Аналіз небезпеки трифазної мережі змінного струму напругою до 1000в з глухозаземленной нейтраллю (неповне і глухе замикання).
При неполном замыкании на землю.
На
рис. 3 показаны: полная электрическая
схема сети (а), векторная диаграмма
напряжений до включения человека (б),
упрощенная (эквивалентная) электрическая
схема сети (в) и векторная диаграмма
напряжений после касания человека к
проводу 1-й фазы (г).
а б в г
Рис. 3
При касании человека к проводу 1-й фазы через его тело потечет ток.
Напряжение
1-й фазы
делится между двумя резисторами
и
пропорционально их сопротивлениям (см.
рис. 3. в).
Как отмечалось выше, при уменьшении сопротивления между проводом фазы и землей, «земля» на векторной диаграмме сместится в направлении вектора данной фазы. В данном случае «земля» сместится вдоль вектора (см. рис 3. г).
Ток, протекающий через тело человека, равен
(1)
Сопротивлением
заземления нейтрали в данном случае
можно пренебречь, т. к.
.
Подставив в формулу (1) реальные числовые значения, получим
.
Полученное значение превышает пороговый фибрилляционный ток. Т. е. данная ситуация для человека смертельно опасна! Однако фибрилляция наступает не всегда. Это объясняется двумя причинами:
- протекание тока не всегда приходится на фазу «Т» кардиоцикла (человек может успеть разорвать цепь до ее наступления);
- сопротивление тела человека в реальных ситуациях часто превышает 1000 Ом, хотя в теоретических расчетах принимается таким.
При глухом замыкании.
На рис. 4 показаны: полная электрическая схема сети (а), упрощенная (эквивалентная) электрическая схема сети (в) и векторная диаграмма напряжений после касания человека к проводу 1-й фазы и глухого замыкания фазы 2 на землю. Последнее условие означает, что сеть находится в аварийном режиме.
а б в
Рис. 4
Ток
фазы 2 протекает через фазный провод ,
сопротивление замыкания
,
землю, сопротивление заземления нейтрали
,
нейтраль и обмотку трансформатора,
которая является источником напряжения
в данной цепи.
Напряжение фазы 2 делится на две величины пропорционально сопротивлениям и (см. рис. 4. б)
.
Отложим их на векторной диаграмме (см. рис. 4. в). «Земля» находится между ними. Напряжение прикосновения может быть рассчитано
.
Переходя от векторной формы к скалярной, получим
.
Если
принять, что
,
тогда
и, следовательно,
.
Напряжение прикосновения будет равно
линейному
.
Если
принять, что
,
то
.
В этом случае человек окажется под
фазным напряжением
.
В действительности сопротивления и никогда не равны нулю и поэтому напряжение прикосновения меньше линейного и больше фазного
.
На основании сказанного можно сделать следующие выводы:
- ток через тело человека не зависит от емкостей фаз и их токов утечки на землю (при условии, что их комплексные сопротивления намного больше сопротивления заземления);
- прикосновение к фазе в аварийном режиме сети более опасно, чем в нормальном;
- при касании человека к фазе в аварийном режиме он оказывается под меньшим напряжение, чем в сети с изолированной нейтралью;
- в целях безопасности необходимо, чтобы сопротивление заземления было минимальным и никогда не превышало допустимого значения. Для этого необходим его периодический контроль и профилактика.
Вибір режиму нейтралі мережі.
При создании новых предприятий, внедрении новых технологических процессов и организации новых производственных участков встает вопрос о том, какую электросеть лучше использовать. Рассмотрим два наиболее распространенных вида 3-фазных электросетей, уже знакомые нам по предыдущим вопросам: 3-фазную 3-проводную с изолированной нейтралью и 3-фазную 4-проводную с глухо-заземленной нейтралью с напряжением до 1000 В (см. рисунки 1 и 2).
Выбирая сеть и режим нейтрали, исходят из технологических соображений и соображений безопасности.
Из технологических соображений наиболее удобной является 3-фазная 4-проводная сеть с глухо-заземленной нейтралью, так как дает потребителю два вида напряжения: фазное и линейное. Обычно мощное технологическое оборудование включают на линейное (более высокое) напряжение. Менее мощное оборудование, электроприборы, электрифицированный инструмент включают на фазное напряжение. Менее удобной является 3-фазная 3-проводная с изолированной нейтралью. Так как дает потребителю лищь линейное напряжение.
Из соображений безопасности оценим значения токов, протекающие через тело человека, возникающие в обоих видах сетей. Обе сети рассмотрим в двух режимах: нормальном и аварийном.
.
а (нормальный режим) б (аварийный режим)
Рис. 1- Трехфазная трехпроводная сеть с изолированной нейтралью
Как отмечалось раньше, безопасность человека в 3-фазной 3-проводнаой сети с изолированной нейтралью определяется главным образом состоянием ее изоляции. В первом случае не только активным, но и емкостным сопротивлением между проводами фаз и землей.
В 3-фазной 4-проводной сети с глухо-заземленной нейтралью безопасность человека в меньшей степени зависит от состояния изоляции.
;
а (нормальный режим) б (аварийный режим)
Рис. 2 - Трехфазная четырехпроводная сеть с глухозаземленной нейтралью
Сравнивая
токи через тело человека для сетей в
одинаковых режимах, приходим к выводу,
что в нормальном режиме, когда сети
исправны, более безопасна 3-фазная
3-проводная сеть с изолированной нейтралью
(на схеме обозначеа знаком «
»).
В аварийном режиме более безопасна
3-фазная 4-проводная сеть с глухозаземленной
нейтралью, т. к. напряжение прикосновения
на практике всегда ниже линейного.
Возникло противоречие. Для его разрешения рассматривают условия, в которых предполагается использовать сеть. Решение принимают в пользу той сети, которая окажется более безопасной в конкретных условиях.
Если требуется короткая сеть (десятки метров), не разветвленная, а следовательно, имеющая малое активное и емкостное сопротивление с землей; открытая сеть (легко доступная для визуального осмотра), применяют 3-фазную 3-проводную с изолированной нейтралью. На практике такие сети используются на открытых технологических площадках, на подвижных объектах, при проведении временных и горных работ.
Если требуется сеть большей длины, разветвленная, а следовательно, имеющая большое активное и емкостное сопротивление с землей; сеть, скрытая штукатуркой или другими элементами здания, применяют 3-фазную 4-проводную сеть с глухозаземленной нейтралью. На практике такие сети используют на стационарных объектах (в зданиях промышленных предприятий, учреждений, организаций, жилых домах городской и сельской местности и т. д .).