- •Г л а в а 3 электробезопасность при электрификации шахт и рудников
- •3.1. Условия и опасности эксплуатации электрооборудования в подземных горных выработках
- •3.2. Воздействие электричества на организм человека
- •3.3. Условия безопасности в электрических сетях с разным режимом нейтрали
- •3.3.1. Сети с изолированной нейтралью
- •3.3.2. Сети с заземленной нейтралью
- •3.3.3. Сравнение условий электробезопасности в сетях с изолированной и заземленной нейтралью
- •3.3.4. Влияние состояния изоляции электрооборудования на уровень электробезопасности
- •3.4. Меры защиты от поражения электрическим током
- •3.5. Защитное заземление
- •3.6. Защитное отключение
- •3.7. Опережающее отключение
3.3. Условия безопасности в электрических сетях с разным режимом нейтрали
Анализ условий электробезопасности электрических сетей сводится к определению значения тока, протекающего через человека в различных условиях, в которых он может оказаться при эксплуатации электроустановок, а также к оценке влияния различных факторов и параметров сети на опасность электропоражений, пожаров и взрывов.
На рис. 3.1 показано одновременное прикосновение человека к двум фазам трехфазной сети. Ток через человека определяется линейным напряжением сети и сопротивлением тела человека:
Из (3.4) несложно определить, что при линейных напряжениях подземных электрических сетей 127, 380, 660 и 1140 В и сопротивлении тела человека Zчел<1 кОм ток, протекающий через человека, превышает 100 мА, что смертельно опасно.
Случаи двухфазного прикосновения довольно редки по сравнению с однофазными прикосновениями, которые представляют собой своеобразное замыкание на землю. При этом ток, протекающий через человека, при прочих равных условиях зависит прежде всего от режима нейтрали электрической сети.
Рис. 3.2. Схема однофазного прикосновения в сети с изолированной нейтралью
3.3.1. Сети с изолированной нейтралью
В сети с изолированной нейтралью фазы 1, 2 и 3 связаны с землей через полные сопротивления изоляции Zl, Z2 и Z3. Если считать, что система симметрична, т. е. Z1=Z2 = Z3, то нулевая точка электроприемника будет иметь потенциал нулевой точки источника тока, а векторные диаграммы источника тока и электроприемника при наложении полностью совпадут.
При прикосновении человека к одной из фаз сети через него пройдет ток, величина которого зависит от активных сопротивлений изоляции и емкостей фаз относительно земли (рис. 3.2).
Если считать, что активные сопротивления изоляции и емкости фаз сети относительно земли одинаковы, т. е. R1=R2= R3 и С1= С2=СЗ, то ток, протекающий через человека, определяется по формуле
где Zc — полное сопротивление изоляции сети.
Из (3.5) видно, что ток через человека тем меньше, чем выше уровень полного сопротивления изоляции относительно земли.
В электрических сетях напряжением до 1000 В малой протяженности емкость невелика, поэтому емкостной проводимостью изоляции можно пренебречь. Если принять, что полное сопротивление изоляции сети значительно больше сопротивления тела человека, т. е.Zс » Zчел то выражение (3.5) будет иметь вид
т. е. ток, протекающий через человека, ограничивается сопротивлением изоляции относительно земли и практически не зависит от сопротивления тела человека. Поэтому в сетях, имеющих малую емкость и высокий уровень активного сопротивления изоляции, прикосновение к фазе может оказаться безопасным.
В разветвленных сетях с большим числом электроприемников, что характерно для подземных электрических сетей рудников, емкость имеет значительную величину, а уровень сопротивления изоляции низкий. В конкретных условиях эксплуатации может оказаться, что полное сопротивление изоляции сети будет меньше сопротивления тела человека, т. е. Zc<Zчел. При этом выражение (3.5) примет вид
т. е. при прикосновении к фазе человек оказывается под фазным напряжением, а сопротивление изоляции практически не влияет на величину тока Iчел.
Если расчет тока Iчел производить для наиболее жесткого условия, когда сопротивление тела человека определяется его внутренним сопротивлением, т. е. Zчел = Rчел, выражение (3.5) можно записать в виде
где R и С—соответственно активное сопротивление изоляции и емкость фазы относительно земли.
Электрические сети напряжением выше 1200 В обладают большой емкостью и высоким уровнем активного сопротивления изоляции. Это позволяет пренебречь активными токами утечки на землю, т. е. считать, что Rl=R2 = R3 =∞. Если при этом ввести условие симметрии емкостей фаз относительно земли, т. е. С1 = С2 = СЗ = С, то ток через человека
Если в (3.9) принять Uф = 3,46 кВ, Rчел=1 кОм, то при С = 0,03 мкФ ток через человека составит 114 мА, а при С = 1 мкФ Iчел = 2,33 А. Таким образом, в сети напряжением выше 1200 В прикосновение к токоведущей части любой фазы даже при идеальной изоляции (R =∞) смертельно опасно.
Нетоковедущие части электроустановок, которые нормально не находятся под напряжением (корпуса электрооборудования, оболочки кабелей и т п.), могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции. Прикосновение к заземленному корпусу, имеющему контакт с одной из фаз, показано на рис. 3.3.
Если емкости фаз сети не учитывать и считать Rl = R2 = R3 = R, то ток, протекающий через человека, определится по формуле
где R3.З — сопротивление защитного заземления.
Рис. 3.3. Схема прикосновения к заземленному электрооборудованию в сети с изолированной нейтралью
Из (3.10) следует, что ток, протекающий через человека, зависит в основном от величины R3.З, чем меньше R3.З тем меньше Iчел и, следовательно, меньше опасность поражения электрическим током.
Если корпус электрооборудования оказался под напряжением и не заземлен, то, как видно из рис. 3.3, через человека будет протекать весь ток замыкания на землю. Таким образом, этот случай равноценен однофазному прикосновению к токоведущим частям.