12. Характеристика электрических сетей.

Электрической сетью называется совокупность электроустановок для передачи и распределения электрической энергии, включающая в себя трансформаторное оборудование подстанций, их распределительные устройства, токопроводы, воздушные и кабельные линии электропередачи. В курсе “Электрические сети и системы” не изучаются конструктивные особенности трансформаторного оборудования подстанций, их распределительных устройств и токопроводов. Вместе с тем в расчётах электрических сетей трансформаторы учитываются в виде их электрических схем замещения. Конструктивное выполнение воздушных и кабельных линий электропередачи переменного тока будет подробно рассмотрено в нашем курсе.

Электрические сети современных энергосистем характеризуются многоступенчатостью, т.е. большим числом трансформаций на пути от источников электроэнергии к её потребителям. Известно, что результирующий коэффициент полезного действия последовательно включённых преобразователей энергии определяется соотношением

 ,

где  - результирующий КПД;

 - КПД последовательно включённых преобразователей энергии (в электрической сети преобразователем электрической энергии с одним набором параметров в электрическую энергию с другим набором параметров является трансформатор).

 

Как правило, на пути до потребителя, электроэнергия проходит через пять-шесть трансформаторов. В этой связи к силовым трансформаторам предъявляются, в частности, весьма высокие требования по уровню КПД. Действительно, если для многих преобразователей энергии КПД = 0,9 – предел желаемого, то для силового трансформатора это недопустимо малая величина. Можно подсчитать, что при  = 0,9 шесть последовательно включенных ступеней трансформации дают результирующий КПД

 =  .

При таких силовых трансформаторах в 1995 г. Россия потеряла бы только в этих устройствах (см. ранее указанный годовой уровень выработки электроэнергии) 845 • 0,47 ≈ 400 млрд. кВт×час электроэнергии.

В ценах 1999 года (по 40 коп. за 1 кВт×час) потери электроэнергии стоили бы

0,4р.  400•10⁹=160 млрд. руб. (≈ 6,5•10⁹ $) (≈ по одной тысяче рублей на одного россиянина).

Отсюда делаем вывод, что для силового трансформатора КПД должен быть значительно выше 90%.

Действительно, силовые трансформаторы, выпускаемые отечественной промышленностью, имеют при номинальной нагрузке h_н = 0,98…0,99.

Структура отдельных звеньев многоступенчатой электрической сети очень сложна и насчитывает десятки, а иногда и сотни узлов, ветвей и замкнутых контуров. Наряду со сложностью конфигурации характерной особенностью электрических цепей является их многорежимность. Под этим понимается не только разнообразие загрузки элементов сети в пределах суточных и сезонных графиков, но и возникновение новых режимов в результате выведения как в плановый, так и в аварийный ремонт отдельных элементов сети.

13. Оценить опасность прикосновения человека к фазным проводам

3-фазной сети переменного тока с изолированной нейтралью (Линейное

напряжение Uл = 380 В, напряжение фазы Uф = 220 В, сопротивление тела человека Rh = 1000 Ом)

13.1 Определить величину тока, протекающего через тело человека при

однополюсном прикосновении к фазному проводу, если сопротивление изо-

ляции фазных проводов относительно «земли» RА = RВ = RС = Rиз = 0,5 МОм, сопротивления обуви, пола равны «0» (Rо = 0 Ом, Rп = 0 Ом)

Протекающий через тело человека, будет определяться по формуле

I_ч = 3U_ф /(3R_ч + R_и).

I_ч=3*220/(3*1000+500000)=0,0013=1,3мA

Итак, в случае прикосновения к одному из фазных проводов 3-фазной сети переменного тока с изолированной нейтралью человек находится под защитой изоляции фазных проводов относительно «земли». При хорошей изоляции проводов прикосновение человека к одной из фаз в сетях с изолированной нейтралью и напряжением до 1000 В практически считается безопасным.

13.2. Оценить влияние сопротивления изоляции проводов RA, RB, RС,

обуви и пола (Ro и Rп) на опасность однополюсного прикосновения в 3-фазных сетях с изолированной нейтралью.

в случае прикосновения человека к фазному проводу трѐхфазной сети с изолированной нейтралью ток будет:

R_o=1,0 кОм;

R_п=1,5 кОм;

R_п=3500Ом;

I_ч=220/(1000+1000+1500+(3500/3))=0,0471=47,1 мA

Влияние сопротивления изоляции прямолинейно.

13.3. Начертить схему однополюсного прикосновения человека к фаз-

ному проводу 3-фазной сети переменного тока с изолированной нейтралью

(по варианту задания).

13.4. Определить величину тока, протекающего через тело человека,

при однополюсном прикосновении к фазному проводу А

3-фазной сети переменного тока с изолированной нейтралью при замыка-

нии фазы В (табл. П1.5) на «землю»:

а) RА = RВ = RС = Rиз = 0,5 Мом; Ro = 0 Ом; Rп = 0 Ом;

В случае замыкания одного из проводов на «землю», например фазы «В», человек, касаясь неповрежденной фазы, практически попадает под линейное напряжение U_л (U_АВ), поэтому ток I_ч, проходящий через его тело, определяется по формуле

I_ч = U_л / R_ч.

Защитную роль в данном случае могут сыграть сопротивления обуви R_о и пола R_п. С учетом этих сопротивлений ток I_ч, проходящий через тело человека, определяется по формуле

I_ч = U_л / (R_ч + R_о + R_п).

Iч=380/(1000+0+0)=0,38А=380мА-смертельно.

б) RА = RВ = RС = Rиз = 0,5 Мом; Ro = … кОм; Rп = …кОм (табл. П1.5).

Iч=380/(1000+1000+1500)=0,108А=108мА- также смертельно.

13.5. Начертить схему однополюсного прикосновения человека к фаз-

ному проводу (по варианту задания) при замыкании одного провода на «землю».

14. Определить величину тока, протекающего через тело человека, при

двухполюсном прикосновении к фазным проводам 3-фазной сети перемен-

ного тока (табл. П1.5) [1, С. 13, 16]:

а) с изолированной нейтралью;

б) с заземленной нейтралью;

в) сделать выводы о защитной роли сопротивления изоляции прово-

дов, обуви и пола (табл. П5);

г) начертить схему двухполюсного прикосновения человека к 3-фазной

сети переменного тока с изолированной и заземленной нейтралью

1) С изолированной нетралью.

Величина тока, протекающего через тело человека, определяется только линейным напряжением, под которое попадает человек, и определяется по формуле I_ч = U_л / R_ч.

В этом случае параметры сети, кроме напряжения, определяющего величину силы тока, протекающего через тело человека, на безопасность влияния не оказывают.

I_ч = 380/1000=380 мА –смертельно.

2) С заземленной нетралью.

Человек находится под линейным напряжением U_л и ток через тело человека I_ч протекает по цепи: фаза А – «рука – рука» – фаза В. В этом случае величина тока I_ч, протекающего через тело человека, зависит от величины линейного напряжения U_л, сопротивления тела человека R_ч и определяется по формуле

I_ч = U_л / R_ч = 1,73 U_ф / R_ч.

Сопротивление обуви R_о, пола R_п, сопротивления изоляции фаз и режим работы нейтрали влияния на величину тока, протекающего через тело человека, не оказывают.

I_{ч=380/1000=380 мА.}

15. Средства и способы защиты человека от поражения электрическим

током. Классификация помещений объектов связи по электробезопасности.

Для защиты персонала от поражения электрическим током в нормальном режиме применяются следующие меры защиты человека от прямого прикосновения:

обеспечение основной изоляции токоведущих частей;

ограждение электроустановок;

размещение электроустановок вне зоны досягаемости;

применение сверхнизкого (малого) напряжения (СНН);

защитное электрическое разделение цепей.

Для защиты персонала в случае повреждения изоляции токоведущих частей при косвенном прикосновении применяются следующие меры защиты:

защитные заземления и зануления металлических корпусов электроустановок;

автоматическое отключение электропитания;

выравнивание потенциалов;

двойная или усиленная изоляция токоведущих частей;

сверхнизкие (малые) напряжения;

защитное электрическое разделение цепей.