Лабораторные работы по БЖД 2б

Системы заземления могут быть следующих типов: TN-S, TN-C,

TN-C-S, IT, TT.

Система TN – система, в которой нейтраль источника электроэнергии глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки присоединены к глухозаземленной нейтрали (занулены) при помощи нулевых защитных проводников.

В приведенном определении использовался ряд терминов. Нейтраль – общая точка обмоток генераторов или трансформа-

торов, питающих сеть; напряжения на выходных зажимах источника электроэнергии, измеренные относительно нейтрали, равны.

Глухозаземленная нейтраль источника электроэнергии – ней-

траль генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока напряжением до 1 кВ, присоединенная к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление.

Изолированная нейтраль – нейтраль генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока напряжением до 1 кВ, не присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная к нему через приборы сигнализации, измерения, защиты и подобные им устройства, имеющие большое сопротивление.

Проводящие части – части, которые могут проводить электрический ток.

Токоведущие части – проводники, или проводящие части, предназначенные для работы под напряжением в нормальном режиме, включая нулевой рабочий проводник.

Открытые проводящие части – доступные прикосновению проводящие части электроустановки, нормально не находящиеся под напряжением, но которые могут оказаться под напряжением при повреждении основной изоляции.

Нулевой проводник – это проводник, соединенный с глухозаземленной нейтралью, предназначенный либо для питания потребителей электроэнергии, либо для присоединения к открытым проводящим частям.

Нулевой рабочий проводник (N-проводник) – нулевой проводник в электроустановках напряжением до 1 кВ, предназначенный для питания электроприемников.

Нулевой защитный проводник (PE-проводник) – нулевой про-

водник в электроустановках напряжением до 1 кВ, предназначенный для присоединения к открытым проводящим частям с целью обеспечения электробезопасности.

81

Классификация и схемы электрических систем с напряже-

нием до 1000 В. Система TN-C – система TN, в которой нулевой защитный и нулевой рабочий проводники совмещены в одном проводнике на всем ее протяжении (рис. 4.1); при этом совмещенный нулевой и рабочий провод обозначается PEN.

Источник

электроэнергии

РЕN

Потребители

Повторное

заземление

Заземление

нейтрали

Открытые проводящие части

Рис. 4.1. Система TN-C

Система TN-S – система TN, в которой нулевой защитный и нулевой рабочий проводники разделены на всем ее протяжении (рис. 4.2).

Источник

электроэнергии

N

PE

Потребители

Заземление

нейтрали

Открытые проводящие части

Рис. 4.2. Система TN-S

82

Система TN-C-S – система TN, в которой функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников совмещены в одном проводнике в какой-то ее части, начиная от источника электроэнергии

(рис. 4.3).

Источник

электроэнергии

									N
	PEN
									PE
					Потребители
								Повторное
								заземление
Заземление
нейтрали
				Открытые проводящие части

Рис. 4.3. Система TN-C-S

Система IT – система, в которой нейтраль источника электроэнергии изолирована от земли или заземлена через приборы или устройства, имеющее большое сопротивление, а открытые проводящие части электроустановки заземлены (рис. 4.4).

Источник

электроэнергии

				Потребители
Сопроивле-
ние зазем-
ления ней-
	трали
								Заземлитель
	Заземлитель							электроустановки
	электроустановки				Открытые проводящие
					части

Рис. 4.4. Система IT

83

В этом случае защитный заземляющий проводник обозначается так же, как и нулевой защитный проводник, т. е. PE-проводник.

Система TT – система, в которой нейтраль источника электроэнергии глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки заземлены при помощи заземляющего устройства, электрически независимого от глухозаземленной нейтрали источника.

Поскольку нашей целью является анализ электробезопасности отдельных типов электрических сетей, предназначенных для питания потребителей электроэнергии, то для удобства изложения материала в дальнейшем будем пользоваться терминами типа «сеть TN-S» и т. д., которые означают совокупность источника электроэнергии с определенным режимом заземления нейтрали и питающей линии с определенной системой токоведущих проводников, например, сеть TN-C означает совокупность источника электроэнергии с глухозаземленной нейтралью и трехфазной четырехпроводной питающей линией.

Исход поражения человека электрическим током, определяемый током, протекающим через тело человека Ih и напряжением прикосновения Uh, существенно зависит от типа сети, питающей потребители электроэнергии и ее параметров, в том числе:

1)напряжения и частоты сети;

2)режима нейтрали сети;

3)схемы включения человека в электрическую цепь;

4)сопротивления изоляции фазных проводов сети относительно

земли;

5)емкости фазных проводов сети относительно земли;

6)режима работы сети.

Типовые схемы включения человека в электрическую цепь.

Существуют различные «схемы включения человека в электрическую цепь тока» (рис. 4.5).

При анализе электробезопасности различных сетей обычно рассматривают две первые ситуации.

При двухфазном прикосновении ток через тело человека и на-

пряжение прикосновения определяются по формулам:

Ih	3U Gh			(4.1)
Uh
		3U ,		(4.2)

где U − действующее значение фазного напряжения сети; Gh − проводимость тела человека.

84

Рис. 4.5. Типовые схемы включения человека в электрическую цепь:

1 – двухфазное прикосновение (прямое) одновременное прикосновение к двум фазным проводникам, действующей электроустановки;

2 – однофазное прикосновение (прямое) – прикосновение к проводнику одной фазы действующей электроустановки; 3 – косвенное прикосновение

коткрытым проводящим частям, оказавшимся под напряжением

врезультате повреждения изоляции (прикосновение к корпусу потребителя электроэнергии с поврежденной изоляцией)

Таким образом, при двухфазном прикосновении человек попадает под линейное напряжение сети вне зависимости от типа сети, режима нейтрали, режима работы сети, проводимости фазных проводов YL1, YL2, YL3 относительно земли. Такая схема включения человека в электрическую цепь представляет большую опасность.

Случаи двухфазного прикосновения происходят сравнительно редко и являются, как правило, результатом работы под напряжением в электроустановках до 1 кВ, что является нарушением правил и инструкций выполнения работ.

При однофазном прикосновении человек попадает под напряже-

ние Uh, значение которого зависит от многих факторов. Эта схема включения человека в электрическую цепь тока является менее опасной, чем двухфазное прикосновение, и на практике она встречается значительно чаще.

Например, электротравмы со смертельным исходом при однофазном прикосновении составляют 70–80 % от общего числа, причем, большинство из них происходит в сетях напряжением до 1 кВ.

85

Далее, при анализе электробезопасности сетей различных типов, будет рассматриваться только однофазное прикосновение.

Обобщенная схема для анализа электробезопасности трехфазных сетей любого типа напряжением до 1 000 В. Напряжение при-

косновения Uh и ток Ih, проходящий через тело человека в случае, когда человек касается одного из фазных проводов трехфазной четырехпроводной сети с нейтралью, заземленной через активное и индуктивное сопротивление (рис. 4.6) (такую схему можно рассматривать как обобщенную для анализа электрбезопасности любого типа сети напряжением до 1 кВ) можно записать в виде:

Рис. 4.6. Обобщенная схема для анализа трехфазных сетей

	Y (1 a2 ) Y (1 a) Y						Y
Uh U	L			L		PEN	0
	2				3			;	(4.3)
	YL		YL	YL		YPEN Y0 Gh
		1	2	3

Y (1 a2 ) Y (1 a) Y

Y

L

L

PEN

0

Ih UGh

2

3

,

(4.4)

Y

Y

Y

Y

Y G

L

L

L

PEN

0

h

1

2

3

где YL

, YL

, YL

, YPEN, Y0 – полные проводимости фазных и PEN-про-

1

2

3

водов относительно земли и заземления нейтрали в комплексной форме: a – фазный оператор трехфазной системы, учитывающий сдвиг фаз. Выражениями (4.3, 4.4) будем пользоваться при определении Ih и Uh для сетей типа IT и TN-C при определенных значениях их параметров.

86

Анализ электробезопасности электрических сетей типа IT.

Для трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью типа IT, напряжением до 1 кВ характерным является то, что при однофазном прикосновении значение тока, проходящего через тело человека при нормальном режиме работы сети, тем меньше, чем меньше рабочее напряжение сети (фазное напряжение) и чем больше значение сопротивления изоляции проводов относительно земли (рис. 4.7).

Рис. 4.7. Однофазное прикосновение в сети с изолированной нейтралью типа IT при нормальном режиме работы

Действительно, ток через тело человека и напряжение прикосновения описываются следующими выражениями, полученными из формулы (4.4) при условии, что Y0 = 0; YPEN = 0:

	Y (1 a2 ) Y (1 a)							Y (1 a2 ) Y (1 a)
Uh U	L			L			; Ih UGh	L			L
	2				3			2				3		,	(4.5)
	YL		YL	YL				YL		YL	YL		Gh
						Gh
		1	2	3					1	2	3

где а – фазный оператор трехфазной системы, учитывающий сдвиг фаз; YL1, YL2, YL3 − полные проводимости изоляции фазных проводов относительно земли в комплексной форме; здесь

Y		1		j C				; Y	1	j C		; Y			1	j C
						L					L						L
L		RL						L	RL			L			RL2
2						2		3			3		2				2
	2								3
Y	1			j C			,
					L
L	RL
1						1
	1

87

где U – действующее значение фазного напряжения сети; Gh 1 –

Rh

проводимость тела человека.

	При равенстве проводимостей фазных проводов относительно
земли: YL		= YL	= YL3 = Y (равенстве сопротивлений изоляции и емко-
	1	2
стей фазных проводов относительно земли RL									= RL	= RL	= R и
							1		2	3
СL	= СL	= СL	= С), ток через тело человека и напряжение прикос-
1	2	3
новения определяют по выражению
			Ih UGh		3Y			,			(4.6)
					3Y G
							h
или
			Ih		U		,				(4.7)
				Rh Z / 3

где Z − полное сопротивление фазного провода относительно земли в комплексной форме; здесь

Z	1				1	,	(4.8)
	Y			1	j C
				R

где R − активное сопротивление изоляции фазного провода относительно земли; С − емкость фазного провода относительно земли.

В действительной форме этот ток рассчитывают по формуле

I

U

1

.

(4.9)

h

Rh

R(R 6Rh )

1

9R2

(1 R2 2C2 )

h

При равенстве сопротивления изоляции фазных проводов отно-

сительно земли

RL

= RL

=

RL

= R и отсутствии емкостей:

1

2

3

СL

= СL

= СL

= С = 0, выражение (4.9) упрощается:

1

2

3

Ih

U

.

Rh R / 3

88

Таким образом, в сетях с изолированной нейтралью при нормальном режиме работы опасность для человека при прямом однофазном прикосновении зависит от сопротивления изоляции и емкости фазных проводов относительно земли.

С увеличением сопротивления изоляции и уменьшением емкости фазных проводов относительно земли опасность уменьшается.

Этот вывод иллюстрируется графиками зависимости Ih = f(R) при С = 0 (что может иметь место в коротких сетях) и Ih = f(С) при

R = const (рис. 4.8).

Ih

U/Rh

Ih = f(C)

R = const

Ih = f(R)

C = 0

R, C

Рис. 4.8. Зависимость значения тока, протекающего через тело человека, прикоснувшегося к фазному проводу

в сети IT с симметричными параметрами в нормальном режиме работы, от сопротивления изоляции и емкости фазных проводов относительно земли

При аварийном режиме работы сети (рис. 4.9), когда один из фазных проводов, например провод L2, замкнулся на землю, опасность поражения током человека, прикоснувшегося к исправному фазному проводу, значительно возрастает.

В этом случае ток, проходящий через тело человека, будет ра-

вен

	Ih	U 3	,	(4.10)
		Rh Rзм

где Rзм − сопротивление растеканию тока в месте замыкания фазного провода на землю (на рис. 4.9, фазный провод L2).

89

U

L1

L2

L3

YL1

YL2

YL3

Yзм

I

зм

Gh

I

h

Рис. 4.9. Однофазное прикосновение к исправному проводу в сети с изолированной нейтралью типа IT

при аварийном режиме работы

Так как обычно выполняется условие Rзм << Rh, то

U I

U 3

.

(4.11)

h

Rh

U

L1

L2

L3

I L3

I L1

IL2

Ih

Yзм

Iзм

YL1

Gh

YL2

YL3

Рис. 4.10. Однофазное прикосновение к неисправному проводу в сети с изолированной нейтралью типа IT

при аварийном режиме работы

90