Аналіз ступеня ураження людини в трифазних електричних мережах напругою до 1000 В з ізольованою та глухозаземленою нейтраллю

Оцінка безпеки дотику до струмопровідних частин зводиться до визначення струму, що протікає через людину, і порівняння його з допустимими значеннями.

Рівень безпеки та ступінь ураження залежать від того, яким чином відбулося включення людини в електричну мережу. Розрізняють двофазовий (одночасний дотик до двох фаз) та однофазовий дотик (включення) людини до струмопровідних частин. Статистика свідчить, що найчастіше трапляються однофазові дотики. Небезпека такого дотику в трифазових мережах в основному залежить від режиму нейтралі джерела живлення (ізольована чи глухозаземлена).

Розглянемо дотик до однієї фази в мережі з ізольованою нейтраллю (рис.1). Для спрощення розрахунків вважаємо, що мережа симетрична, а саме: симетричні й однаково активні опори ізоляції фаз, а також ємності та ємнісні опори. Струм, що проходить через тіло людини при дотику до однієї з фаз у нормальному режимі, визначається таким рівнянням у комплексній формі:

Аналіз рівняння показує, що при симетричних опорах між фазними проводами і землею струм через людину тим менший, чим більші ці опори.

Рисунок 1 – Дотик людини до однієї фази в мережі з ізольованою нейтраллю

У мережах з напругою до 1 кВ малої довжини ємність проводів відносно землі мала, С = 0, тоді Z = R, опір фази відносно землі дорівнює активному опору ізоляції і рівняння (1) набуває вигляду

Рівняння показує значення ізоляції як фактора безпеки: що вище опір ізоляції R, то меншим буде струм через людину. Тому короткі повітряні мережі з ізольованою нейтраллю, малою ємністю, високим опором ізоляції не становлять значної небезпеки при дотику до фази.

Мережі з глухозаземленою нейтраллю мають малий опір між нейтраллю і землею R₀, тому при дотику людини до фази струм через неї практично не залежить від опору ізоляції та ємності мережі відносно землі (рис.2).

Рисунок 2 – Дотик людини до фази в мережі з глухозаземленою нейтраллю

У цьому випадку струм через людину

Оскільки опір тіла людини не нижчий за 1 кОм, а опір заземлення нейтралі не перевищує 10 Ом, людина в цьому випадку перебуває практично під фазовою напругою, що є надто небезпечним.

Враховуючи вищевказане, в нормальному режимі значно безпечнішою є мережа з ізольованою нейтраллю, малої ємності та з надійною ізоляцією порівняно з мережею з глухозаземленою нейтраллю.

В аварійному режимі мережі з ізольованою нейтраллю є, навпаки, більш небезпечними, бо в цьому випадку людина потрапляє під лінійну напругу. При замиканні однієї з фаз на землю в мережі встановлюється режим, при якому одна з фаз набуває потенціалу землі, а дві інші – лінійні потенціали U_л.

Збільшення напруги двох неушкоджених фаз у $\sqrt3$ неприпустиме, оскільки фазова ізоляція розрахована на лінійну напругу U_л; однофазові споживачі навантаження підпадають під значну напругу, збільшується небезпека ураження електричним струмом внаслідок збільшення напруги від фазної U_ф до лінійної U_л.

У період аварійного режиму роботи більш безпечною є чотирипровідна мережа з глухозаземленою нейтраллю, оскільки людина потрапляє в цьому випадку під фазову напругу.

Мережі з глухозаземленою нейтраллю треба використовувати там, де неможливо забезпечити надійну ізоляцію проводів через високу вологість, агресивність середовища тощо, або коли не можна швидко знайти та усунути пошкодження ізоляції, коли ємнісні струми – великі (кабельні лінії). Це міські та сільські мережі, мережі великих підприємств тощо.

Двофазовий дотик людини до мережі, незалежно від режиму нейтралі, завжди небезпечний, бо людина опиняється під лінійною напругою U_л.

Дайте відповіді на питання

1. Що таке глухозаземлена нейтраль?

2. Що таке ізольована нейтраль?