Необходимость заземления нейтрали по условиям электробезопасности

Исторически вначале нейтраль трансформатора в четырехпроводной сети не заземлялась, а сейчас заземляется. Выясним, чем это диктуется с точки зрения электробезопасности.

Если в схеме с изолированной нейтралью человек коснется фазы, то ток будет протекать через человека и сопротивления Z_из изоляции фаз относительно земли. Эти сопротивления соединены в звезду, поэтому их общая точка создает искусственный нуль. Следовательно, на человеке будет фазное напряжение U_ф. Ток ограничивается сопротивлениями R_ч человека и изоляции. Сопротивление изоляции очень большое (Z_из>>R_ч), поэтому ток будет небольшим.

В схеме с заземленной нейтралью ток протекает по линии наименьшего сопротивления – не через изоляцию, а через заземленную нейтраль. На человеке будет фазное напряжение, но так как ограничивается только сопротивлением человека, то он будет значительно большим, чем в схеме с изолированной нейтралью.

Казалось бы, большой ток в схеме с заземленной нейтралью свидетельствует в пользу системы с изолированной нейтралью. Однако это только одна сторона вопроса. Поясним на примере.

Предположим, что произошло замыкание нейтрали на землю (событие 1). В сети с изолированной нейтралью замыкание не является коротким, так как ток замыкания протекает через большое сопротивление изоляции, а поэтому является небольшим. Обнаружить это невозможно, режим не меняется (только осмотром). Срабатывание защиты не происходит и событие 1 может продолжаться долго. По этой причине здесь принцип неучета двух аварий не применим. Поэтому необходимо заземлять.

Вполне вероятно, что через некоторое время человек может коснуться нейтрали (событие 2). В результате замыкания на землю земля приобрела потенциал замкнувшийся фазы, а поэтому человек окажется под фазным напряжением.

В сети с заземленной нейтралью замыкание на землю является коротким, так как ток протекает через нейтраль, а не изоляцию. Релейная защита отключает поврежденный участок. Здесь принцип неучета двух аварий применим, так как маловероятно, что за время срабатывания защиты произойдет событие 2. Но даже если бы это и случилось, то ток через человека был бы небольшим, так как человек шунтируется нейтралью с малым сопротивлением заземления – ток КЗ протекает по линии наименьшего сопротивления.