2.12.3.3. Выбор схемы сети и режима нейтрали
Схема сети, а следовательно, и режим нейтрали источника тока, питающего эту сеть, выбираются по технологическим требованиям и из условий безопасности.
При напряжениях до 1000 В широкое распространение получили две схемы трехфазных сетей : трехпроводная с изолированной нейтралью и четырехпроводная с заземленной нейтралью.
Из вышеприведенного анализа сеть с изолированной нейтралью в период нормального режима сети более безопасна, а в аварийный период - сеть с заземленной нейтралью. Поэтому по условиям безопасности сеть с изолированной нейтралью целесообразно применять на объектах с повышенной опасностью поражения электрическим током и в тех случаях, когда имеется возможность поддерживать высокий уровень изоляции проводов сети относительно земли и когда емкость проводов относительно земли незначительна. Такими являются сравнительно короткие сети, не подверженные воздействию агрессивной среды и находящиеся под постоянным надзором электротехнического персонала.
Сети с заземленной нейтралью следует применять там, где невозможно обеспечить хорошую изоляцию проводов (из-за высокой влажности, агрессивности среды, большой протяженности и т.д.), когда нельзя быстро отыскать или устранить повреждения изоляции или когда емкостные токи замыкания на землю достигают больших значений, опасных для человека (городские и сельские сети, сети собственного расхода электростанций и т.д.).
При напряжениях выше 1000 В по технологическим требованиям сети напряжением до 35 кВ выполняются с изолированной нейтралью, а выше 35 кВ - с заземленной. Поскольку такие сети имеют большую емкость проводов относительно земли, то для человека является одинаково опасным прикосновение к проводу любой сети.
2.12.4. Опасность растекания тока при замыкании на землю.
Стекание тока в землю происходит только через проводник, находящийся в непосредственном контакте с землей. Такой контакт может быть случайным или преднамеренным. В последнем случае проводник, находящийся в контакте с землей называется заземлителем или электродом. Случайное замыкание на землю может произойти вследствие контакта между токоведущими частями и заземленным корпусом электроустановки, при падении на землю оборванного провода сети, при пробое изоляции электроустановки и т.д.
Рассмотрим схему растекания тока в земле при пробое изоляции электроустановки, считая, что ток стекает в землю через полусферический заземлитель радиусом r, погруженный в однородный грунт с удельным сопротивлением , Ом м (рис. 2.12.9).
Рис. 2.12.9. Напряжение прикосновения и шага
В этом случае ток заземлителя Iз будет стекать с поверхности заземлителя по направлению радиусов от заземлителя как центра сферы. С увеличением расстояния от заземлителя плотность тока уменьшается вследствие возрастания сечения земли, через которое протекает ток, и соответственно уменьшается разность потенциалов двух соседних точек поверхности земли
x = Iз / 2x = k / x .
По мере удаления от заземлителя потенциалы точек снижаются по гиперболическому закону. На расстоянии 1 м от заземлителя падение напряжения составляет 68 % , на расстоянии 10 м - 92 % от потенциала з . На расстоянии более 20 м от заземлителя падение напряжения практически равно потенциалу заземлителя з , а потенциалы точек поверхности земли - нулю.
Максимальный потенциал будет при наименьшем значении х, т.е. непосредственно на заземлителе (х = r)
з = Iз / 2r .
Пространство вокруг заземлителя, за пределами которого электрический потенциал, обусловленный токами замыкания на землю, может быть принят равным нулю, называется полем или зоной растекания тока. Неравномерный характер распределения электрического потенциала в зоне растекания тока в земле приводит к возникновению напряжения прикосновения и шага.
Напряжение прикосновения равно
Iз
Uпр = з ( 1- r / x ) .
2 r x
При х 20 м можно считать r / x 0 и Uпр = з , а при х = r, r / x = 1 и Uпр = 0.
Напряжение шага Uш , В, есть напряжение между двумя точками цепи тока, находящихся одна от другой на расстоянии шага, на которых одновременно стоит человек.
Таким образом (рис. 2.12.9)
Uш = x - x+a ,
где x и x+a - потенциалы точек, на которых стоит человек.
Шаговое напряжение будет равно нулю, если человек находится вне поля растекания тока или обе ноги человека находятся на эквипотенциальной линии.
Шаговое напряжение значительно меньше, чем напряжение прикосновения, однако отмечено немало случаев поражения людей. Это объясняется тем, что под действием тока в ногах возникают судороги и человек падает. После падения человека цепь тока замыкается вдоль его тела через дыхательные мышцы и сердце, причем человек может замкнуть точки с большей разностью потенциалов.