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 Z_чел<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 Z_c — 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.Z_с » Z_чел 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. Z_c<Z_чел. 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 I_чел.

Если расчет тока I_чел производить для наиболее жесткого условия, когда сопротивление тела человека определяется его внутренним сопротивлением, т. е. Z_чел = R_чел, 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 U_ф = 3,46 кВ, R_чел=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 R_3.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 R_3.З, чем меньше R_3.З тем меньше I_чел 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.