Опасность трехфазных электрических цепей с изолированной нейтралью

Провода электрических сетей по отношению к земле имеют емкость и активное сопротивление – сопротивление утечке, равное сумме сопротивлений изоляции путем тока на землю(рис.3). Для упрощения анализа можно принять их равными, т.е. С_А = С_В = С_С и r_А = r_B = r_C = r.

Рис. 3. Опасность трехфазных электрических цепей с изолированной нейтралью

При прикосновении человека к одному из фазных проводов (рис.3,а) (однофазное сопротивление) исправной сети проводимость этого провода относительно земли уменьшается и происходит смещение нейтрали. Ток через человека в этом случаи выражается зависимостью:

,

где U_ф – фазное напряжение сети; R_ч – сопротивление цепи человека; r = r_тч + r_од + r_об + r_оп , где r_тч –сопротивление тела человека; r_од –сопротивление одежды (0,5…1 кОм – для влажной ткани и 10…15 кОм – для сухой); r_об – сопротивление обуви (для влажной – 0,2…2 кОм, а для сухой – 25…5000 кОм); r_оп – сопротивление опорной поверхности ног- пола или грунта(сопротивление сухих полов достигает 2 кОм, а влажных или пропитанных щелочами или кислотами – 4…50 Ом); сопротивление опорной поверхности ног на грунте зависит от удельного сопротивления грунта и может быть определено по формулам: r_оп =2,2q, если ступни расположены рядом и r_оп = 1,6q – ступни ног расположены на расстоянии шага (где q – удельное сопротивление грунта, Ом ∙ м); ω=2πf –угловая частота сети, f – частота тока для промышленных сетей равна 50 Гц.

В случаи коротких электрических сетей (при малых емкостях фазных проводов относительно земли С=0) выражение для тока через человека запишется так:

I_ч =3U_ф / (3R_ч + r).

В кабельных сетях сопротивление утечки больше (r → ∞), а емкости значительны. Тогда:

I_ч = U_ф ω С .

При двухфазном прикосновении (рис.2,б) человек попадает под линейное напряжение и ток через человека определяется выражением:

Iч = U_л / R_ч,

где U_л – линейное напряжение сети: U_л = .

В аварийном режиме работы сети при наличии замыкания на одной из фаз на землю (рис.2,в) ток, проходящий через человека, прикоснувшегося к исправной фазе, выразится зависимостью:

I_ч = U_л / (R_ч + R_к).

Если переходным сопротивлением Rк в месте замыкания на землю можно пренебречь по сравнению с сопротивлением цепи человека, ток через человека:

I_ч = U_л / R_ч,

где U_л = .

Таким образом, при прикосновении к одному фазному проводу сети с изолированной нейтралью в нормальном режиме ток через человека зависит от сопротивления утечки и емкости сети относительно земли. Замыкание одной из фаз на землю резко повышает опасность однофазного прикосновения, так как в этом случаи человек попадает под напряжение, близкое к линейному. Наиболее опасным является двухфазное прикосновение.