Виды электрических сетей переменного тока

В зависимости от требуемых технико-экономических показателей иограничений, обусловленных необходимостью обеспечения условий электробезопасности, применяют различные виды электрических сетей.

Трехфазная сеть с заземленной нейтралью(рисунок 5, а). Применяется в основном в высоковольтных линиях передачи электроэнергии. Здесь источником является вторичная обмотка трансформатора подстанции (электростанции), а приемником — первичная обмотка понижающего трансформатора, питающего данный производственный объект. Напряжение в сети – выше 1000 В. Различают сети с эффективно заземленной нейтралью и с компенсированной нейтралью. В первом случае сопротивление заземления нейтрали Z0 не должно превышать 0,5 Ом. Во втором случае между нейтралью обмотки трансформатора 0 и землей включается индуктивный реактор. В последние годы стали находить применение сети с резистированной нейтралью — с заземлением через высокоомный резистор(2 — 4 кОм).

Трехфазная четырехпроводная сеть с глухим заземлением нейтрали(рисунок 5, б). Глухозаземленной называется нейтраль обмотки трансформатора или генератора, присоединенная к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление (например, через трансформатор тока). Сеть имеет три фазных провода и выведенный из нейтрали обмотки трансформатора нулевой провод N. Благодаря наличию последнего в этой сети обеспечивается возможность подключения электроприемников ZНЛ иZНФ не только к линейному напряжению Uл, но и к фазному UФ. To есть здесь, не применяя трансформаторов, потребитель получает для своих нужд два напряжения (127/220, 220/380, 380/660 В), при этом нулевой провод N

называют рабочим, если он используется для питания электроприемников. Благодаря экономии на трансформаторах эти сети получили наиболее широкое применение.

Стандартом ГОСТ Р 50571.2-94 «Электроустановки зданий» регламентировано применение как четырехпроводных, так и пятипроводных сетей с глухим заземлением нейтрали. В первых нулевой рабочий проводник N используется также в качестве нулевого защитного РЕ (система заземления

типа TN-C, где С — combine, то есть объединенный), Пятипроводные сети содержат два нулевых проводника - рабочий и защитный (система заземления типа TN-S, где «S» - separe, то есть раздельный).

Трехфазная сеть с изолированной нейтралью(рисунок 5, в). В этой сети нейтраль источника электроэнергии (генератора или трансформатора) изолирована от земли. Нагрузка - трехфазная или однофазная - подключается к линейным проводам. Применяется в тех случаях, когда предъявляются повышенные требования к безопасности, надежности питания приемников электроэнергии при эксплуатационных повреждениях электрической изоляции или к их помехозащищенности. Диапазон напряжений:36 В – 35 кВ.

Если в сети есть приемники электроэнергии постоянного тока, получающие питание через управляемые или неуправляемые полупроводниковые выпрямительные мосты (рисунок 5, г), то такую сеть называют сетью двойного рода тока. В такой сети цепи переменного и постоянного тока имеют между собой гальваническую связь. Здесь характеристики, влияющие на условия безопасности, существенно отличаются от характеристик обычных сетей переменного тока. Мощность полупроводникового выпрямителя практически не имеет значения для перевода сети переменного тока в качество сети двойного рода тока, так как в вопросах обеспечения условий электробезопасности оперируют значениями токов в диапазоне 10-100 мА (если в сети имеется хотя бы один маломощный выпрямитель, например, в магнитном пускателе для питания катушки контактора, то ее следует классифицировать как сеть двойного рода тока).

Анализ опасности трёхпроводной сети переменного тока с изолированной нейтралью. При нормальной работе сети сила тока, проходящего через тело человека существенно зависит от сопротивления изоляции проводов и ёмкости проводов относительно земли. Если ёмкость проводов относительно земли мала (например, в воздушных сетях), то величина поражающего тока I_h определится следующим образом:

I_h= ,

где: -сопротивление человека; – фазовое напряжение; r – сопротивление изоляции проводов.

Если ёмкость значительна и сопротивление изоляции проводов велико

(например, в кабельных сетях), то сила тока определяется по выражению:

I_h=

Анализ выражений для тока показывает, что в сетях с изолированной нейтралью при незначительной ёмкости между проводами и землёй опасность поражения человека с увеличением сопротивления изоляции уменьшается, а в сетях с большой ёмкостью роль изоляции снижается

При аварийном режиме работы сила тока, проходящего через тело человека, прикоснувшегося к исправной фазе, определится выражением:

I_h= .

При =0 напряжение прикосновения будет равно:

Поскольку >0, напряжение прикосновения будет равно

> >

Таким образом, прикосновение человека к проводу гораздо опаснее при аварийном режиме, чем при нормальном.

Анализ опасности четырёхпроводной сети переменного тока с глухозаземлённой нейтралью. В четырёхпроводной сети с заземлённой нейтралью проводимость изоляции и ёмкостная проводимость проводов относительно земли малы по сравнению с проводимостью заземления нейтрали. При нормальной работе сети сила тока, проходящего через тело человека, рассчитывается по формуле:

I_h= ,

где - сопротивление заземления нейтрали.

При прикосновении к одной из фаз четырёхпроводной сети с заземлённой нейтралью человек оказывается практически под фазным напряжением. При аварийном режиме работы (одна из фаз замкнута на землю через относительно малое сопротивление), силу тока, проходящего через тело человека, определяют по формуле:

I_h= ,

Прикосновение человека к исправной фазе сети с глухозаземлённой нейтралью в аварийном режиме работы опаснее, чем при нормальном режиме работы, но менее опасно, чем прикосновение к исправной фазе сети с изолированной нейтралью в аварийном режиме работы.

Порядок проведения работы

1. Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.

2. Соедините гнёзда защитного заземления устройства, используемые в эксперименте, с гнездом «РЕ» источника G1.

3. Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений (Рисунок 6)

4. Установите у модели А5 сопротивление замыкания на землю R_зам= .

5. Включите источник G1 и питание блока мультиметров Р1.

6. Варьируя сопротивление изоляции R_из= R_А= R_В= R_С и ёмкости С=С_А= С_В= С_С фаз модели А3, а также сопротивлений R_обуви и R_пола модели А4, снимите в электрической сети с изолированной нейтралью с помощью амперметра блока Р1 следующие зависимости тока через тело человека: I_h =f(R_из), I_h =f(R_обуви), I_h =f(R_пола), I_h =f(С).

7. Смоделируйте электрическую сеть с глухозаземлённой нейтралью. Для этого соедините перемычкой гнездо нейтральной точки трансформатора и гнездо сопротивления заземлителя R₀ в блоке трёхфазного трансформатора А2.

8. Снимите аналогичные ранее снятым для электрической сети с изолированной нейтралью зависимости тока через тело человека для электрической сети с глухозаземлённой нейтралью.

9. Сопоставьте снятые зависимости и сделайте вывод о влиянии режима нейтрали электрической сети на условия электробезопасности.

10. Варьируя сопротивление изоляции R_из= R_А= R_В= R_С и ёмкости С=С_А= С_В= С_С фаз модели А3, сопротивление замыкания на землю R_зам модели А5, а также сопротивлений R_обуви и R_пола модели А4, снимите в электрической сети с глухозаземлённой нейтралью с помощью амперметра блока Р1 зависимости тока через тело человека: I_h =f(R_из), I_h =f(R_зам), I_h =f(С), а также с помощью вольтметра блока Р1 – зависимость напряжения прикосновения U_пр=f(R_зам)_.

11. Проанализируйте полученные результаты и сделайте выводы о влиянии параметров в электрической сети с глухозаземлённой нейтралью на условия электробезопасности.

12. Смоделируйте электрическую сеть с изолированной нейтралью. Для этого уберите перемычку, соединяющую гнездо нейтральной точки трансформатора и гнездо сопротивления заземлителя R₀ в блоке трёхфазного трансформатора А2.

13. Варьируя параметры моделей А3…А5, снимите с помощью амперметра и вольтметров блока Р1: зависимости тока через тело человека: I_h =f(R_из), I_h =f(R_зам), I_h =f(С), зависимости напряжения прикосновения U_пр=f(R_зам)_, U_пр=f(R_пола) и напряжения фаз электрической сети относительно земли U_А=f(R_зам)_, U_В=f(R_зам)_, U_С=f(R_зам)_.

14. Проанализируйте полученные результаты и сделайте выводы о влиянии

Рисунок 6 – Электрическая схема соединений

параметров в электрической сети с изолированной нейтралью на условия электробезопасности.

15. По завершении эксперимента отключите источник G1 и питание блока мультиметров Р1.

Таблица 2 - Перечень аппаратуры

Обозначение	Наименование	Тип	Параметры (пре-дельные)
G1	Трёхфазный источник питания	201.2	400 В ~; 16А
A1	Блок линейных дросселей		6x1,0 Гн; 0,5 А
A2	Трёхфазный трансформатор		250 ВА, 380/380 В, Y-0/Y-0
A3	Модель участка электрической сети		380 В~; 3x0,5А
A4	Модель человека		380 В~; 3x0,5А
A5	Модель замыкания на землю		380 В~; 3x0,5А
P1	Блок мультиметров	508.2	3 мультиметра 0…1000 В 0…10 А 0…20 МОм

Контрольные вопросы

1. Наиболее безопасный режим нейтрали с нормальными условиями эксплуатации электроустановок напряжением 220В при однофазном включении человека?

2. Глухозаземлённая нейтраль. Определение?

3. Изолированная нейтраль. Определение?

4. Назовите виды сетей переменного тока и дайте их краткую характеристику?

5. Как влияет режим нейтрали электрической сети на условия электробезопасности?

6. Если ёмкость проводов относительно земли мала, то как определяется величина поражающего тока I_h ?

7. Если ёмкость проводов относительно земли велика, то как определяется величина поражающего тока I_h ?

8. Проведите анализ опасности четырёхпроводной сети переменного тока с глухозаземлённой нейтралью при нормальном и аварийнойм режимах?

9. Проведите анализ опасности трёхпроводной сети переменного тока с изолированной нейтралью?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3