Заземления и зануления в трехфазных сетях

При эксплуатации трехфазных сетей необходимо обеспечить соответствующие меры безопасности, исключающие возможность поражения человека электрическим током. Цель защитного заземления – снизить до безопасного значения напряжение прикосновения. Защитное зануление обеспечивает отключение от источника питания электротехнических устройств при повреждении их изоляции.

При эксплуатации трехфазных сетей необходимо обеспечить соответствующие меры безопасности, исключающие возможность поражения человека электрическим током. Для этого осуществляют надежную изоляцию токоведущих частей электротехнических установок, а также применяют специальные защитные устройства, предотвращающие опасность поражения током при повреждении изоляции или прикосновении к металлическим частям электрических машин и аппаратов, которые в нормальных условиях не находятся под напряжением.

Статистика показывает, что подавляющее большинство травм происходит в случае прикосновения к токоведущим частям, находящимся под напряжением. В трехфазных сетях низкого напряжения (до 1000 В) величина тока, поражающего человека, зависит от режима нейтрали сети, а также от активной и емкостной проводимостей, существующих между проводами и землей. Необходимо знать, что токи промышленной частоты порядка 0,01 ÷ 0,015 А опасны для жизни, а токи, превышающие 0,1 А, смертельны.

Электроустановки напряжением до 1000 В работают как с глухо заземленной нейтралью, так и с изолированной нейтралью. В соответствии с Правилами устройств электроустановок (ПУЭ) для сетей напряжением до 1000 В предусматриваются в основном два типа трехфазных цепей: трехпроводная с изолированной нейтралью и четырехпроводная с заземленной нейтралью.

Рассмотрим в качестве примера трехпроводную сеть с изолированной нейтралью и определим, от чего зависит величина тока, поражающего человека, прикоснувшегося к одному из проводов такой сети.

Каждая сеть характеризуется определенной проводимостью изоляции, а также емкостью проводов относительно земли (рис. 1).

Рис. 1 К определению величины тока, проходящего через тело человека при его соприкосновении с одной из фаз трехпроводной сети с изолированной нейтралью

Эти проводимость и емкость условно можно рассматривать как сосредоточенную активную и емкостную нагрузку, соединенную звездой, нейтральной точкой которой служит земля.

Если пренебречь емкостной проводимостью, сопротивление изоляции каждого из проводов обозначить r_из, а сопротивление тела человекаr_ч, то в случае прикосновения человека к одной из фаз сети с изолированной нейтралью ток, проходящий через его тело, определится из формулы

I_ч = U_ф/(r_ч + 1/3r_из).

Это выражение легко получить, воспользовавшись методом эквивалентного генератора. При размыкании ветви с r_ч находим

U_х = U_ф; Z_вх = 1/3r_из.

Следовательно, чем больше сопротивление изоляции проводов, тем меньше ток I_ч; поэтому важно следить за состоянием изоляции сети.

В аварийном случае, например при коротком замыкании одной из фаз трехпроводной сети на землю, напряжение каждой из двух других фаз относительно земли становится равным линейному. Если при этом человек прикоснется к одной из исправных фаз, то он попадет под линейное напряжение сети, и ток

будет заведомо опасным.

Для предотвращения поражений, вызываемых прикосновением к металлическим частям электрооборудования, оказавшимся под напряжением (например, при пробое изоляции на корпус электродвигателя), наиболее эффективно применение защитных заземлений. Корпуса электротехнических установок посредством шин малого сопротивления (согласно ПУЭ величина сопротивления заземления r_З не должна превышать 4 Ом, т. е. r_З << r_ч) соединяются с металлическими трубами или листами, непосредственно соприкасающимися с землей.

Тогда в случае, например, пробоя изоляции одной из фаз статорной обмотки двигателя ток I_ч, проходящий через тело человека, прикоснувшегося к корпусу этого двигателя, будет во много раз меньше тока I_З и не будет представлять опасности для жизни.

Следовательно, цель защитного заземления – снизить до безопасного значения напряжение прикосновения.

Кроме защитного заземления, применяется защитное зануление. Защитное зануление используется в четырехпроводных сетях напряжением до 1000 В, работающих с заземленной нейтралью (рис. 2).

Рис. 2 Защитное зануление

Металлические части корпусов электродвигателей и аппаратов всегда соединены посредством стальных полос с нейтральным проводом четырехпроводной сети, нейтральная точка которой заземлена. В случае пробоя на корпус фазный и нейтральный провода оказываются замкнутыми накоротко, и возникающий при этом значительный по величине ток короткого замыкания вызывает перегорание плавких предохранителей или срабатывание защитного реле.

Следовательно, защитное зануление обеспечивает отключение от источника питания электротехнических устройств при повреждении их изоляции.