Электрическое разделение цепей
Ранее существовал термин «электрическое разделение сети». Электрическое разделение сети (ГОСТ 12.1.009) это разделение электрической сети на отдельные электрически не связанные между собой участки с помощью разделяющего трансформатора. Разделяющий трансформатор (ГОСТ 12.1.009) это специальный трансформатор, предназначенный для отделения приемника энергии от первичной электрической сети и сети заземления.
В настоящее время применяется понятие «электрическое разделение цепей». В соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ 7, ТКП 339-2011), защитное электрическое разделение цепей – отделение одной электрической цепи от других цепей в электроустановках напряжением до 1 кВ с помощью: двойной изоляции; основной изоляции и защитного экрана; усиленной изоляции. Питание отделяемой цепи должно быть выполнено от разделительного трансформатора, соответствующего ГОСТ 30030 «Трансформаторы разделительные и безопасные разделительные трансформаторы», или от другого источника, обеспечивающего равноценную степень безопасности.
В соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ 7, ТКП 339-2011), защитное электрическое разделение цепей следует применять, как правило, для одной цепи. Наибольшее рабочее напряжение отделяемой цепи не должно превышать 500 В.
В каком случае применяется данная защитная мера!?
Согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ 7, ТКП 339-2011), электрическое разделение цепей может быть использовано в качестве одной из возможных мер защиты при косвенном прикосновении, если время автоматического отключения питания не удовлетворяет условиям для системы TN (таблица 1) и для системы IT (таблица 2).
Талица 1 – Наибольшее допустимое время защитного автоматического отключения для системы TN
| Номинальное фазное напряжение U0, В | Время отключения, с |
| 127 | 0,8 |
| 220 | 0,4 |
| 380 | 0,2 |
| Более 380 | 0,1 |
Талица 2 – Наибольшее допустимое время защитного автоматического отключения для системы IT
| Номинальное фазное напряжение U0, В | Время отключения, с |
| 220 | 0,8 |
| 380 | 0,4 |
| 660 | 0,2 |
| Более 660 | 0,1 |
Какой принцип действия данной защитной меры?!
Рассмотрим случай прикосновения человека к фазному проводу в трехфазной четырехпроводной сети.
Рисунок 1 - Прикосновение человека к фазному проводу трехфазной четырехпроводной сети
В общем случае, ток проходящий через тело человека будет определяться по формуле
где UФ – фазное напряжение сети; YА, YB, YC, YN – проводимость фазных и нулевого проводов относительно земли; YН – проводимость нейтрали источника питания относительно земли; Yh – проводимость тела человека.
RА, RB, RC, RN – активные сопротивления фазных и нулевого проводов относительно земли; RН – активное сопротивление нейтрали источника питания относительно земли; CА, CB, СC, CN – емкость фазных и нулевого проводов относительно земли; LН – индуктивность нейтрали источника питания относительно земли; а – фазный оператор трехфазной системы, учитывающий сдвиг фаз,
Как видно из приведенных выше выражений, значение тока через тело человека определяется активным сопротивлением изоляции и емкостью сети, чем выше сопротивление и меньше емкость, тем ниже значение тока.
Рассмотрим факторы, влияющие на сопротивление изоляции:
- Влажность – чем выше, тем сопротивление изоляции меньше.
- Длина линии питания – чем больше, тем сопротивление изоляции меньше.
- Материал изоляции провода (например, у резиновой изоляции – сопротивление больше, чем у виниловой при прочих равных условиях).
- Время эксплуатации – чем дольше эксплуатируется линия, тем меньше сопротивление изоляции (из-за старения изоляции, а также появления различных дефектов).
- Толщина изоляции – чем больше, тем сопротивление изоляции больше.
Минимальное значение сопротивления изоляции зависит от типа элемента электрической сети (кабель, двигатель, трансформатор и т.п.) и устанавливается нормативными документами. Например, сопротивление изоляции силового кабеля до 1000 В должно быть не меньше 0,5 МОм. В процессе проектирования и эксплуатации электрических сетей за счет применения соответствующих организационно-технических мероприятий (применение качественных изоляционных материалов, контроль и испытание изоляции и т.п.) можно обеспечить требуемые значения сопротивления изоляции.
Емкость фаз относительно земли не зависит от каких-либо дефектов, она определяется конструктивными особенностями электрической сети: общей протяженностью сети, высотой подвеса проводов воздушной сети, толщиной фазной изоляции жил кабеля и т.п. Величина удельной емкости сети относительно земли, для кабельных линий составляет 0,1-0,4 мкФ/км, а для воздушных 0,005·мкФ/км. Емкость фаз возрастает с увеличением протяженности и разветвлённости сети. Таким образом, емкость сети за счет применения различных мероприятий на этапе проектирования и эксплуатации не может быть снижена. В процессе эксплуатации емкость сети изменяется лишь за счет отключения и включения отдельных линий, что определяется требованиями электроснабжения.
Проведем анализ влияния сопротивления изоляции трехфазной четырехпроводной электрической сети 380/220 В с изолированной нейтралью на значение тока протекающего через тело человека при прикосновении к фазному проводу для разных значений протяженности сети. Удельную емкость электрической сети примем 0,3 мкФ/км. При расчетах токов сопротивление тела человека будем моделировать резистором со значением сопротивления 1000 Ом.
Результаты расчетов в программе MathCAD приведены ниже.
Рисунок 2 - Зависимость значения тока протекающего через тело человека от удельного сопротивления изоляции (при протяженности электрической сети 10 км)
Рисунок 3 - Зависимость значения тока протекающего через тело человека от удельного сопротивления изоляции (при протяженности электрической сети 1 км)
Рисунок 4 - Зависимость значения тока протекающего через тело человека от удельного сопротивления изоляции (при протяженности электрической сети 0,1 км)
Рисунок 5 - Зависимость значения тока протекающего через тело человека от удельного сопротивления изоляции (при протяженности электрической сети 0,01 км)
Вывод:
1. В протяженных электрических сетях с изолированной нейтралью опасность поражения выше, так как больше значение тока протекающего через человека при его прикосновении к фазному проводнику.
2. В протяженных трехфазных четырехпроходных электрических сетях с изолированной нейтралью защитная роль изоляции электрической сети снижается. Увеличение сопротивления изоляции не приводит к уменьшению тока протекающего через тело человека при его прикосновении к фазному проводнику.
Таким образом, принцип действия электрического разделения сети заключается в снижении опасности поражения электрическим током путем уменьшения протяженности электрической сети, за счет разделения её на отдельные не связанные между собой электрически участки малой длины.
Как выполняется электрическое разделение сети?
Для выполнения электрического разделения сети электроприемник подключается через разделяющий (разделительный) трансформатор.
Разделительный трансформатор (в соответствии с ГОСТ 30030-93) – трансформатор, первичная обмотка которого электрически не связана со вторичными обмотками с целью исключения опасности, обусловленной возможностью случайного одновременного прикасания к земле и токоведущим частям или нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением в случае повреждения изоляции.
Безопасный разделительный трансформатор – разделительный трансформатор, предназначенный для питания цепей сверхнизким безопасным напряжением.
Вторичную обмотку трансформатора и корпус электроприемника не заземляют. Корпус разделяющего трансформатора может заземляться или зануляться, как обычно (трансформаторы класса I) или незаземляться (трансформаторы класса II и III). Вторичное напряжение разделительных трансформаторов не должно превышать 1000 В, для безопасных разделительных трансформаторов – 50 В.
Рисунок 6 - Схема включения разделяющего трансформатора
При случайном прикосновении к фазному проводнику во вторичной цепи не создается опасности поражения электрическим током. Через человека будет протекать лишь небольшой ток через землю и обратно к другому проводнику через свойственную этому проводнику емкость относительно земли. Поскольку емкость проводника относительно земли очень мала, то ток обычно ниже уровня ощущения.
Однако есть ряд условий эффективной работы данной защитной меры:
1. Токоведущие части вторичной цепи не должны иметь связи с землей или защитным проводником.
2. Длина кабелей, подключенных к вторичной обмотке разделительного трансформатора, должна быть ограничена во избежание больших значений емкости (в стандарте МЭК 60364-4-41:2005 рекомендуется, чтобы при питании более чем одного приемника от одного источника произведение номинального напряжения цепи в вольтах и длины кабелей в метрах не превышало 100000, и чтобы длина электропроводки не превышала 500 м.).
3. Должно быть обеспечено большое сопротивление изоляции кабелей и бытовых электроприборов, подключенных к вторичной обмотке разделительного трансформатора. Эти условия обычно ограничивают применение данной защитной меры безопасности уровнем отдельного бытового электроприбора.
