Режимы нейтрали электрических сетей - Влияние режимов нейтрали на условия безопасности в электрических сетях

К важнейшим характеристикам различных режимов нейтрали относится их влияние на условия электробезопасности обслуживания электроустановок, а также на их пожаро- и взрывобезопасность.
Электробезопасность определяется, главным образом, напряжением прикосновения к заземленным металлическим предметам оборудования электроустановок (нормально не находящимся под напряжением) и напряжением шага, возникающими в случае замыкания фазы на упомянутые предметы или непосредственно на землю, а также током, который может пройти через тело человека в случае непосредственного прикосновения к токоведущей части, находящейся под рабочим напряжением сети.
В сетях с полностью изолированной нейтралью при перемежающихся замыканиях на землю действующий ток в месте повреждения в несколько раз увеличивается по сравнению с установившимся током металлического замыкания. При этом на устройствах защитного заземления могут возникать значительные напряжения (порядка 300—600 В вместо 50—60 В, наблюдаемых при устойчивом замыкании [95]).
При эффективно заземленной нейтрали, т. е. при большом токе замыкания на землю, возможны, хотя и кратковременно, падения напряжения на устойчивых защитного заземления, соизмеримые с рабочим напряжением сети. Поскольку напряжение прикосновения к заземленным предметам и напряжение шага пропорциональны этому падению напряжения, они могут достигнуть опасных значений.
Предотвращение повышенных напряжений прикосновения и шага путем соответствующего выполнения защитных заземляющих устройств обычно требует значительных затрат.
В соответствии с данными, приведенными в гл. III, при заземлении нейтрали через высокоомное сопротивление и наложении активного тока замыкания на землю, равного 50—100% емкостного тока, результирующий ток устойчивого замыкания Iз почти не увеличивается, а в некоторых случаях даже несколько уменьшается. При прерывистом замыкании на землю действующее значение результирующего тока Iз уменьшается в 1,4—2,8 раза по сравнению с возможным при полностью изолированной нейтрали сети. Очевидно, напряжения прикосновения и шага уменьшаются пропорционально току Iз.
Несмотря на то что при наличии защиты, действующей на отключение, ток Iз протекает кратковременно, уменьшение этого тока в наиболее опасных условиях неустойчивого замыкания на землю имеет большое значение для обеспечения безопасности людей, в особенности если они в течение длительного времени соприкасаются с заземленными предметами или находятся в непосредственной близости от них.
Как было показано в гл. III, наложение указанного небольшого активного тока порядка (0,5—1) Iс наряду с применением АЗФ способствует также повышению вероятности благополучного исхода электротравмы в случае непосредственного прикосновения человека к токоведущей части.
Вместе с тем следует иметь в виду, что дальнейшее увеличение активного тока практически не дает полезного эффекта и ухудшает условия безопасности. Поэтому создание дополнительного тока Iам порядка нескольких десятков или даже сотен ампер, иногда практикуемое за рубежом, следует считать нецелесообразным.
В качестве дополнительной перспективной меры обеспечения безопасности в некомпенсированных сетях, в особенности при наличии в них установок с повышенной
Электроопасностью, должны найти широкое применение устройства АЗФ. По данным, приведенным в работе [100], при высоком быстродействии этих устройств (3—6 мс) может быть достигнута достаточно низкая полная вероятность тяжелого исхода указанного прикосновения порядка 3·10-3.
В компенсированных сетях при точной настройке индуктивности ДГР установившиеся напряжения прикосновения и шага снижаются до нуля или до весьма небольших значений. Действующие значения этих напряжений не могут существенно вырасти и в переходных режимах. Однако следует иметь в виду, что в месте повреждения свободный индуктивный ток ДГР может возникать помимо бросков быстрозатухающего емкостного тока. Это приводит к усилению электроопасности в случае непосредственного прикосновения человека к токоведущей части.
Как было показано в гл. IV, например, в компенсированной сети с полным емкостным током Iсм=1:10 А при сопротивлении в месте повреждения R3=1000 Ом расчетная амплитуда свободного индуктивного тока достигает 4,8 А и более, причем время его затухания составляет 35—64 мс. Очевидно, эти условия являются значительно более опасными по сравнению с имеющими место в некомпенсированной сети с изолированной нейтралью или с заземлением нейтрали через высокоомное активное сопротивление. Кроме того, прохождение свободного тока ДГР в месте повреждения усиливает пожароопасность.
В воздушных сетях с железобетонными опорами возможно ухудшение условий безопасности при пробе изолятора и длительном прохождении тока по опоре в землю. В этом случае возле опоры подсушивается грунт, возрастает его сопротивление растеканию и, как следствие, увеличиваются напряжения прикосновения к опоре и напряжение шага [54]. Эта опасность предотвращается, если в сети предусмотрена защита от замыканий на землю, действующая на отключение, или устройство АЗФ. Аналогичный эффект достигается при точной настройке компенсации емкостного тока замыкания на землю.
На основании изложенных данных приходим к заключению, что в сетях с нейтралью, заземленной через ДГР или через высокоомное активное сопротивление, условия электробезопасности легче обеспечиваются, чем в сетях с полностью изолированной нейтралью, а также в сетях с эффективным заземлением нейтрали.
Вместе с тем следует еще раз подчеркнуть, что в случае непосредственного прикосновения к токоведущей части в компенсированной сети имеют место более тяжелые условия, чем в сети, заземленной через активное сопротивление. Последнее должно в особенности учитываться при выборе режима нейтрали для сетей, содержащих установки с повышенной опасностью.ы
Аналогичные выводы можно сделать по вопросу о влиянии режимов нейтрали на пожаро- и взрывобезопасность в электрических сетях.
На основании изложенного следует считать ошибочными известные предложения о применении компенсации емкостных токов замыкания на землю при наличии установок с повышенной опасностью, например, в сетях горнодобывающих предприятий при действии на отключение без выдержки времени защиты от замыкания на землю. Очевидно, в таких случаях применение компенсации находится в логическом противоречии с функционированием защиты. Следует считать, что компенсация несовместима с защитой, действующей на отключение.
В настоящее время нет оснований для отказа от действия на отключение защиты от замыканий на землю в таких сетях. Отказаться от действия защиты на отключение можно было бы только при наличии весьма надежных устройств для точной компенсации всех составляющих тока замыкания на землю не только в установившихся, но и в переходных режимах. Но, очевидно, тот же результат принципиально проще можно достигнуть при заземлении нейтрали через высокоомное активное сопротивление и действии защиты на отключение без выдержки времени в сочетании с АЗФ, как было описано в гл. VIII.
Обеспечение электро-, пожаро-, и взрывобезопасности в электрических сетях зависит от практического решения еще одного важного вопроса.
Согласно проведенным в работе [100] расчетам, наряду с рациональным выбором режима нейтрали для достижения высокой вероятности благополучного исхода электротравмы в случае непосредственного прикосновения к токоведущей части при наличии в сети установок с повышенной опасностью, принципиально следовало бы ограничить полный емкостный ток металлического замыкания на землю в сетях напряжением 6 кВ ориентировочно до 10 А, а в сетях напряжением 10—35 кВ до еще меньших величин. Для такого ограничения тока Iсм требуется уменьшение протяженности сетей. Оно может достигаться схемными решениями при проектировании сети и в первую очередь увеличением числа и уменьшением мощности питающих трансформаторов.
Приходится с полной определенностью признать, что при значительном превышении указанных значений емкостного тока в существующих сетях условия безопасности в них резко ухудшаются. Учитывая большие, порой непреодолимые трудности снижения емкостного тока в таких сетях, следует обратить внимание на необходимость применения в них и совершенствования других средств обеспечения безопасности (защитных ограждений и пр.), а также особо тщательного соблюдения действующих правил техники безопасности