Трифазна мережа, ізольована від землі

При доторканні людини до фазного проводу трифазної мережі, ізольованої від землі, виникає мережа замикання на землю, більш розгалужена, ніж в однофазній. Основні елементи цієї мережі: “фазний провід 1”—“людина паралельно з”—“земля”—“опори ізоляціїі”—“фазні проводи 2 і 3” (рис. 3.6а).

До цієї мережі прикладена лінійна напруга , а не фазна, як в однофазній мережі. Оскільки, то в трифазній мережі, при інших рівних чинниках, величина струму замикання на землю, як і величина струму через людину при її доторканні до фазного проводу, має бути більшою

За рівності опорів ізоляції () і ємкостей ніж в однофазній () струм, що проходить через людину, визначиться виразом

, А, (3.15)

де —кутова частота мережі, Гц; С — ємкість проводів відносно землі, Ф.

Аналогічно попередньому (однофазна мережа), при умові

і , що досить імовірно для нерозгалужених повітряних мереж, величина струму через людину визначиться виразом

, А, (3.16)

Дійсно, порівнюючі вираз (3.12) для величини струму через людину при нормальному режимі роботи електроустановки в однофазній мережі і вираз (3.16), бачимо, що в трифазній мережі , практично, в три рази більше.

В трифазній мережі пошкодження опору ізоляції будь-якого фазного проводу впливає на величину струму через людину, яка попала під напругу, таким же чином, як і в однофазній мережі: доторкання до фазного проводу з непошкодженою ізоляцією, при пошкодженні ізоляції інших фазних проводів, більш небезпечне, ніж доторкання до проводу з пошкодженою ізоляцією при непошкодженій ізоляції інших фазних проводів. У зв’язку з цим проблема контролю стану ізоляції у трифазній мережі, ізольованій від землі, є такоюж актуальною, як і однофазній, розглянутій вище.

В правій частині схеми (рис. 3.6б) розглянуто можливий варіант доторкання людини до корпусу споживача електроенергії, який опинився під напругою в результаті пошкодження ізоляції фази 1. При незаземленій установці таке доторкання рівнозначне першому варіанту (а), виникне подібна першому варіанту (а) мережа, а величина струму через людину визначиться виразом (3.16). Якщо ж неструмовідні частини попередньо заземлити, то паралельно можливому включенню людини буде провідник “корпус-земля” і струм замикання на землю буде розподілятися між цим провідником і тілом людини зворотньо пропорційно їх опорам. При малому значенні опору заземлення, останнє, практично, шунтує людину і забезпечує, таким чином, її захист на випадок пошкодження ізоляції споживача електроенергії і переходу напруги на неструмовідні частини електроустановки. Такий технічний засіб захисту називається захисним заземленням. Але функції захисного заземлення не обмежуються тільки шунтуванням людини.

При функціонуванні заземлення має місце протікання струму в землі, а, відтак, на її поверхні в радіусі біля 20 м від заземлювача виникає зона підвищених потенціалів відповідно до рис. 3.3, розподіл потенціалів в якій характеризується пунктирною кривою рис 3.6б.

Якщо заземлювач знаходиться від споживача енергії на відстані менше 20 м (рис. 3.6б), то напруга дотику, під яку попадає людина, буде визначатись різницею потенціалів корпуса споживача електроенергії і поверхні землі, де стоїть людина. Таким чином, правильно виконане захисне заземлення не тільки шунтує людину, а і зменшує напругу дотику, як показано на рис. 3.6б. Чим ближче буде заземлювач до місця знаходження людини при її дотику до корпусу обладнання, що опинився під напругою, тим меншою буде . При знаходженні заземлювача від споживача електроенергії на відстані, більшій 20 м, захисне заземлення буде зменшувати тільки струм через людину.

При наявності заземлення у варіанті рис. 3.6б величина струму через людину визначається як

, А, (3.17)

де — опір заземлюючого пристрою розтіканню струму, Ом.

Вище, переходячи до розгляду правої частини рис. 3.6, дотик людини до корпусу електроустановки, який знаходиться під напругою в результаті пошкодження ізоляції, ми ототожнювали з дотиком до тогож фазного проводу, а величина струму через людину мала визначатись виразом (3.16).

Але за наявності заземлення корпусу фактична величина струму через людину, практично, на 2 порядки менше— третя складова в знаменнику виразу (3.17) знаходиться в межах 10⁷…10⁸ Ом.

Для з’ясування ролі захисного заземлення у даному випадку доцільно порівняти вирази (3.17), (3.14). Знаменники цих виразів досить подібні, а захисне заземлення можна розглядати як заздалегідь виконане замикання фазного проводу, до якого може доторкнутися людина, на землю, яке реалізується при переході напруги на неструмовідні елементи заземленої електроустановки.

Трифазна чотирипровідна мережа з глухозаземленою нейтраллю

На рис. 3.7 приведена принципова схема трифазної чотирипровідної мережі з глухозаземленою нейтраллю, на якій розглядається два варіанти попадання людини під напругу:

• перший варіант (рис. 3.7а) — доторкання людини до фазного проводу при непошкодженій ізоляції інших фазних проводів;

• другий варіант (рис. 3.7б) — доторкання людини до корпусу споживача електроенергії при пошкодженні ізоляції і переході напруги на неструмовідні частини за відсутності доторкання людини у лівій частині рис. 3.7.

Нейтраль трансформатора, від якого живиться мережа,заземлена через . При доторканні людини до фазного проводу 1 утворюється мережа струму провід 1 — людина —земля —— фаза 1, в якій всі елементи з’єднані послідовно. Величина струму в цій мережі, а значить і величина струму через людину , визначиться виразом

, А, (3.18)

де — опір землі, Ом.

В знаменнику цього виразу знаходиться в межах 10³ Ом, і— в межах десятків Ом. Тому можна вважати, що людина попадає, практично, під фазну напругу (), а величина струму залежить, в основному, від.

Порівнюючи значення відповідно до (3.18) зі значеннямив мережах, ізольованих від землі —вирази (3.12) і (3.16), приходимо до висновку, що величина струму через людину, яка попала під напругу, в мережі з заземленою нейтраллю на 2 порядки більше. Співставлення виразів (3.13) і (3.18) свідчить, що в мережі з заземленою нейтраллю при дотиці людини до фазного проводу небезпека ураження людини електричним струмом () практично така, як і в мережах, ізольованих від землі при доторканні людини до фазного проводу з непошкодженою ізоляцією (до “здорової” фази) при наявності пошкодження ізоляції інших фаз (при наявності “хворих” фаз). Підвищена небезпека ураження електричним струмом в ціх обох випадках — вирази (3.13) і (3.18) — обумовлюється одним і тим чинником — відсутністю в мережі струму через людину опору ізоляції.

В трифазній чотирипровідній мережі з глухозаземленою нейтраллю при дотику людини до корпусу електрообладнання, який знаходиться під напругою в результаті замикання на корпус (рис. 3.7б), виникає, практично, така сама мережа струму замикання на землю, як і у випадку, приведеному на рис. 3.7а при величині струму через людину відповідно до (3.18).

Для захисту людини від ураження електричним струмом у даному випадку, як і в мережі, ізольованій від землі (рис. 3.6), здавалося б за доцільне застосування захисного заземлення, яке показане пунктиром на рис. 3.7б.

Тут доречно відмітити, що захисне заземлення застосовується з метою зменшення іі не розраховане на аварійне відключення споживача при замиканні на корпус. Тому корпус певний час може знаходитись під напругою до усунення пошкодження ізоляції або до поглиблення аварійної ситуації і спрацювання інших видів захисту — від короткого замикання, максимального струмового тощо. І якщо в цей період за якихось обставин трапиться пошкодження мережі захисного заземлення, то створиться небезпечна ситуація щодо можливості електротравм. Таким чином, захисне заземлення не є досить надійним захистом щодо профілактики електротравм.

Враховуючи особливості електричної мережі з заземленою нейтраллю і нульовим проводом, більш ефективним засобом попередження електротравм при замиканні на корпус у даному випадку вважається занулення — навмисне електричне з’еднання неструмовідних елементів електроустановки, які можуть опинитися під напругою в результаті замикання на корпус, з нульовим проводом — див. рис. 3.7б.

При наявності занулення і замиканні на корпус (зк на рис. 3.7) утворюється мережа струму: фазний провід 1 — корпус обладнання — нульовий з’єднуваль­ний провідник — нульовий провід паралельно з землею, який через кожні 200 м повторно заземлюється (пз на рис. 3.7) для забезпечення цілісності мережі струму, — фаза 1. У цій мережі фаза замкнута провідниками за відсутності навантаження, тобто це, практично, коротке замикання фази. Спрацьовує захист від короткого замикання (зпп — запобіжники плавкі на рис. 3.7 або інші автоматичні пристрої) і пошкоджена електроустановка відключається від джерела живлення, що і забезпечує попередження електротравм у подібних випадках.

Таким чином, згідно з зазначеним вище, до основних чинників, які впливають на тяжкість ураження електричним струмом (на ) при попаданні людини під напругу, можна віднести:

• величину напруги мережі живлення, В;

• величину напруги дотику , В;

• конструктивні особливості мережі живлення — кількість фаз і режим нейтралі;

• величину опору і стан ізоляції — перш за все в мережах живлення, ізольованих від землі;

• протяжність і розгалуженність мережі живлення, які впливають на і ємкість відносно землі.

Вплив перерахованих чинників і особливостей виробничого середовища експлуатації електроустановок на небезпеку електротравм враховується при розробці нормативних актів з питань електробезпеки, технічних і організаційних заходів і засобів попередження електротравм та електрозахисних засобів.