Однофазное включение в цепь в сети с изолированной нейтралью

(см. рис. 6). На производстве для электроснабжения силовых электроуста­новок находят применение трехпроводные электрические сети с изолиро­ванной нейтралью. В таких сетях отсутствует четвертый заземленный ну­левой провод, а имеются только три фазных провода.

На этой схеме прямоугольниками условно показаны электрические сопротивления r_А, r_B, r_C изоляции провода каждой фазы и емкости С_А, С_в, С_с каждой фазы относительно земли. Для упрощения анализа примем r_А = r_B = r_C = r, а С_А = С_B = С_С = С.

Если человек прикоснется к одному из проводов или к какому-нибудь предмету, электрически соединенному с ним, ток потечет через че­ловека, обувь, основание и через изоляцию и емкость проводов будет сте­кать на два других провода. Образуется замкнутая электрическая цепь, в которую, в отличие от ранее рассмотренных случаев, включено сопротив­ление изоляции фаз. Так как электрическое сопротивление исправной изо­ляции составляет десятки и сотни кОм, то общее электрическое сопротив­ление цепи значительно больше сопротивления цепи, образующейся в сети с заземленным нулевым проводом. То есть ток, проходящий через тело че­ловека, в такой сети будет меньше и прикосновение к одной из фаз сети с изолированной нейтралью безопаснее. Ток, проходящий через тело чело­века, будет равен:

R ч 9 R_ц ² _ч (1 + r ²w² C ²

где R_цч = R_ч + R_об + R_ос электрическое сопротивление цепи человека, ω = 2π f - круговая частота тока, рад/с (для тока промышленной частоты f = 50 Гц, поэтому ω = 100π).

Если емкость фаз невелика (это имеет место для непротяженных воздушных сетей), можно принять С ≈ 0, и ток

I_ч = 3 U_ф /(3 R_цч + r).

Например, если сопротивление пола 30 кОм, кожаной обуви 100 кОм, сопротивление человека 1 кОм, а сопротивление изоляции фаз 300 кОм, ток, который проходит через тело человека (для сети 380/220 В), будет равен:

I_ч = 3∙220 В/[3∙(30000 + 100000 + 1000) + 300000] Ом = = 0,00095 А = 0,95 мА.

Такой ток человек может даже не почувствовать. Даже если не учи­тывать сопротивление цепи человека (человек стоит на влажной земле в сырой обуви), проходящий через человека ток будет безопасен:

I_ч = 3∙220 В/300000 Ом = 0,0022 А = 2,2 мА.

Для протяженных электрических сетей, особенно кабельных линий, емкостью фаз нельзя пренебрегать (С ≠ 0). Даже при очень хорошей изо­ляции фаз (R = ∞) ток потечет через человека через емкостное сопротивле­ние фаз, и его величина будет определяться по формуле:

^ч R_ц ² _ч + (1/6p fC)²

Таким образом, протяженные электрические цепи промышленных предприятий большой емкости обладают высокой опасностью, даже при хорошей изоляции фаз.

При нарушении же изоляции какой-либо фазы прикосновение к сети с изолированной нейтралью становится более опасным, чем к сети с зазем­ленным нулевым проводом. В аварийном режиме работы (см. рис. 6, б) ток, проходящий через тело человека, прикоснувшегося к исправной фа­зе, будет стекать по цепи замыкания на земле на аварийную фазу, и его величина

I_ч = U_л /(R_цч + R_з).

Так как сопротивление замыкания R₃ аварийной фазы на земле обычно мало, то человек будет находиться под линейным напряжением, а сопротивление образовавшейся цепи будет равно сопротивлению цепи че­ловека R_цч, что очень опасно.

По этим соображениям, а также из-за удобства использования (воз­можность получения напряжения 220 и 380 В) четырехпроводные сети с заземленным нулевым проводом на напряжение 380/220 В получили наи­большее распространение.

Рассмотрены далеко не все возможные схемы электрических сетей и варианты прикосновения. На производстве могут быть более сложные схемы электроснабжения, находящиеся под большими напряжениями, а значит, и более опасные. Однако основные выводы и рекомендации для обеспечения безопасности практически такие же.

Снизить ток, протекающий через тело человека в этом случае, можно либо за счет увеличения электрического сопротивления цепи (например, за счет применения СИЗ), либо за счет уменьшения потенциала корпуса φ _к и потенциала земли φ ₃, так как напряжение прикосновения при однофазном включении в цепь

U_пр = j _к -j _з.

Основными нормативными документами по технике безопасности при производстве электромонтажных работ являются строительные нормы и правила СНиП III-4-80* «Техника безопасности в строительстве» и разработанные на их основе Правила техники безопасности при элек­тромонтажных и наладочных работах.