Высокое качество электрической изоляции, определяемое существующими нормами и испытаниями, обеспечивает защиту от замыканий на землю и корпуса электрооборудования. Однако в сетях с изолированной нейтралью и в сетях с компенсацией емкостных токов утечки такого нормирования изоляции недостаточно с точки зрения безопасности. Действительно, при прикосновениях к фазным проводам в таких сетях можно обеспечить безопасность посредством электрической изоляции, если ее сопротивление будет достаточным для ограничения тока через организм человека до безопасной величины. Рассмотрим, при каких сопротивлениях изоляции будет соблюдаться указанное условие безопасности.
В сетях с изолированной нейтралью при емкостных проводимостях изоляции, незначительных по сравнению с активными, величина тока через организм человека при прикосновениях к фазному проводу определяется по (1-11). Допустимое сопротивление изоляции можно найти, если принять за допустимый ток некоторое конкретное значение. Принимая
, имеем:
Если емкостной проводимостью изоляции пренебрегать нельзя, критическое активное сопротивление изоляции можно рассчитать по (1-14) для некоторых конкретных значений емкости сети [Л. 13].
Рис. 2-7. Зависимость тока поражения от активного сопротивления в нейтрали при компенсации емкостных токов утечки.
Рис. 2-6. Зависимость критического сопротивления изоляции от величины емкости в сетях с компенсацией емкостных токов утечки.
Несколько иная картина зависимости тока поражения от активного сопротивления изоляции наблюдается в сетях с компенсацией [см. формулу (1-15)]. На величину тока поражения в таких сетях существенно влияет, кроме емкостного и активного сопротивления изоляции, активное сопротивление компенсатора R0. Если ограничить допустимый ток через человека до некоторой величины (например, Ih=20 мА) и рассчитать параметры сети Rиз, Rиз, R0, при которых это ограничение будет соблюдаться, то поддержанием расчетных значений параметров будет обеспечен соответствующий уровень безопасности при эксплуатации электроустановки. С увеличением величины компенсируемой емкости величина критического активного сопротивления также возрастает. В качестве примера на рис. 2-6 приведены результаты расчета критического сопротивления изоляции в зависимости от емкости сети для трех значений активного сопротивления в цепи компенсации: R0=25 Ом, R0=50 Ом и R0=5 Ом. Расчет произведен для Ih=20 мА.
Из графиков вытекает зависимость уровня безопасности от величины активного сопротивления в цепи компенсации Rиз (при одном и том же значении при меньшем значении R0 удается обеспечить безопасность в сетях с большей емкостью). Это сопротивление определяется в основном сопротивлением заземлителя и активным сопротивлением компенсатора. Повышая уровень безопасности, необходимо стремиться свести указанные сопротивления к минимуму. На рис. 2-7 построена зависимость тока через организм человека (при Rh=1000 Ом) от активного сопротивления в цепи компенсации для нескольких значений емкости сети. Критическое сопротивление изоляции
принято равным 45 кОм. Графики позволяют выбрать значение R0 в зависимости от емкости сети в диапазоне С=0,5-2,0 мкФ на фазу и заданного допустимого тока. Принимая за допустимый ток
(второй критерий электробезопасности), при заданном критическом активном сопротивлении необходимо обеспечить в цепи компенсации активное сопротивление не более 10 Ом.
Приведенные соображения позволяют наметить основные мероприятия по повышению эффективности защиты изоляцией, т. е. мероприятия, расширяющие защитную роль изоляции при прикосновении человека к фазным проводам в сетях с изолированной нейтралью источника и с нейтралью, заземленной через компенсирующее устройство. К ним следует отнести:
- поддержание активного сопротивления изоляции на уровне критического, определяемого заданным уровнем безопасности. В условиях промышленного предприятия понятие «поддержание уровня изоляции» сводится к непрерывному контролю за его величиной с тем, чтобы при снижении сопротивления изоляции ниже критического значения принимать другие меры обеспечения безопасности. Контролем только за активным сопротивлением безопасность обеспечивается лишь в том случае, если емкостные проводимости изоляции заведомо не создают опасности поражения человека при заданном уровне критического активного сопротивления. Это возможно только в электрических установках с малой емкостью изоляции, определяемой в основном протяженностью электрических сетей и их исполнением. При прочих равных условиях большей емкостной проводимостью обладают кабельные электрические сети;
- компенсация емкостной проводимости изоляции в сочетании с поддержанием активного сопротивления на уровне критического, определяемого из условий безопасности. Сочетание компенсации емкостных утечек и непрерывного контроля активных проводимостей изоляции является единственным способом защиты электрической изоляцией от поражения при прикосновениях к фазным проводам в электрических установках с большой емкостью изоляции (0,1 мкФ на фазу и выше).
Защита электрической изоляцией имеет существенные преимущества перед другими видами защит (например, защитным отключением):
а) затраты на поддержание высокого качества изоляции не являются специальными затратами на охрану труда, так как качеством изоляции определяется режим работы электроустановки (потери электроэнергии, бесперебойность электроснабжения, безаварийность и т. д.);
б) защита изоляцией является универсальной;
в) защита осуществляется без отключения электроустановки, т. е. без перерывов в электроснабжении. Это качество свойственно единственному защитному средству — защите изоляцией, и делает такую защиту незаменимой в тех электроустановках, в которых перерывы в электроснабжении недопустимы.