Лабораторные работы по БЖД 2б

При аварийном режиме работы сети типа IT, когда человек касается провода, замкнувшегося на землю (рис. 4.10, человек касается фазного провода L3), величина тока, проходящего через тело человека, будет определяться падением напряжения на сопротивление растеканию тока в месте замыкания на землю Rзм:

I			Iзам Rзам	a a ,	(4.12)
	h
			1 2
			Rh

где Iзм − ток замыкания на землю; a1, a2 − коэффициенты напряжения прикосновения.

При a1 = a2 = 1,

тогда

Ih Iзам Rзам .

Rh

Ток замыкания на землю в сети IT зависит от сопротивления изоляции и емкости фазных проводов относительно земли, сопротивления растеканию Rзм, Rh.

Если принять во внимание, что обычно Rзм << Rh, то

U

Iзм = (Rзм Z / 3) .

На самом деле ток замыкания на землю будет меньше, что более безопасно для человека.

Таким образом, прикосновение к неисправному фазному проводу (замкнувшемуся на землю) в сети IT значительно менее опасно, чем к исправному. Значение тока, протекающего через тело человека,

вэтом случае меньше, чем при прямом однофазном прикосновении

внормальном режиме работы.

Анализ электробезопасности сетей типа TN-C. Для трехфаз-

ной сети с заземленной нейтралью напряжением до 1 кВ типа TN-C (рис. 4.11.) значения тока, протекающего через тело человека, и напряжение прикосновения определяются фазным напряжением сети и не зависят от сопротивления изоляции и емкости проводов относительно земли.

91

U

L1

L2

L3

PEN

Y0

YPEN YL1 YL2 YL3

Gh Ih

Рис. 4.11. Однофазное прямое прикосновение в сети

сзаземленной нейтралью типа TN-C при нормальном режиме работы

Действительно, проводимости фазного и нулевого проводников относительно земли по сравнению с U0 = 1/R0 проводимостью заземления нейтрали малы (U L1 ,U L2 ,U L3 << U0). При этом выражение для

тока, протекающего через тело человека при прикосновении к фазному проводу при нормальном режиме работы сети TN-C (рис. 4.11), принимает вид

	Ih	U	,	(4.13)
		Rh R0

где R0 − сопротивление рабочего заземления нейтрали.

Напряжение прикосновения в этом случае определяется по уравнению

	Uh	URh	.	(4.14)
		Rh R0

Так как обычно R0 << Rh, то можно считать, что человек в этом случае попадает практически под фазное напряжение сети.

92

U

L1

L2

L3

PEN

Y0

YPEN

YL1

YL2

YL3

Iзм

Yзм

Gh

I

h

Рис. 4.12. Прикосновение к исправному проводу в сети с заземленной нейтралью типа TN-C

при аварийном режиме работы

При аварийном режиме, когда один из фазных проводов сети, например, провод L2 (рис. 4.12), замкнут на землю через относительно малое активное сопротивление Rзм, а человек прикасается к исправному фазному проводу, уравнение имеет следующий вид:

Uh U Yзм (1 a) Y0 .

Yзм Y0 Yh

Здесь учтено, что YL1 , U L2 и UPEN малы по сравнению с U0, а U L3 – по сравнению с U0 и Uзм, т. е. ими можно пренебречь и счи-

тать равными нулю.

С учетом того, что

Y		=	1	; Y	1	; Y	1	;	a	1	j	3	,
	зм
			Rзм	0	R0	h	Rh		2			2

напряжение прикосновения в действительной форме имеет вид

	R2
		3R R (R	3)2
Uh URh	зм	зм 0 0			.

Rзм R0 + Rh (Rзм + R0 )

.

93

Учитывая, что 3Rзм R0 23Rзм R0 , предыдущее выражение можно записать в виде

Uh URh			Rзм R0		3				.	(4.15)
		R	R R (R			R )
		зм	0 h зм			0
При этом выражение для определения тока, проходящего через
тело человека, имеет вид
			Rзм R0
Ih U				3				.		(4.16)
	Rзм R0 Rh (Rзм R0 )

Рассмотрим два характерных случая:

1. Если принять, что сопротивление замыкания фазного провода на землю Rзм равно нулю, то напряжение прикосновения

Uh U 3.			(4.17)

Следовательно, в данном случае человек окажется практически под воздействием линейного напряжения сети.

2. Если принять равным нулю сопротивление заземления нейтрали R0, то Uh = U, т. е. напряжение, под которым окажется человек, будет практически равно фазному напряжению.

Однако в реальных условиях сопротивления Rзм и R0 всегда больше нуля, поэтому напряжение, под которым оказывается человек, прикоснувшийся в аварийный период к исправному фазному проводу трехфазной сети с глухозаземленной нейтралью, т. е. напряжение прикосновения Uh всегда меньше линейного, но больше фазного:

U 3 > Uh > U.

(4.18)

С учетом того, что всегда Rзм > R0, напряжение прикосновения Uh в большинстве случаев незначительно превышает значение фазного напряжения, что менее опасно для человека, чем в аналогичной ситуации в сети типа IT.

94

U

L1

L2

L3

PEN

Y0

YL3

YPEN

YL1

YL 2

Iзм

Gh

Ih

Yзм

Рис. 4.13. Прикосновение к неисправному проводу в сети

с заземленной нейтралью типа TN-C при аварийном режиме работы

При аварийном режиме работы сети типа TN-C, когда человек касается провода, замкнувшегося на землю (рис. 4.13; человек касается фазного провода L3), ток через тело человека будет определяться также, как и в сети типа IT, падением напряжения на сопротивлении растекания тока в месте замыкания на землю Rзм:

I			Iзм Rзм	a a ,	(4.20)
	h
			1 2
			Rh

где Iзм − ток замыкания на землю; a1, a2 – коэффициенты напряжения прикосновения.

При a1 = a2 = 1 Ih Iзм Rзм .

Rh

Ток замыкания на землю в сети TN-C зависит только от сопротивления растеканию тока Rзм, сопротивления заземления нейтрали R0 и сопротивления тела человека Rh.

Если принять во внимание, что обычно Rзм << Rh, то

U

Iзм = (Rзм + R0 ) .

В этом случае напряжение прикосновения лишь незначительно отличается от значения фазного напряжения.

95

Таким образом, прикосновение к неисправному фазному проводу (замкнувшемуся на землю) в сети TN-C практически также опасно, как к исправному.

Значение тока, протекающего через тело человека, в этом случае почти такое же, как при прямом однофазном прикосновении в нормальном режиме работы в сети TN-C.

Технические способы защиты от поражения электрическим током. Технические способы и средства защиты от поражения электрическим током в электроустановках имеют свою классификацию

(рис. 4.14).

Рис. 4.14. Классификация технических способов и средств защиты от поражения электрическим током в электроустановках

К основным техническим средствам защиты относятся защитное заземление, автоматическое отключение питания (зануление), устройства защитного отключения.

Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам (индуктивное влияние соседних токоведущих частей, вынос потенциала, разряд молнии и т. п.).

96

Назначение защитного заземления – устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу электроустановки и другим нетоковедущим металлическим частям, оказавшимся под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам.

Защитное заземление следует отличать от других видов заземления, например, рабочего заземления и заземления молниезащиты.

Рабочее заземление – преднамеренное соединение с землей отдельных точек электрической цепи, например нейтральных точек обмоток генераторов, силовых и измерительных трансформаторов, дугогасящих аппаратов, реакторов поперечной компенсации в дальних линиях электропередачи, а также фазы при использовании земли в качестве фазного или обратного провода. Рабочее заземление предназначено для обеспечения надлежащей работы электроустановки в нормальных или аварийных условиях и осуществляется непосредственно (т. е. путем соединения проводником заземляемых частей с заземлителем) или через специальные аппараты – пробивные предохранители, разрядники, резисторы и т. п.

Заземление молниезащиты – преднамеренное соединение с землей молниеприемников и разрядников в целях отвода от них токов молнии в землю.

Принцип действия защитного заземления – снижение до безопасных значений напряжений прикосновения и шага, обусловленных замыканием на корпус и другими причинами.

Это достигается путем уменьшения потенциала заземленного оборудования (уменьшением сопротивления заземлителя), а также путем выравнивания потенциалов основания, на котором стоит человек, и заземленного оборудования (подъемом потенциала основания, на котором стоит человек, до значения, близкого к значению потенциала заземленного оборудования).

Рассмотрим два случая.

1.Корпус электроустановки не заземлен. В этом случае прикосновение к корпусу электроустановки также опасно, как и прикосновение к фазному проводу сети.

2.Корпус электроустановки заземлен (рис. 4.15). В этом случае напряжение корпуса электроустановки относительно земли уменьшится и станет равным

Uэ = IэRэ.

(4.30)

97

Напряжение прикосновения и ток, проходящий через тело человека, в этом случае будут определяться по формулам:

		Uh = IэRэa1
	I		I		Rэ	a ,	(4.31)
		h		э R
						1
					h

где a1 − коэффициент напряжение прикосновения.

Уменьшая значение сопротивления заземлителя растеканию тока Rз, можно уменьшить напряжение корпуса электроустановки относительно земли, в результате чего уменьшаются напряжение прикосновения и ток, проходящий через тело человека.

Заземление будет эффективным лишь в том случае, если ток замыкания на землю Iз практически не увеличивается с уменьшением сопротивления заземлителя.

Такое условие выполняется в сетях с изолированной нейтралью (типа IT) напряжением до 1 кВ, так как в них ток замыкания на землю в основном определяется сопротивлением изоляции проводов относительно земли, которое значительно больше сопротивления заземлите-

ля (рис. 4.15).

L1

L2

L3

					rL3		rL2
									rL1
	Ih
			Rh

Рис. 4.15. Схема сети с изолированной нейтралью (типа ) и защитным заземлением электроустановки

98

В сетях переменного тока с заземленной нейтралью напряжением до 1 кВ защитное заземление в качестве основной защиты от поражения электрическим током при косвенном прикосновении не применяется, так как оно не эффективно (рис. 4.16).

L1

L2

L3

PEN

rPEN

Iз

rL3

rL2

rL1

Ih

Rh

Рис. 4.16. Схема сети с заземленной нейтралью и защитным заземлением потребителя электроэнергии

Защитное заземление применяется в следующих областях:

–трехфазных трехпроводных сетях переменного тока с изолированной нейтралью (система IT) электроустановками напряжением до 1 кВ;

–однофазных двухпроводных сетях переменного тока изолированных от земли электроустановками напряжением до 1 кВ;

–двухпроводных сетях постоянного тока с изолированной средней точкой обмоток источника тока (система IT) электроустановками напряжением до 1 кВ;

–сетях переменного и постоянного тока с любым режимом нейтрали или средней точки обмоток источников тока электроустановки напряжением выше 1 кВ.

Для установок напряжением до 1 кВ сопротивление заземляющего устройства, используемого для защитного заземления открытых проводящих частей в системе типа IT, должно соответствовать условию:

R	Uпр.доп	,	(4.32)
з	Iз

99

где Rз − сопротивление заземляющего устройства, Ом; Uпр.доп – напряжение прикосновения, значение которого принимается равным 50 В; Iз – полный ток замыкания на землю, А.

Как правило, не требуется принимать значение сопротивления заземляющего устройства менее 4 Ом. Допускается сопротивление заземляющего устройства до 10 Ом, если соблюдается приведенное выше условие, а мощность трансформаторов и генераторов, питающих сеть, не превышает 100 кВА, в том числе суммарная мощность трансформаторов и (или) генераторов, работающих параллельно.

Зануление – это преднамеренное электрическое соединение открытых проводящих частей электроустановок с глухозаземленной нейтральной точкой генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока, с глухозаземленным выводом источника однофазного тока, с заземленной точкой источника в сетях постоянного тока, выполняемое в целях электробезопасности.

Для соединения открытых проводящих частей потребителя электроэнергии с глухозаземленной нейтральной точкой источника используется нулевой защитный проводник.

Нулевым защитным проводником (PE-проводник в системе

TN-S) называется проводник, соединяющий зануляемые части (открытые проводящие части) с глухозаземленной нейтральной точкой источника питания трехфазного тока или с заземленным выводом источника питания однофазного тока, или с заземленной средней точкой источника питания в сетях постоянного тока.

Нулевой защитный проводник следует отличать от нулевого рабочего и PEN-проводников.

Нулевой рабочий проводник (N-проводник в системе TN-S) –

проводник в электроустановках напряжением до 1 кВ, предназначенный для питания электроприемников и соединенный с глухозаземленной нейтральной точкой генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока, с глухозаземленным выводом источника однофазного тока, с глухозаземленной точкой источника в сетях постоянного тока.

Совмещенный (PEN-проводник в системе TN-C) нулевой защитный и нулевой рабочий проводник – проводник в электроустановках напряжением до 1 кВ, совмещающий функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводника.

Зануление необходимо для обеспечения защиты от поражения электрическим током при косвенном прикосновении за счет снижения напряжения корпуса относительно земли и быстрого отключения электроустановки от сети.

100