Трехфазные сети с изолированной нейтралью

Такие сети отличаются тем, что нейтральная точка источника питания не имеет связи с землей (или имеет связь через очень большое сопротивление) и нейтральный провод отсутствует.

В трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью при нормальном режиме работы напряжение прикосновения U_np и ток I_h, проходящий через человека в период касания к одной из фаз, например к фазному проводнику L1 (рис. 6.4), определяются уравнениями (6.2) и (6.3), в которых надо принять.

Рис. 6.4. Прикосновение человека к проводу трехфазной

трехпроводной сети с изолированной нейтралью при

нормальном режиме работы

Тогда выражение для тока, проходящего через человека, в комплексной форме имеет вид

. (6.9)

Основываясь на этом равенстве, рассмотрим следующие три случая.

1. При равенстве сопротивлений изоляции и емкостей фаз относите­льно земли, т.е. при

r₁ = r₂ = r₃ = r; C₁ = C₂ = C₃ = C,

а, следовательно, при Y ₁ = Y ₂ = Y ₃ = Y получим, заменив проводимости полными сопротивлениями и имея в виду, что(a ² + a + 1) = 0, ток через человека

, (6.10)

где Z - комплекс полного сопротивления одной фазы относительно земли, Ом;

.

В действительной форме выражение для тока примет вид

. (6.11)

2. При равенстве сопротивлений изоляции и малых значениях емкостей фаз относительно земли, которыми можно пренебречь, т.е. при

r₁ = r₂ = r₃ = r; C₁ = C₂ = C₃ = 0,

и, следовательно, при и Z=r, т.е. сопротивление фазы относительно земли равно активному сопротивлению изоляции, что может иметь место в коротких воздушных сетях, получим из (6.11) ток, проходящий через человека, в действительной форме

. (6.12)

Выражение (6.12) показывает значение изоляции как фактора безопасности: чем выше сопротивление изоляции сети r, тем меньше ток, проходящий через человека, при однофазовом прикосновении.

При прикосновении человека к одной фазе в сети с малой емкостью и большим сопротивлением изоляции, если полное сопротивление фаз относительно земли значительно больше сопротивления цепи человека, т.е. Z> > R_ch, ток, проходящий через человека, ограничивается сопротивлением фаз относительно земли и почти не зависит от сопротивления цепи человека.

Полное сопротивление цепи человека

R_ch = R_h + R_об + R_н,

где R_об - сопротивление обуви, Ом;

R_н - сопротивление опорной поверхности ног растеканию тока, Ом.

При сопротивлениях фазы относительно земли, равных нескольким десяткам кОм и более, ток, проходящий через человека, невелик и даже может не превышать длительно допустимой величины. Поэтому в сетях с изолированной нейтралью, имеющих высокое сопротивление изоляции и малую емкость и не имеющих поврежденной изоляции, безопасно однофазное прикосновение. Однако у разветвленных сетей с большим числом потребителей общее сопротивление изоляции мало и емкость имеет значительную величину.

3. При равенстве емкостей и больших активных сопротивлениях изоляции по сравнению семкостными, т.е. при

r₁ = r₂ = r₃ = r; C₁ = C₂ = C₃ = C,

и, следовательно, при и , что может быть в кабельных сетях,

, (6.13)

где - емкостное сопротивление фазы относительно земли, Ом.

Сеть с большой емкостью опасна, так как ток, проходящий через человека, прикоснувшегося к фазе, может достигать больших значений.

Выражения (6.10) - (6.13) показывают, что в сетях с изолированной нейтралью опасность для человека, прикоснувшегося к одной из фаз в период нормальной работы сети, зависит от сопротивления изоляции проводов относительно земли: с увеличением сопротивления опасность уменьшается. Вместе с тем, этот случай менее опасен, чем прикосновение в сети с заземленной нейтралью [ср. уравнения (6.5) и (6.12)].

При аварийном режиме (рис. 6.5), когда имеет место замыкание фазы (например, фазы 3) на землю через малое активное сопротивление r_зм, проводимости других фаз можно принять равными нулю. Тогда, подставив в уравнение (6.9) Y₁ = Y ₂=0, получим

.

Производя соответствующие преобразования и имея в виду, что Y ₃=1/ r_зм и Y_h =1/ R_h, получим значение тока в действительной форме

. (6.14)

Напряжение прикосновения

. (6.15)

Если принять, что r_зм = 0 или, по крайней мере, считать, что r_зм < < R_h (так обычно бывает в действительных условиях), то согласно уравнению (6.15) , т.е. человек окажется под линейным напряжением.

В действительных условиях r_зм > 0, поэтому напряжение, под которым оказывается человек, прикоснувшийся в период аварийного режима к исправной фазе трехфазной сети с изолированной нейтралью, значительно больше фазного и несколько меньше линейного напряжения сети.

Таким образом, этот случай прикосновения во много раз опаснее прикосновения к той же фазе сети при нормальном режиме работы (ср. уравнения (6.12) и (6.14), имея в виду, что r /3 > > r_зм).

Вместе с тем этот случай является также, при прочих равных условиях, более опасным, чем прикосновение к исправной фазе трехфазной сети с заземленной нейтралью (ср. уравнения (6.7) и (6.14), имея в виду, что r₀, мало по сравнению с r_зм).

а

б

Рис. 6.5. Прикосновение человека к проводу трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью при аварийном режиме: а - схема сети; б - векторная диаграмма напряжений (при условии, что Y₁ = Y₂ = 0)