Адрес этой страницы' ?>

<<Предыдущая страница Оглавление книги Следующая страница>>

Прикосновение человека к токоведущим частям трехфазной сети с изолированной от земли нейтралью.

Поражение человека электрическим током.

Б. Трехфазные сети с изолированной от земли нейтралью.

Распределение электрической энергии на второй ступени электроснабжения промышленных предприятий, городов и сельского хозяйства осуществляется обычно с помощью кабельных (в городах) или воздушных линий (в сельской местности) при номинальном напряжении электроприемников (понижающих трансформаторов) 10 (6) или 35 кВ. Эти электрические сети работают с изолированными от земли нейтралями источников питания, т. е. трансформаторов ГПП, районных подстанций энергосистем, генераторов электростанций, или с нейтралями, заземленными через значительные индуктивные сопротивления, включаемые с целью уменьшения емкостной составляющей тока однофазного замыкания на землю. Достоинством системы с изолированной от земли нейтралью является то, что при случайном замыкании одной фазы на землю вследствие небольшого тока замыкания защита не срабатывает на отключение (обычно срабатывает на сигнал) и установка может продолжать работать в этом аварийном режиме, чем достигается большая безотказность электроснабжения потребителей.

При однофазном замыкании на землю в сети с изолированной от земли нейтралью в месте замыкания на землю будет протекать ток, значение которого обусловлено рабочим напряжением установки и проводимостью изоляции фаз относительно земли. Активная электрическая проводимость для сетей напряжением 6-35 кВ весьма мала, поскольку сопротивление изоляции кабелей и воздушных линий очень велико. Поэтому активной слагающей тока замыкания на землю можно пренебречь. Большое значение имеет емкостная проводимость, обусловленная электрической емкостью фаз относительно земли, которая особенно велика у кабелей с бумажной изоляцией (зависит также от длины линии).

В практических расчетах для сетей напряжением 6-35 кВ ток однофазного замыкания на землю, А, может быть определен по приближенной формуле

где U_л - линейное напряжение трехфазной сети, кВ; l_к - длина электрически связанных между собой кабельных линий, км; l_в - длина воздушных линий, км, присоединенных к источнику питания (трансформатору, генератору).

Например, если от понижающего трансформатора ГПП при напряжении 10 кВ отходят к цеховым подстанциям завода и распределительным пунктам (РП) кабельные линии общей протяженностью 15 и воздушные линии протяженностью 20 км, то в случае однофазного замыкания на землю в месте замыкания будет проходить емкостный ток

Поскольку ток замыкания на землю невелик и может быть даже меньше тока нагрузки данной линии, максимальная токовая защита от перегрузок и коротких замыканий не срабатывает. Обычно защита от замыканий на землю в этих сетях срабатывает на сигнал. Правила разрешают непродолжительную эксплуатацию электроустановки в аварийном состоянии при замыкании одной фазы на землю, но поскольку при этом возрастает вероятность пробоя изоляции (особенно кабеля) другой фазы и короткого междуфазного замыкания, правила требуют незамедлнтельного принятия мер: питание потребителей переводится на резервную линию, а поврежденная линия выводится в ремонт. Как видим, система с изолированной от земли нейтралью позволяет лучше обеспечивать бесперебойное снабжение потребителей электроэнергией. Пробой изоляции кабеля на заземленную оболочку часто сопровождается перемежающейся электрической дугой и перенапряжениями в сети. Кроме того, в зоне горения дуги происходит разрушение изоляции и других фаз, что ускоряет процесс междуфазного короткого замыкания и, следовательно, вызывает аварийное отключение установки.

С целью уменьшения мощности электрической дуги, образующейся при пробое изоляции одной фазы на корпус, принимают меры к уменьшению емкостной составляющей тока замыкания на землю путем включения в нейтраль трансформатора специально рассчитанного индуктивного сопротивления (заземляющего реактора). На рис. 9.4 показано включение заземляющего реактора L₀. Распределенные по всей сети активные проводимости изоляции и емкости фаз относительно земли показаны условно сосредоточенными сопротивлениями изоляции R_a, R_b, R_c и емкостями С_а, С_b, С_с. Замыкание на землю в фазе А показано условно некоторым активным сопротивлением в месте пробоя изоляции R' (проводимость g').

9.4. Однофазное замыкание на землю в сети с нейтралью, заземленной через индуктивное сопротивление

При наличии реактора L₀ в цепи замыкания на землю значение тока в месте замыкания значительно снизится, поскольку его емкостная I_с и индуктивная I_L составляющие находятся в противофазе. Следовательно, уменьшились и мощность, развиваемая дуговым разрядом в зоне повреждения изоляции кабеля, и его воздействие на изоляцию двух других фаз.

Замыкание на землю может быть глухим, когда практически сопротивление между фазой и землей равно нулю, и неполным, когда поврежденная фаза имеет пониженное сопротивление изоляции относительно земли, в частности в момент прикосновения к данной фазе человека (сопротивление около 1000 Ом), через тело которого проходит ток замыкания на землю.

На рис. 9.5 показаны векторные диаграммы линейных и фазных напряжений относительно земли для трех случаев. Когда изоляция всех фаз относительно земли имеет одинаковое сопротивление (рис. 9.5, а), напряжения фаз относительно земли одинаковы и составляют На рис. 9.5, б показано распределение напряжений фаз относительно земли при неполном замыкании фазы а на землю.

Рис. 9.5. Векторные диаграммы напряжений фаз относительно земли для сети с изолированной нейтралью источника питания

Из векторной диаграммы видно, что напряжение фазы с поврежденной изоляцией U_a относительно земли уменьшилось, а напряжение относительно земли двух других фаз с исправной изоляцией увеличилось. На рис. 9.5, в показана векторная диаграмма напряжений для случая глухого замыкания на землю фазы а, из которой видно, что ее напряжение относительно земли упало до нуля, в то же время напряжения относительно земли фаз в и c увеличились до линейного.

На рис. 9.6 показаны упрощенная, эквивалентная и расчетная схемы однофазного включения человека в сеть с изолированной нейтралью для случая, когда изоляция всех трех фаз исправна, сопротивления изоляции R_a= R_b=R_c=R_из и емкости С₁, С₂ и С₃ одинаковы. В этом случае значение тока, протекающего через человека в землю, будет

Для сети напряжением до 1000 В при малой ее протяженности емкостями фаз относительно земли можно пренебречь. Тогда ток через человека определится по уравнению

из которого видно, что в таких сетях (220-660 В) решающее значение имеет сопротивление изоляции фаз. По нормам сопротивление изоляции фазы относительно земли на каждом участке электрической сети напряжением до 1000 В должно быть не ниже 0,5 МОм. Однако если разветвленная сеть, питаемая от мощного источника, состоит из большого количества участков, то вследствие параллельного включения сопротивлений изоляции относительно земли общее сопротивление изоляции оказывается небольшим - обычно 2-10 кОм.

Рис. 9.6. Прикосновение к одному проводу в трехфазной сети с изолированной нейтралью источника питания с учетом емкости и проводимости изоляции относительно земли:

а-поясняющая схема; б - эквивалентная схема замещения; в - определение полного расчетного сопротивления

В такой сети (например, с номинальным фазовым напряжением 220 В) при однофазном включении человека ток через него будет

т. е. значительно больше фибрилляционного. Значит, через человека пройдет смертельно опасный ток.

Другое дело, если источник питания (трансформатор или генератор) питает малопротяженную сеть с сопротивлением изоляции около 0,5 МОм. В этом случае ток при однофазном включении

что безопасно.

Поэтому в целях большей безопасности обслуживания электро-установок в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных рекомендуется применять так называемые разделительные трансформаторы небольшой мощности, питающие отдельные электроприемники с коэффициентом трансформации n_т=l, позволяющие при хорошей изоляции вторичной цепи создать относительно безопасные условия обслуживания такой электроустановки.

В электрической сети напряжением 6-35 кВ, выполненной кабелями или воздушными линиями значительной протяженности, главным фактором в отношении значения тока замыкания на землю является емкостная проводимость, а поскольку активное сопротивление изоляции очень велико (особенно для воздушных линий), то в расчетах тока замыкания на землю сопротивлением изоляции можно пренебречь.

Тогда для случая однофазного прикосновения к такой сети человека получим значение тока

где x_C=1/ωС - емкостное сопротивление фазы относительно земли.

Например, если в сети 10 кВ, имеющей кабельные линии общей протяженностью l_к=5 км, произойдет однофазное включение человека, имеющего сопротивление R_чел=1000 Ом, то при емкостном сопротивлении фазы относительно земли

(емкость жилы относительно заземленной оболочки кабеля сечением S=50 мм² С = 0,16 мкФ) ток через человека будет

Такой ток безусловно смертелен.

Приведенные примеры показывают, что для сетей с изолированной нейтралью источника питания однофазное включение человека всегда опасно. Для сетей до 1000 В решающим фактором является значительная активная проводимость изоляции, а для сетей выше 1000 В - емкостная проводимость фаз относительно земли. Поэтому сети с изолированными нейтралями в отношении безопасности однофазного прикосновения так же опасны, как и сети с глухозаземленными нейтралями.

Достоинством сетей напряжением выше 1000 В с изолированной нейтралью является относительно небольшой ток замыкания на землю, что позволяет лучше обеспечить бесперебойность электроснабжения потребителей, поскольку при этом защита не срабатывает на отключение.

С учетом рассмотренных факторов сложилась система электроснабжения промышленных предприятий, при которой электрические сети 6-35 кВ работают с изолированными от земли нейтралями, а сети 380/220 В - с глухозаземленными нейтралями.