Лабораторная работа 5

АНАЛИЗ ОПАСНОСТИ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ В ТРЕХФАЗНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1 кВ

Цель работы - анализ условий безопасного прикосновения к электрическим установкам, металлоконструкциям и другим устрой­ствам, которые случайно оказались под напряжением и оценка эф­фективности действия защитного заземления и зануления при раз­личных режимах работы нейтрали сети трехфазного тока.

5. 1. Общие сведения

Поражение человека электрическим током может произойти в следующих наиболее вероятных ситуациях:

1) при приближении человека, неизолированного от земли им опасное расстояние к токоведущим частям электроустановки;

2) при одновременном прикосновении к двум фазам электро новки трехфазного тока;

3) при однофазном прикосновении неизолированного от земли человека к неизолированным токоведущим частям электроустановки

4) при освобождении другого человека, попавшего под напряжение;

5) при прикосновении неизолированного от земли человека к металлическим нетоковедущим частям оборудования, оказавшимися под напряжением из-за пробоя на корпус;

6) при прикосновении человека к двум точкам грунта, находящегося под разными потенциалами в поле растекания тока (напряжение шага).

Наиболее распространенными в современной электроэнергетике чнлиются трехфазные сети, что объясняется рядом их преимуществ по сравнению как с однофазными, так и с другими многофазными цепями:

-экономичность производства и передачи электроэнергии по сравнению с однофазными сетями;

-возможность сравнительно простого получения кругового вра-вращающегося магнитного поля, необходимого для трехфазного асинхронного двигателя;

-возможность получения в одной установке двух эксплуатационных напряжений - фазного и линейного.

Трехфазные сети выполняют с изолированной и глухозаземлен-ной нейтралью. В подавляющем большинстве жилых и нежилых по­мещений используются сети с глухозаземленной нейтралью.

Глухозаземленной нейтралью называется нейтраль трансформа­тора или генератора, присоединенная непосредственно к заземляю­щему устройству или через малое сопротивление (например, через трансформаторы тока).

Изолированной нейтралью называется нейтраль трансформатора или генератора, неприсоединенная к заземляющему устройству или присоединенная к нему через аппараты большого сопротивления (приборы сигнализации, измерения, защиты, заземляющие дугогася-щие реакторы).

Если от генератора отходят только три провода, то такую систему называют трехфазной трехпроводной с изолированной нейтралью. Если же от генератора отходит еще и четвертый нулевой провод, то систему называют трехфазной четырехпроводной с глухозаземлен­ной нейтралью. Фазы обозначают: L₁ (желтый), L₂ (зеленый), L₃ (красный).

Нулевым рабочим (N-проводник) (голубой) называется проводник, который обеспечивает совместно с фазным проводником питание потребителя. Он также соединен с нейтралью, но является частью цепи рабочего тока.

Нулевой защитный проводник (РЕ-проводник) (продольные поло­сы желтого и зеленого цветов) - проводник, который соединяет зануляемые части электроустановки с глухозаземленной нейтральной точкой обмотки трансформатора.

Нулевой защитный (РЕ) и нулевой рабочий (N) проводники могут быть разделены на всем протяжении системы, могут быть совмеще­ны в одном проводнике (PEN), и могут быть совмещены в одном проводнике в какой-то части системы, начиная от источника элек­троэнергии, а потом разделены.

Нулевой провод необходим для того, чтобы:

- выравнивать фазные напряжения приемника при несимметрич­ной нагрузке;

- подключать к трехфазной цепи однофазные приемники с номи­нальным напряжением в √3 раз меньше номинального линейного напряжения сети

U_л=√3·U_ф,

где U_л - линейное напряжение, В;

U_ф - фазное напряжение, В.

Трехпроводная сеть с изолированной нейтралью

При определении силы тока, протекающего через тело человека, в таких сетях выделяют три случая.

1. В общем случае:

где I_чел - сила тока, проходящего через тело человека, А;

R_чел - сопротивление тела человека, Ом;

Z - полное сопротивление изоляции одной фазы относительно земли (имеет две составляющие: активную (r_изол) и емкост­ную (Х_с)), Ом;

U_ф - фазное напряжение, В.

2. Если емкость проводов относительно земли мала (Х_с ~ 0), что справедливо для воздушных сетей U < 1 кВ небольшой протяженно­сти, емкостным сопротивлением изоляции можно пренебречь, и со­противление фазы относительно земли будет равно активному со­противлению изоляции, т. е. Z = r_изол:

где r_изол - активное сопротивление изоляции, Ом.

3. В сетях протяженных (разветвленных с большим числом потре­бителей) сопротивление изоляции r_изол мало, а в сетях напряжением свыше 1 кВ (частота > 50 Гц) r_изол очень низкое, следовательно, ак­тивной проводимостью фаз можно пренебречь, преобладает емкост­ная составляющая:

где Х_с - емкостное сопротивление, Ом.

Четырехпроводная сеть с глухозаземленной нейтралью

Трехфазные четырехпроводные сети с глухозаземленной нейтра­лью характеризуются малым сопротивлением заземления нейтрали (r₀ < 10 Ом), что значительно меньше сопротивления изоляции и ем­костного сопротивления фаз относительно земли, поэтому ими мож­но пренебречь при определении силы тока, т. е. сила тока не зависит от качества изоляции.

В этом случае цепь тока, проходящего через тело человека, вклю­чает в себя сопротивление тела человека R_чел и сопротивление зазем­ления нейтрали источника тока r_о, Ом:

По условиям прикосновения к фазному проводу в период нор­мального режима работы сети более безопасной является сеть с изолированной нейтралью, а в аварийный период - когда одна из фаз замкнута на землю, сеть с изолированной нейтралью может ока­заться опаснее, так как при аварии в сети с изолированной нейтралью напряжение неповрежденной фазы относительно земли может воз­расти с фазного до линейного, в то время как в сети с глухозаземлен-ной нейтралью повышение напряжения окажется незначительным. В аварийный период безопаснее сеть с глухозаземленной нейтра­лью.