2.3.6 Анализ опасности трехфазной четырехпроводной сети переменного тока напряжением до 1000 в с системой заземления типа tn-c при глухом замыкании на землю

На рис. 11 показаны: полная электрическая схема системы TN-C (а), ее упрощенная (эквивалентная) электрическая схема (в) и векторная диаграмма напряжений после касания человека к проводу 1-й фазы и глухого замыкания фазы 2 на землю. Последнее условие означает, что сеть находится в аварийном режиме.

а б в

Рисунок 11 – Трехфазная четырехпроводная сеть переменного тока с системой заземления типа TN-C при глухом замыкании на землю

Ток фазы 2 протекает через фазный провод, сопротивление замыкания , землю, сопротивление заземления нейтрали, нейтраль и обмотку трансформатора, которая является источником напряжения в данной цепи.

Напряжение фазы 2 делится на две величины пропорционально сопротивлениям и(см. рис. 11. б)

. (11)

Отложим их на векторной диаграмме (см. рис. 11. в). «Земля» находится между ними. Напряжение прикосновения может быть рассчитано

. (12)

Переходя от векторной формы к скалярной, получим

. (13)

Если принять, что (), то . Напряжение прикосновения будет равно линейному напряжению

. (14)

Если принять, что , то. В этом случае человек окажется под фазным напряжением

. (15)

В действительности сопротивления иникогда не равны нулю. Поэтому реальное значение напряжения прикосновения больше фазного, но меньше линейного значения

. (16)

На основании сказанного можно сделать следующие выводы:

- ток через тело человека не зависит от емкостей фаз и токов утечки фаз на землю (при условии, что их комплексные сопротивления намного больше сопротивления заземления);

- прикосновение к фазе в аварийном режиме сети более опасно, чем в нормальном;

- при касании человека к фазе в аварийном режиме он оказывается под меньшим напряжение, чем в сети с изолированной нейтралью;

- в целях безопасности необходимо, чтобы сопротивление заземления было минимальным и никогда не превышало допустимого значения. Для этого необходим его периодический контроль и профилактика.

2.3.7 Выбор сети и режима нейтрали

При создании новых предприятий, внедрении новых технологических процессов и организации новых производственных участков встает вопрос о том, какую электросеть лучше использовать. Рассмотрим два наиболее распространенных вида трехфазных электросетей, уже знакомых нам из предыдущих параграфов: трехфазную трехпроводную сеть с изолированной нейтралью (система IT) и трехфазную четырехпроводную с глухозаземленной нейтралью (система TN-C).

При выборе сети и режима нейтрали, исходят из технологических соображений и соображений безопасности.

С точки зрения технологических соображений наиболее удобной является трехфазная четырехпроводная сеть с глухо-заземленной нейтралью, так как она дает потребителю два вида напряжения: фазное и линейное. Обычно мощное технологическое оборудование включают на линейное (более высокое) напряжение. Менее мощное оборудование, электроприборы, электрифицированный инструмент включают на фазное напряжение. Менее удобной является трехфазная трехпроводная с изолированной нейтралью. Так как дает потребителю лишь линейное напряжение.

Из соображений безопасности оценим значения токов, протекающие через тело человека в обоих видах сетей. Обе сети рассмотрим в двух режимах: нормальном и аварийном.

.

а б

Рисунок 12 – Трехфазная трехпроводная сеть с изолированной нейтралью

(система IT) в нормальном (а) и аварийном (б) режимах

Как отмечалось раньше, безопасность человека в трехфазной трехпроводнаой сети с изолированной нейтралью определяется главным образом состоянием ее изоляции. В общем случае - не только активным, но и емкостным сопротивлением между проводами и землей (см. рис. 12 а).

В трехфазной четырехпроводной сети с глухозаземленной нейтралью безопасность человека в меньшей степени зависит от состояния изоляции (см. рис. 13 б).

;

а б

Рисунок 13 – Трехфазная четырехпроводная сеть (система TN-C) в нормальном (а) и аварийном (б) режимах

Сравнивая токи через тело человека для сетей в одинаковых режимах, приходим к выводу, что в нормальном режиме, когда сети исправны, более безопасна трехфазная трехпроводная сеть с изолированной нейтралью (на схеме обозначена знаком «»). В аварийном режиме более безопасна трехфазная четырехпроводная сеть с глухозаземленной нейтралью, т. к. напряжение прикосновения на практике всегда ниже линейного.

Возникло противоречие. Для его разрешения рассматривают условия, в которых предполагается использовать сеть. Решение принимают в пользу той сети, которая окажется более безопасной в конкретных условиях.

Если требуется короткая сеть (десятки метров), не разветвленная, а следовательно, имеющая малое активное и емкостное сопротивление относительно земли; открытая сеть (легко доступная для визуального осмотра), применяют трехфазную трехпроводную сеть с изолированной нейтралью. На практике такие сети используются на открытых технологических площадках, на подвижных объектах, при проведении временных и горных работ.

Если требуется сеть большей длины, разветвленная, а следовательно, имеющая большое активное и емкостное сопротивление с землей; сеть, скрытая штукатуркой или другими элементами здания, применяют 3-фазную 4-проводную сеть с глухозаземленной нейтралью. На практике такие сети используют на стационарных объектах (в зданиях промышленных предприятий, учреждений, организаций, жилых домах городской и сельской местности и т. д .).

15