токоведущих частей относительно земли при исправной электрической изоляции. Например, если имеем эксплуатационный уровень эквивалентного сопротивления изоляции сети 600 кОм, то при значении емкости 1 мкФ он снижается в 200 раз - до 3 кОм; если емкость составляет 100 мкФ, то он падает в 20000 раз - до 30 Ом.
Емкость оказывает на сеть и другие виды негативного воздействия. Так, при каждом подключении приемников электроэнергии (отдельных участков сети) она в процессе своего заряда генерирует импульсные перенапряжения; при определенных обстоятельствах последние могут сформировать электрические пробои воздушных зазоров и дуговые замыкания.
Паразитные емкостные связи способствуют выносу переменного напряжения сети питания в цепи систем автоматического управления и контроля; в результате нарушения работы систем автоматики могут сформироваться разнообразные аварийные ситуации на объектах.
Защитное разделение сетей
Разветвленные сети большой протяженности имеют значительные емкости и небольшие активные сопротивления изоляций относительно земли. Ток замыкания на землю может быть значительным. Поэтому однофазное прикосновение даже в сети с изолированной нейтралью является опасным.
Если единую сильно разветвленную сеть с большой емкостью и малым сопротивлением изоляции разделить на ряд небольших сетей такого же напряжения, которые будут обладать незначительной емкостью и высоким сопротивлением изоляции, опасность поражения резко снизится.
Электрическое разделение сетей осуществляется с помощью специального разделительного трансформатора, который отделяет сеть с изолированной или глухозаземленнои нейтралью от участка сети, питающего электроприемник.
Рис. 7.1. Электрическое разделение сетей
При этом связь между питающей сетью и сетью приемника осуществляется через магнитные поля, участок сети приемника и сам приемник не связываются с землей. Разделительный трансформатор представляет собой специальный трансформатор с коэффициентом трансформации, равном единице, напряжением не более 380 В, с повышенной надежностью конструкции и изоляции. От трансформатора разрешается питание не более одного приемника с током не более 15 А.
В качестве разделительных трансформаторов могут быть использованы трансформаторы понижающие со вторичным напряжением не более 42 В, если они удовлетворяют требованиям к разделительному трансформатору.
Электрическое разделение сетей позволяет обеспечить достаточно большое сопротивление фазных проводов по отношению к земле (>500 кОм в сетях до 1000 В) и тем самым обеспечить безопасность при однофазном прикосновении.
Область применения защитного разделения сетей - электроустановки напряжением до 1000 В, эксплуатация которых связана с повышенной степенью опасности, в частности передвижные электроустановки, ручной электрифицированный инструмент и т.п.
Так как основная цель этой защитной меры - уменьшить ток замыкания на землю за счет высоких сопротивлений фаз относительно земли, не допускается заземление нейтрали или одного из выводов вторичной обмотки разделительного трансформатора.
Немалую опасность представляет возможность продолжения работы электроустановки при глухом замыкании на землю, так как, человек, прикоснувшийся к исправной фазе, попадает под линейное напряжение (в трехфазной сети). В этом случае защитное разделение сети не достигает цели. Чтобы избежать опасности возникновения замыкания на землю, необходимо постоянно следить за состоянием изоляции и своевременно устранять эти повреждения.