5.5. Понятие о трёхфазной системе электроснабжения

К системам электроснабжения предприятий, устройств освещения и других трёхфазных потребителей предъявляются следующие требования:

• экономичность при строительстве и эксплуатации;

• обеспечение постоянства напряжения и частоты у потребителей (согласно ГОСТ 21128-83 допускаются колебания напряжения устройств рабочего освещения в пределах −2,5, ..., +5 %, двигателей − от −5 % до +10 % номинального напряжения);

• безопасность и надёжность эксплуатации.

Требования экономичности в большей степени удовлетворяются в трёхпроводных трёхфазных схемах электроснабжения при соединениях фаз звездой без нейтрального провода и треугольником. В этих схемах генератор и приёмник соединены всего трёмя проводами и при одной и той же мощности достигается, по сравнению с трёмя однофазными системами, 50 % экономии материала. В четырёхпроводной системе дополнительно необходим нейтральный провод и экономия материала несколько уменьшается.

Постоянство напряжения у потребителей обеспечивается в схеме соединения фаз звездой с нейтральным проводом и треугольником, у которых теоретически режимы фаз не зависят друг от друга. В схеме же соединения фаз звездой без нейтрального провода изменение нагрузки одной из фаз приводит к появлению напряжения смещения нейтрали и изменению фазных напряжений приёмника: напряжения одних фаз уменьшаются, других − увеличиваются.

Безопасность эксплуатации в большой степени зависит от выбранной схемы соединения фаз потребителя. Нередко несчастные случаи происходят при контакте человека с токоведущими или нетоковедущими частями электрических установок при пробое их изоляции. При прикосновении к токопроводящим частям электрическое сопротивление человека R_Ч и сопротивление изоляции R_из образуют несимметричный приёмник, а земля − его нейтральную точку n (рис. 5.7а, б). Величина возникшего напряжения смещения нейтрали U_nV зависит от того, заземлена или нет нейтраль N вторичных обмоток трансформатора Тр.

В схеме с заземлённой нейтралью (см. рис. 5.7а) напряжение U_nV = 0 и напряжение, приложенное к человеку, равно фазному: R_Ч = U_Ф; если же отсутствует заземление нейтрали N (см. рис. 5.7б), то, чем больше сопротивление изоляции R_из, тем меньше напряжение, приложенное к человеку, и с точки зрения безопасности человека, схема с изолированной нейтралью имеет некоторое преимущество по сравнению со схемой с заземлённой нейтралью.

Однако при пробое изоляции одной из фаз и замыкании её на землю схема с заземленной нейтралью предпочтительнее, так как при этом возникает ток короткого замыкания, проходящий через предохранители пускателей, которые быстро отключают приёмник от сети. В сети с изолированной нейтралью отключение приёмника от сети не происходит: напряжение неповреждённых фаз относительно земли возрастает до линейного, т.е. возрастает в 3раз, что опасно для обслуживающего персонала. Подобная неисправность дли­тельное время может оставаться необнаруженной и изоляция сети из-за повышенного напряжения может быть пробита.

Особенно опасен для человека пробой изоляции на металлический корпус и другие токопроводящие части установок, нормально не находящихся под напряжением. Для уменьшения опасности поражения, согласно правилам техники безопасности, обязательно применение защитных заземления и зануления.

З ащитное заземление 1 (рис. 5.8, слева) – это преднамеренное соединение (при помощи стальных полос, уголков, труб и других подобных изделий) с землёй металлических нетоковедущих частей установок, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания фазы на корпус или по другим причинам. В этом случае человек при прикосновении к корпусу, например, асинхронного двигателя АД оказывается включённым параллельно заземлению, сопротивление которого мало (менее 4 Ом в сетях с напряжением 380 В), и напряжение, приложенное к человеку, становится безопасным.

Защитное зануление 2 (см. рис. 5.8, справа) – это преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Защитное зануление применяется в трёхфазных схемах электроснабжения с заземлённой нейтральной точкой источника питания (генератора, трансформатора) с напряжением до 1000 В (стандартные напряжения 40, 127, 220, 380 и 660 В). Его назначение то же, что и защитного заземления; разница лишь в том, что при защитном занулении роль земли выполняет шина заземления или нейтральный провод, к которым надёжно соединяют корпус электроустановки, например, асинхронного двигателя АД (см. рис. 5.8а). При замыкании фазы на корпус ток короткого замыкания в проводнике защитного зануления приводит к срабатыванию защитных аппаратов (предохранителей, магнитных пускателей и др.).