Изоляция проводов и режим работы нейтральной точки сети как факторы электробезопасности
Электрическая изоляция токоведущих частей электроустановок от частей, находящихся под иным потенциалом, в том числе от земли, необходима не только для нормальной работы установки, но и для безопасности людей. Изоляция проводов и кабелей предотвращает прикосновение к их токоведущим жилам. Кроме того, в электрической сети, питающейся от генератора или трансформатора с изолированной от земли обмоткой, через человека, прикоснувшегося к одной из токоведущих жил, пойдет тем меньший ток, чем лучше изоляция двух других жил от земли.
Изоляция каждого провода относительно земли имеет электрическое сопротивление хотя и большого, но конечного значения, так что через изоляцию и землю всегда протекает некоторый весьма малый ток, называемый током утечки. Условно сопротивления изоляции трех фаз RA, RB, Rc изображены присоединенными к проводам, каждое в одной точке (рис. 37). На самом деле в исправной сети точки утечки распределяются равномерно по всей длине провода. Кроме активных сопротивлений изоляции есть реактивные сопротивления из-за некоторой электрической емкости между жилой каждого провода и землей. Через эти реактивные, сопротивления при переменном напряжении в сети протекают емкостные токи, которые тоже равномерно распределены по длине проводов. На рис. 37 эти сопротивления (ХА, Хв и Хс) условно показаны присоединенными каждое в одной точке провода.
Если в какой-либо точке любого провода произойдет повреждение изоляции, то возникающее электрическое соединение с землей в сети с изолированной нейтралью называется однофазным замыканием на землю. Такое соединение с землей не является коротким замыканием, потому что на пути тока от провода с поврежденной изоляцией к токоведущим жилам проводов других фаз будет сопротивление изоляции и емкостное сопротивление других проводов относительно земли. Ток однофазного замыкания в сети с изолированной нейтралью значительно меньше тока короткого замыкания между проводами или между проводами и землей в сети с заземленной нейтралью. Если замыкание на землю произойдет через тело человека, то в сети с изолированной нейтралью ток через человека будет значительно меньше, чем в сети с заземленной нейтралью.
Рис. 37. Схема защитного заземления:
1 — заземляющий проводник; 2 — защитный электроприемник; 3 — заземлитель
По этой причине в шахтах, на торфоразработках электрические сети напряжением до 1000 В работают с изолированной нейтралью. С изолированной нейтралью работают также сети напряжением 2, 6, 10 и 35 кВ, но уже не в целях безопасности, а для большей надежности бесперебойного электроснабжения. Продолжительность работы такой сети с однофазным замыканием на землю ограничена: в сети генераторного напряжения до 2 ч, а в других сетях с изолированной нейтралью до момента ликвидации повреждения. Персонал должен стремиться отыскать это повреждение как можно быстрее, так как для людей опасно прикосновение к предметам, через которые произошло замыкание на землю, например к железобетонной опоре, на которой поврежден изолятор. Опасно также приближаться ближе 8 м к месту соприкосновения с землей оборвавшегося провода напряжением выше 1000 В.
В установках напряжением до 1000 В сети с изолированной нейтралью безопаснее сетей с заземленной нейтралью только при условии хорошей изоляции фаз относительно земли и сравнительно небольшой протяженности сети, поскольку чем длиннее провода, тем больше значение емкостных токов и токов утечки. В шахтах и на торфоразработках, где сети не столь разветвленные, как в сельскохозяйственных электроустановках, ведется непрерывный автоматический контроль за состоянием изоляции при помощи специальных реле утечки или асимметров, которые немедленно отключают сеть, если в ней состояние изоляции ухудшилось больше, чем допустимо. В сельском хозяйстве и на промышленных предприятиях сети разветвлены, большей протяженности и даже при хорошем состоянии изоляции имеют большие токи утечки и емкостные токи. В этих условиях система с неза-земленной нейтралью лишается преимуществ. Например, проводка в стальных трубах в коровнике на 200 голов имеет емкость 0,145 мкФ, что даже без учета активной проводимости изоляции и емкости воздушной линии, а также электроприемников создает ток замыкания на землю 30 мА, опасный для человека, если замыкание произойдет через его тело. Кроме того, четырехпро-водные сети 380/220 В, применяемые в сельском хозяйстве, в случае симметричной нагрузки при незаземленной нейтрали могли бы иметь потенциал нейтрального провода, равный нулю, и для многих типов устройств автоматического контроля изоляции было бы трудно обнаружить замыкание на землю нейтрального провода.
Если сопротивление изоляции окажется меньше нормы, изоляцию испытывают переменным напряжением 1000 В в течение 1 мин. Если при испытании изоляция не пробивается, участок проводки может быть оставлен в работе до плановой замены. В промежутках между измерениями (1 раз в 6 или 3 мес, в зависимости от помещения) осматривают проводки, выключатели и арматуру светильников.
У вновь смонтированных электродвигателей переменного тока напряжением до 1000 В сопротивление изоляции обмоток статора должно быть не менее 0,5 МОм при температуре 10...30°С, у обмоток ротора синхронных электродвигателей или асинхронных с фазным ротором 0,2 МОм.
Полезная информация: Как выполняется замер сопротивления изоляции.