4.1. Системи з ізольованою та заземленою нейтраллю джерела напруги або трансформатора та небезпека при торканні людиною струмовідної частини
Електроустановки можуть входити до систем з глухозаземленою або ізольованою нейтраллю генератора або трансформатора. Нейтраль являє собою загальну точку з'єднаних обмоток генератора або трансформатора, потенціал якої в нормальних умовах навантаження дорівнює нулю, тому вона також називається нульовою точкою.
Глугозаземлена нейтраль виходить тоді, коли вона з'єднується із землею системою провідників та електродів, що знаходяться в землі біля місця встановлення генератора або трансформатора. Від нейтралі йде провід, званий нульовим, який з'єднується з корпусом кожного приймача енергії. Системи з глухозаземленою нейтраллю застосовуються для живлення більшості виробничих та побутових електроприймачів.
У системах із ізольованою нейтраллю нульова точка не заземлюється. На рис. 4.1 представлена схема мережі трифазного струму з ізольованою нейтраллю при торканні людиною фазного дроту. Ізоляція кожного дроту не є ідеальною і має витік на землю з опорами r1, r2, r3 та ємність щодо землі з ємнісними опорами xc1, xc2, xc3. Ці опори можна у вигляді зірок з нейтральними точками, замкнутими на землю, і вони також становлять повні опори фаз мережі, яким відповідають повні провідності. Провідності створюють замкнені через землю ланцюги, що зв'язують між собою дроти мережі. Опір тіла людини частково замінює опір фази, якої він стосується, у разі рис. 4.1 - r1 та xc1 і через тіло людини проходить струм, що порушує симетрію опорів витоків та ємностей.
Представимо фазну напругу у вигляді зірки з променями ОА, OВ, ОС, тоді лінійні напруги утворюють трикутник зі сторонами АВ, ВС, СА, що відповідають лінійним напругам (рис. 4.2,а).
Мал. 4.2. Векторні діаграми напруг мережі трифазного струму із ізольованою нейтраллю:
а)активні та ємнісні опори проводів мережі однакові; б)погіршення опору ізоляції фази А;в)замикання на землю фази А.
При рівності r1=r2=r3іхc1= хc2= хc3рівні за величиною та фазні напруги (рис. 4.2, а). Напруги фаз мережі по відношенню до землі (точка О) дорівнюють фазним напругам.
При збільшенні провідності однієї з фаз, наприклад фазиА,симетрія системи порушується, напруга фазиАпо відношенню до землі (точка О) знижується, а напруги інших фаз зростають (рис. 4.2 , б).
При повному порушенні ізоляції фазиАщодо землі (глухе заземлення) ця фаза набуває потенціалу землі або близький до нього, напруги інших фаз по відношенню до землі(0`Ві0 `С]зростають до лінійних напруг (АС і АВ),тобто збільшуються в3^0.5разів, а напруга нульової точки по відношенню до землі зростає до фазного (OO` = ОА).
Якщо напруга фазиАпо відношенню до землі стає рівним нулю, можна прийняти, що шляхи струмів витоку та ємності цієї фази на землю шунтуються через місце замикання фази А на землю струмом замикання. Через місце
замикання на землю фазиАпроходитиме струм, що дорівнює геометричній сумі струмів витоку та ємнісних інших фаз (рис. 4.3).
Мал. 4.3. Трифазна мережа із ізольованою нейтраллю із замиканням на землю однієї фази.
Як випливає з діаграм рис. 4.2, лінійні напруги у всіх розглянутих випадках залишаються незмінними, і замикання на землю однієї фази не впливає на роботу електроприймачів.
Чим більшепровідність ізоляції витоку і ємнісна по відношенню до землі, тим більшу небезпеку становить дотик людини до струмоведучої частини. Якщо одна фаза має замикання на землю, то дотик людини до інших фаз становить найбільшу небезпеку, тому що при цьому людина опиняється під лінійною напругою (рис. 4.4).
Мал. 4.4. Торкання людиною струмовідної частини в мережі з ізольованою нейтраллю при короткому замиканні іншої фази.
Якщо нейтраль заземлена, фазні напруги по відношенню до землі залишаються постійними та рівними фазному напрузі. При порушенні ізоляції однієї з фаз по відношенню до землі нейтраль може отримати незначне зміщення.
Дотик людини до однієї з фаз створює ланцюг струму: провідник-тіло людини-земля-заземлений нульовий провід-загальна точка обмоток (рис. 4.5). Напруга дотику людини- буде частиною фазної напруги, і струм, що проходить через людину, не залежить від струмів витоку та ємнісних струмів інших фаз, так як ланцюг замикання через опір нейтралі має менший опір, ніж опори витоку та ємнісні опори цих фаз, тобто ці опори виявляються зашунтованими.
Мал. 4.5. Торкання людиною струмовідної частини в трифазній мережі з глухозаземленою нейтраллю.
Дотик людини до струмоведучої частини може бути замиканням на заземлену частину електроустановки - замиканням на корпус або замиканням безпосередньо на землю. -десь є відмінність, оскільки у разі має значення великий перехідний опір у місці контакту людини із землею.
У системі із заземленою нейтраллю при замиканні дроту на землю створюється шлях струму від місця замикання через землю та нульовуточку до обмотування інших фаз генератора або трансформатора, і захист спрацьовує. У разі торкання дроту людиною він виявляється під фазною напругою і не може опинитися під лінійною напругою.
З погляду небезпеки дотику людини до струмовідної частини система із ізольованою нейтраллю представляється більш небезпечною за величиною напруги, під яким може опинитися людина, якщо не надійно працюють пристрої захисту.