Однофазна мережа, ізольована від землі

На рис. 3.5 приведена принципова схема однофазної мережі, ізольованої від землі.

З метою більшої наочності схема дещо ідеалізована порівняно з реальною — опір ізоляції проводів відносно землі і їх ємкість показано зосереджено.

Як видно зі схеми рис. 3.5а, проводи 1 і 2 однофазної мережі, ізольованої від землі, електрично зв’язані між собою через опори ізоляції та і землю, що і породжує згадані вище втрати на витоки струму.

При доторканні до проводу 1 людина, по суті, підключається до цієї мережі витоку струму паралельно , вносячи, таким чином, певні зміни в цю мережу від проводу 1 до землі. Від землі до проводу 2 мережа витоку струму не міняється і весь струм витоку, враховуючи і підключення людини, проходить через . Якщо знехтувати ємкісною складовою струму через людину (див. 3.5 за умови ), що цілком допустимо для нерозгалуженої мережі, то розрахункова схема струму через людину набуває виду, приведеного на правій частині рис. 3.5а. Відповідно до цієї схеми, величина струму через людину у загальному вигляді може бути визначена як

А, (3.8)

де — напруга дотику, В;— опір людини, Ом.

Загальна величина струму в мережі який дорівнює , визначиться виразом

(3.9)

де — провідність паралельного з’єднання i.

Тоді діюча на людину напруга, або , відповідно до приведеної схеми

В (3.10)

Підставивши в (3.10) значення , отримаємо

В. (3.11)

Підставивши в (3.8) значення і замінившиq його значенням, за умови , отримаємо

, A, (3.12)

де — опір ізоляції проводів 1 і 2 відносно землі, Ом.

В знаменнику (3.12) приймається в межах 10³ , а відповідно до чинних нормативів (1кОм/В), як мінімум, становить 10⁵ Ом.

Таким чином, в мережі, ізольованій від землі, при непошкодженій ізоляції (схема а, рис. 3.5) величина струму через тіло людини, практично, не залежить від опору тіла людини і визначається опором ізоляції провода 2 відносно землі.

У випадку пошкодження ізоляції проводу 2 (схема б, рис. 3.5) і дотику людини до проводу з непошкодженою ізоляцією, в мережі, що розглядається, на ділянці “земля—провід 2” з’являється додатковий, паралельний токопровід(пробій ізоляції), опір якого значно менше. Це приводить до зменшення опору на ділянці “земля—провід 2”, зростання струму в мережі, в цілому, і, як наслідок, зростання струму через людину.

Для визначення величини струму через людину в розрахунковій схемі рис. 3.5б замінимо паралельні опори ірівнозначним їм еквівалентним опором

.

Тоді величина струму через людину у даному випадку визначиться виразом (3.12), в якому замінить, тобто

, А. (3.13)

В (3.13) друга складова в чисельнику завідомо менше , знаменник, в цілому, як мінімум, на 2 порядки менше знаменника у виразі (3.12), а струм через людину буде на 2 порядки більший, ніж в (3.12).

В ізольованій від землі мережі при доторканні людини до проводу з непошкодженою ізоляцією (“здорового” проводу) і наявності проводу з пошкодженою ізоляцією (“хворого” проводу) величина струму через людину буде на 2 порядки більше, ніж при відсутності пошкодження ізоляції.

Таким чином, в мережах, ізольованих від землі, величина опору ізоляції являється одним із важливіших чинників небезпеки електротравм. У зв’язку з цим, відповідно до ПУЭ, в мережах, ізольованих від землі, повинен здійснюватись жорсткий контроль опору ізоляції на реєстрацію, на сигнал або на автоматичне відключення залежно від небезпеки електротравм. Так, у гірничо-добувній промисловості і на торфорозробках повинні застосовуватись мережі, ізольовані від землі, з обов’язковим постійним на автоматичне відключення контролем опору ізоляції.

У випадку пошкодження ізоляції проводу 1 (рис. 3.5в) і дотику людини до цього проводу паралельно людині і в мережі з’являється додатковий токопровід . Загальна провідність ділянки мережі від проводу 1 до землі визначиться як, а величина струму через людину, за аналогію з попереднім, дорівнюватиме

, А (3.14)

В (3.14) порівняно з (3.12) є третій член, величина опору якого знаходиться в межах 10⁷…10⁸ Ом — відповідно до зроблених вище допущень.

Таким чином на два-три порядки меншеі доторкання до проводу з пошкодженою ізоляцією (з пробоєм на землю) є значно безпечнішим, ніж до “здорового” проводу. На цьому принципі можлива реалізація засобів захисту людини— при її доторканні до струмовідних частин останні автоматично, засобами захисту, замикаються на землю.