Выбор типа сети электроснабжения

Для снабжения электроэнергией промышленных, общественных и жилых зданий в основном применяют трехфазные сети переменного тока частотой 50 Гц. Наиболее широкое применение в промышленности нашли сети с изолированной нейтралью источника тока (рис. 5.1.) и с глухозаземленной нейтралью источника тока (рис. 5.2.)

Рис. 5.1. Трехфазная сеть с изолированной нейтралью

Рис. 5.2. Трехфазная сеть с глухозаземленной нейтралью и нулевым защитным проводником (Н.З.П)

Анализ этих сетей показывает, что при двухполюсном включении человека в сеть (рис. 5.1., а и рис. 5.2., а) независимо от режима нейтрали источника тока и сопротивления изоляции человек оказывается под линейным напряжением (Uл = ∙ V_ф) и через него будет протекать ток величиной Ih^(II)=Vл/Rh = 380 / 1000 = 0, 38 А = 380 мА, что, значительно выше (при ≥ 1с) тока фибрилляционного допустимого (см. табл. 2). Следовательно при двухполюсном включении человека в сеть обе сети одинаково опасны.

При однополюсном включении человека в сеть небольшой протяженностью (при С = 0) (рис. 5.1, б) величины тока, протекающего через человека, значительно уменьшается вследствие того, что в электрическую цепь последовательно включается сопротивление изоляции (rи) других фаз относительно земли, Ih = Uф / (Rh + ) = 220 | (1000 + ) = 0, 00131 А = 1, 31 мА. Такая величина тока значительно ниже тока неотпускающего допустимого (I н.д.= 6 мА) и находится на уровне тока ощутимого. В сетях с глухозаземленной нейтралью при однополюсном включении в сеть (рис. 5.2, а) величина тока, протекающего через человека, будет Ih^(I) = Uф / Rh = 220 / 1000 = 0, 22 А = 220 мА, что выше допустимого значения тока фибрилляционного. Следовательно сети с изолированной нейтралью небольшой протяженностью, когда их емкостью можно принебречь (С = 0), при однополюсном включении в сеть человека менее опасны, чем сети с глухозаземленной нейтралью источника тока.

Величина тока, проходящего через человека, при однополюсном включении в сеть с изолированной нейтралью и значительной емкостью (рис. 5.1, в), т.е. С ≠ 0, равна Ih = Uф / (Rh + (z/3))= 220 / (1000 +(10000/3)) = 0, 0507 А = 50, 7 мА. Такая величина тока превышает длительно ( > 1с) допустимый ток фибрилляционный (см. табл. 2).

где Z – полное сопротивление изоляции сети относительно земли составляет обычно коло 10 кОм.

При аварийном режиме (когда одна из фаз сети замкнута на землю или оборудование) в сетях с изолированной нейтралью (рис. 5.1, г) при однополюсном включении в сеть человек оказывается практически под линейным напряжением и через него протекает ток, такой же величины, что и при двухполюсном включении в такую же сеть. Величина этого тока равна Ih = ∙ Vф / (Rh + rз) = ∙ 220 / (1000 + (20…30)) ≈ 0, 3699 А = 369, 9 мА, что значительно превышает длительно ( ≥ 1с) допустимый ток фибрилляционный (табл. 2).

где rз – сопротивление растеканию тока в месте замыкания фазы, обычно равно 20…30 Ом.

В сети с глухозаземленной нейтралью источника тока (рис. 5.2, б) при аварийном режиме и однополюсном включении человека в сеть он окажется под напряжением прикосновения (Uф < Uпр < Uл) больше фазного, но меньше линейного напряжения. При Uф = 220 В достигнет величины Uпр = 240 – 260 В, а ток, проходящий через человека, величины Ih = 260 / (1000 + )) = 0, 2591 А = 259, 1 мА, что также значительно больше длительно ( ≥ 1с) допустимого тока фибрилляционного (табл. 2). Где R₀ – сопротивление основного заземляющего устройства нейтрали источника тока, R₀ = 4 0м.

Анализ сетей по опасности поражения человека током показал, что менее опасны сети с изолированной нейтралью небольшой протяженностью при нормальном режиме. Во всех других случаях сети с изолированной и глухозаземленой нейтралью источники тока практически одинаково опасны как при однополюсном, так и двухполюсном включении в электрическую сеть в нормальном и аварийном режимах работы.

Сети с изолированной нейтралью применяют в тех случаях, когда можно поддерживать сопротивление изоляции на высоком уровне и когда емкость сети относительно земли незначительна (сети небольшой протяженности – до 1 – 1, 5 км). Их применяют в опасных и особо опасных производствах по поражению электрическим током (шахты, рудники, взрывоопасные помещения), а также когда при аварийном режиме нельзя отключить потребителя(I категория).

Во всех других случаях предпочтение отдают сетям с глухозаземленной нейтралью, в которых можно применять оборудование на два напряжения (на 220 и 380 В) без дополнительных понижающих устройств, а защита осуществляется путем его селективного автоматического отключения при авариях или неисправностях.

Сети при напряжении выше 1000 В представляют повышенную опасность независимо от режима нейтрали, режима работы или вида включения в электрическую сеть (однополюсное или двухполюсное включение). Во всех случаях величина тока, протекающего через человека, будет значительно (в несколько раз, а иногда и на несколько порядков) превышает допустимые значения.