Задача № 1

Сеть типа IT (трехфазная трехпроводная с изолированной нейтралью) напряжением 380 В питает две электроустановки, каждая из которых заземлена через собственный одиночный заземлитель (сопротивление заземления корпуса: 1-ой электроустановки r_З1=7 Ом; 2-ой – r_З2=12 Ом). Произошло двойное замыкание на землю (на корпус 1-ой электроустановки произошел пробой 1-ой фазы сети, на корпус 2-ой электроустановки – пробой 2-ой фазы сети). Возможна ли ситуация, когда напряжения прикосновения к каждому из корпусов будут равны нулю.

Дано: Сеть короткая и симметричная. Сопротивления фазных проводов относительно земли R_L1=R_L2=R_L3=R=63 кОм. Сопротивление тела человека R_h=1000 Ом.

Ответ:

Да, возможна. Когда человек обеими ногами стоит на заземлителе соответсвующей установки, то U_пр = 0, т.е. φ = 0

φ_осн = φ_з

U_пр = φ_з - φ_осн = 0 В

Задача 1

В сети типа IT (U_л=380 B) произошло замыкание двух различных фаз на два раздельно заземленных корпуса. Заземлитель первого корпуса имеет полусферическую форму с радиусом r = 0,2 м и расположен на поверхности земли. Человек одной ногой стоит на этом заземлителе. Расстояние до второго заземлителя более 30 м.

Нарисовать схему.

Определить напряжение шага U_ш и ток I_h, протекающий через человека, если сеть короткая, сопротивление изоляции проводов R_L1=R_L2=R_L3= 40 кОм; R_З1= 4 Ом; R_З2= 6 Ом; R_h=1 кОм; шаг человека а= 0,8 м;  ₂=0,5.

Решение:

При замыкании двух различных фаз сети IT на два раздельно заземленных корпуса значение тока I_з, стекающего в землю, практически не зависит от значений сопротивления изоляции фаз относительно земли, и равно:

Потенциал заземлителя первого корпуса составит:

Напряжения шага с учетом формы потенциальной кривой и сопротивления основания растеканию току определяется по формуле

Поскольку человек стоит одной ногой на полушаровом заземлителе, в данном случае x = r, и  ₁ можно рассчитать следующим образом

Коэффициент, учитывающий сопротивление основания растеканию тока,

 ₂=0,5 по условиям задачи.

Напряжение шага

а ток, протекающий через тело человека,

Ответ: U_ш=60,8 В; I_h = 60,8 мА.

Задача 6

Два зануленных потребителя электроэнергии питаются от одной сети типа TN-S напряжением 380/220 В. Произошло замыкание фазного провода на корпус второго потребителя, а в это время человек касается корпуса первого потребителя электроэнергии (см. рис. 6).

Определить ток, протекающий через тело человека, прикоснувшегося к корпусу первого потребителя электроэнергии, при условии , что R_L1 = R_PE(2) = 0,2 Ом, R₀ = R_П = 3 Ом, l_К1 = 0,3l_К2 .

Решение:

По условию:

При замыкании фазного провода на корпус второго потребителя электроэнергии возникает ток короткого замыкания:

Ток замыкания на землю, стекающий через повторное заземление:

Напряжения нулевой точки относительно земли:

Значение напряжения прикосновения для человека, прикоснувшегося к первому корпусу, будет равно значению напряжения на этом корпусе относительно земли:

Значение тока через тело человека, прикоснувшегося к первому корпусу,:

Ответ :  I_h = 18,33 мА

К задаче 1.

Сеть типа IT (трехфазная трехпроводная с изолированной нейтралью) напряжением 380 В питает две электроустановки, каждая из которых заземлена через собственный одиночный заземлитель (сопротивление заземления корпуса: 1-ой электроустановки r_З1=7 Ом; 2-ой – r_З2=12 Ом). Произошло двойное замыкание на землю (на корпус 1-ой электроустановки произошел пробой 1-ой фазы сети, на корпус 2-ой электроустановки – пробой 2-ой фазы сети). Возможна ли ситуация, когда напряжения прикосновения к каждому из корпусов будут равны нулю.

Дано: Сеть короткая и симметричная. Сопротивления фазных проводов относительно земли R_L1=R_L2=R_L3=R=63 кОм. Сопротивление тела человека R_h=1000 Ом.

U_h=φ_к – φ_з , если φ_з = φ_к , то U_h= 0

Безопасность при распределенном заземляющем устройстве может быть обеспечена не только уменьшением потенциала заземлителя, но и выравниванием потенциалов на защищаемой территории до таких значений, чтобы максимальные напряжения прикосновения и шага не превышали допустимых. Это достигается за счет соответствующего размещения одиночных заземлителей на защищаемой территории.

К Задаче 2.

φ₁ = φ₂ = 0 В

φ₃ = φ₄ = 220 В

Задача 1

В сети типа IT (U_л=380 B) произошло замыкание двух различных фаз на два раздельно заземленных корпуса.

Заземлитель первого корпуса имеет полусферическую форму с радиусом r = 0,2 м и расположен на поверхности земли.

Человек одной ногой стоит на этом заземлителе. Расстояние до второго заземлителя более 30 м.

Определить напряжение шага U_ш и ток I_h, протекающий через человека, если сеть короткая, R_L1=R_L2=R_L3= 40 кОм; R_З1= 4 Ом; R_З2= 6 Ом; R_h=1 кОм; шаг человека а= 0,8 м;  ₂=0,5.

Решение:

При замыкании двух различных фаз сети IT на два раздельно заземленных корпуса (например, см. рис. 1) значение тока I_з, стекающего в землю, практически не зависит от значений сопротивления изоляции фаз относительно земли и определяется как

При этом потенциал заземлителя первого корпуса составит

В общем случае напряжения шага с учетом формы потенциальной кривой и сопротивления основания растеканию току определяется как

где  ₁ – коэффициент напряжения шага, учитывающий форму потенциальной кривой. Поскольку человек стоит одной ногой на полушаровом заземлителе, в данном случае x = r, и  ₁ можно рассчитать следующим образом

Коэффициент, учитывающий сопротивление основания растеканию тока,  ₂=0,5 по условиям задачи.

Поэтому искомое значение напряжения шага

а ток, протекающий через тело человека,

Ответ задачи: U_ш=60,8 В; I_h = 60,8 мА.

Задача 2

Потребитель электроэнергии подключен к сети типа IT, произошло замыкание одного из фазных проводов на заземленный корпус.

При каком значении сопротивления изоляции напряжение прикосновения человека, касающегося заземленного корпуса, равно длительно допустимому значению.

Дано: U_л=380 В; R_L1= R_L2= R_L3= R; R_h=1 кОм; R_З=4 Ом; сеть короткая;  ₁=  ₂= 1.

Решение:

В данном случае значение тока I_з, стекающего в землю через заземлитель, зависит от значений сопротивления изоляции фаз относительно земли (см. рис. 2) определяется как

Значение напряжения прикосновения человека, касающегося заземленного корпуса, равно в данном случае значению потенциала на заземлителе

По условиям задачи значение напряжения прикосновения может равняться длительно допустимому значению U_д.доп, т.е.

Из полученного уравнения определяем искомые значения сопротивлений изоляции фаз

Подставивив в последнее выражение значение длительно допустимого    напряжения U_д.доп = 36 В, получим искомое значение сопротивления изоляции фаз           

Ответ задачи: при R_L1= R_L2= R_L3= R = 61,3 Ом  

Примечание. При полученном значении сопротивления изоляции (значительно меньшем реального значения) наличие защитного заземления  обеспечивает безопасность при замыкании на корпус в сети IT.

Задача № 23

Человек прикоснулся к фазному проводу сети типа IT при нормальном режиме работы. Нарисовать схему. Определить ток, протекающий через тело человека  I_h для двух случаев:

1)   U =220 В, R_h=1 кОм;  С_L1 =С_L2 =С_L3 =0; R_L1 =R_L2 =R_L3 =R=30 кОм.

2)   U =220 В, R_h=1 кОм;  С_L1 =С_L2 =С_L3 =; R_L1 =R_L2 =R_L3 =R=30 кОм

Схема:

В первом случае :

I_h= U / (R_h + R/3 ) = 220/ (1000 + 3000/3) = 20мА

Во втором случае:

I_h= U / (R_h + Z/3 ), где Z = 1/ (1/R +jω*C)

Т.к. С= , то Z=0 получаем I_h= U / R_h = 220/1000= 220мА

Ответ: 20мА, 220мА

Задача № 1

Человек прикасается к исправному фазному проводу сети напряжением 380/220 В, 50 Гц с заземленной нейтралью типа TN-C в аварийном режиме работы.

Нарисовать схему.

R_h =1 кОм . R_зм =4 Ом.

Сравнить опасность прикосновения для двух случаев:

1. R₀ =4 Ом ;

2. R₀ =0.

Как изменятся условия безопасности в обоих случаях, если обувь человека имеет сопротивление=6 кОм.

Решение.

1)R₀=4 Ом

мА

В

2. R₀=0

U _h= U =220В

Следовательно, прикосновение в случае Ro=0 опаснее, т.к. , и напряжение U _h =73,15В<U=220В

=6 кОм

1)R₀=4 Ом

Iзм=27,5 А

Uзм=110 В (см. выше)

, где , , где

мА

2) R₀=0

U_зм=220 В

мА

Следовательно, в случае если обувь чел-ка имеет сопротивление =6 кОм, прикосновение будет менее опасным

Задача № 2

Оцените условия безопасности при прикосновения человека к исправному фазному проводу сети типа IT в аварийном режиме работы. Нарисовать схему.

=220 В, R_h=2 кОм;  С_L1 =С_L2 =С_L3 =0, 3 мкФ; R_L1 =R_L2 =R_L3 =R=60 кОм,

=10 Ом.

Решение.

мА

Ток 25 – 50 мА при 50 Гц воздействует на мышцы не только рук, но и туловища в том числе на мышцы грудной клетки. В результате дыхательные движения грудной клетки сильно затрудняются. В случае длительного воздействия этого тока дыхание может оказаться невозможным, после чего через некоторое время наступит смерть от удушья. Этот ток одновременно вызывает сужение кровеносных сосудов, что приводит к повышению артериального давления крови и затруднению работы сердца. Длительное воздействие этого тока вызывает ослабление деятельности сердца и как итог этого – потерю сознания.

6. Как изменится график зависимоости I_h=f(R) при С=0 для сети IT в аварийном режиме работы, когда человек касается аварийного провода?

При аварийном режиме работы сети  типа IT, когда человек касается провода, замкнувшегося на землю ток через тело человека будет определяться падением напряжения на сопротивлении растеканию тока в месте замыкания на землю R_ЗМ:  

В действтельности 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, в этом случае меньше, чем при прямом однофазном прикосновении в нормальном режиме работы.