3.Лабораторная работа №5 Анализ опасности поражения электрическим током в трехфазных электрических сетях напряжением до 1 кВ и исследование эффективности защитного заземления и зануления.

Цель работы -- проанализировать условия безопасного прикосновения к электрическим установкам, металлоконструкциям и другим устройствам, которые случайно оказались под напряжением и оценить эффективность действия защитного заземления и защитного зануления при различных режимах работы нейтрали сети трехфазного тока.

3.1.Общие сведения

Электрический ток является одним из наиболее опасных факторов, как в быту, так и на производстве. Опасность его воздействия на организм очень часто приводит к летальному исходу. Согласно ГОСТ 1210 ССБТ, по классификатору, этот фактор обозначается: «опасный уровень напряжения замыкание который может пройти через тело человека»

Воздействие электрического тока на организм человека происходит в связи со следующими причинами:

• контакт с поврежденным оборудованием

• контакт с токоведущими частями, изоляция которых ослаблена

• случайное прикосновение к токоведущим частям без изоляции

Исход поражения электрическим током зависит от: частоты, ряда тока, длительности воздействия, пути тока в организме, состояния окружающей среды, сопротивления тела человека. От режима работы нейтрали сети. Кроме этого исход воздействия может зависеть от:

1. сопротивления изоляции проводов

2. емкостной проводимости, которая возникает в цепях большой протяженности.

Для электроснабжения энергопотребителей используют два вида сетей:

1. трехпроводная сеть с изолированной нейтралью,

2. четырехпроводная сеть с глухозаземленной нейтралью.

Кроме того, в ГОСТ Р50571.2.-94 «Электроустановки зданий. Часть 3 Основные характеристики», в отличии от 4^х проводных сетей применяемых в России приводятся обозначения для 5^и проводных сетей, это сети:

LT; TT; TN-C; TN-C-S; TN-S.

Здесь первая буква характеризует режим работы нейтрали вторичной обмотки трансформатора.

L – изолированная нейтраль

Т – глухозаземленная нейтраль

Вторая буква обозначает заземление открытых проводящих частей.

Т – непосредственная связь открытых и проводящих частей с землей (защитное заземление).

N – непосредственная связь открытых токопроводящих частей с заземленной нейтралью источника питания (зануление).

Кроме того в схеме могут использоваться буквенные обозначения:

«С» - нулевой рабочий проводник

«N» - нулевой защитный (РЕ) проводник.

объединенные по всей сети.

Обозначения «C-S» показывают что, проводники N и PE объединены в части сети.

Обозначение «S» – указывает на раздельную работу N и PE-проводников по всей сети.

Сети переменного тока с глухозаземленной нейтралью с «U» до 1кВ, могут быть выполнены в трех вариантах:

Сети типа TN-C-S

Из 3-х систем наиболее безопасна система типа TN-S, так как уровень безопасности систем «TN-C» и «TN-C-S» зависит от целостности PEN-проводника, в системе «TN-S» - проводник PEN –отсутствует.

Защитное зануление в сетях в сетях с изолированной нейтралью запрещено.

Силу тока протекающего через тело человека, в трехпроводных сетях с изолированной нейтралью определяют исходя из того что U_Л=√3U_Ф, при этом выделяют три случая:

R_r – сопротивление тел

Х_С – емкостная проводимость

1. 

в сетях большой протяженности

2. 

когда емкостная проводимость мала

R_r – сопротивление тел

r_ИЗОЛ – сопротивление изоляции

3. 

В сетях с глухозаземленной нейтралью сила тока, протекающего через человека определяется по формуле:

R_r – сопротивление тел

r₀ – сопротивление заземленной нейтрали

1. 

Из приведенного уравнения 3 видно, что в этом случае сила тока, проходящего через тело человека, зависит не только от величины фазного напряжения и сопротивления тела, но и в значительной мере от сопротивления изоляции фаз относительно земли «r_из».

При высоком сопротивлении изоляции сети сила тока не достигает опасной для жизни человека величины.

Безопасность электроустановок обеспечивается применением ряда защитных мер.

К организационным мерам относится категорирование помещений по опасности поражения электрическим током. Существует три категории помещений:

1. помещения без повышенной опасности;

2. помещения с повышенной опасностью характеризуются наличием в помещении токопроводящих полов, токопроводящей пыли, повышенной влажности (более 75%), повышенной температуры (более 35⁰С), возможности прикосновения одновременно к заземленной металлоконструкции и металлическому корпусу электроустановки;

3. помещения особо опасные характеризуются наличием особой сырости (относительная влажность 100 %), химически активной среды либо наличием двух или более признаков помещений с повышенной опасностью.

К техническим мерам защиты относят:

1. меры от прикосновения (низкое напряжение, повышенная изоляция токоведущих частей, размещение токоведущих частей на недоступной высоте, защитное отключение, ограждения, блокировка).

2. меры при прикосновении: (защитное заземление, зануление, защитное отключение).

Согласно ГОСТ 12.1.009-76.

Защитное заземление - это преднамеренное электрическое соединение металлических, нетоковедущих частей которые могу оказаться под напряжением.

Назначение защитного заземления – снизить ток протекающий через человека до безопасной величины.

Принцип действия основан на разнице сопротивлений тела человека (1000 Ом) и защитного заземления (4 Ома). При параллельном заземлителю включении человека, через заземлитель потечет ток меньшей величины. Таким образом. чем меньше Ч_З тем большей величины ток протекает через него (согласно ПУЭ Ч_земли ≤ 4 Ом) в сетях, а при мощности питающего трансформатора 100 кВА ≤ 10 Ом)

Заземление может быть естественным и искусственным:

Естественное заземление – это находящиеся в соприкосновении с землей электропроводящие части зданий и сооружений производственного назначения (арматура строительных конструкций).

Искусственное заземление– это совокупность металлических проводников (шин, труб, угольников) закопанных на расчетную глубину.

Область применения защитного заземления. электрические сети с напряжением:

• до 1 кВ с изолированной нейтралью;

• свыше 1кВ с эффективно заземленной нейтралью;

• выше 1кВ с изолированной нейтралью.

Для быстрого и надежного отключения проводимость фазных и нулевых проводов должна быть выбрана таким образом, чтобы ток короткого замыкания превышал в 3 раза номинальный ток плавкой вставки.

Величина сопротивления защитного заземления регламентируется ГОСТ 12.1.030-81, ГОСТ 12.1.045-84 и ПУЭ.

В электроустановках напряжением U до 1000 В в сети с изолированной нейтралью сопротивление заземляющего устройства должно быть ≤ 4 Ом. При мощности трансформатора менее 100 кВт R_з ≤ 10 Ом.

В электроустановках напряжением U свыше 1000 В в сетях с изолированной нейтралью R_ч≤ 125/I_з, где I_з -- расчетная сила тока замыкания на землю.

Заземление может быть выносным и контурным. Выносное выносится за контур оборудования и располагается на некотором удалении от него. Контурное устраивается по контуру оборудования и служит для выравнивания потенциала. Контурное заземление эффективнее выносного.

Рассмотрим действие защитного заземления. При прикосновении человека к заземленному корпусу электроустановки, случайно оказавшемуся под напряжением, ток однофазного замыкания на землю разветвляется. Первая ветвь образуется защитным заземлением, вторая – создается телом человека.

Сила тока, проходящего через тело человека, в данном случае определяется формулой:

,

где: I_о – сила тока однофазного замыкания на землю, А;

R_з – сопротивление защитного заземления, Ом;

R_чел – сопротивление тела человека, Ом.

Как видно из приведенной формулы, сила тока, проходящего через тело человека, уменьшается при снижении сопротивления заземления, т.е. при R_з→ 0 и I_чел→ 0.

В четырехпроводных сетях с глухозаземленной нейтралью напряжение отдельных фаз по отношению к земле остается практически постоянным и равно фазному напряжению. При прикосновении человека к корпусу электроустановки, находящемуся под напряжением возникает замкнутая электрическая цепь через тело человека и землю.

Напряжение, которое при этом действует на тело человека, является частью фазного напряжения.

Сила тока, проходящего через тело человека, для данного случая, равна

, А

Из этого уравнения видно, что сила тока, проходящего через тело человека, зависит только от фазного напряжения и сопротивления тела человека (сопротивление рабочего заземления, обуви и пола при этом не учитываются).

С целью обеспечения безопасного прикосновения в случае замыкания фазы на корпус электроустановки в системе с глухозаземленной нейтралью с напряжением до 1000 В устраивается зануление. Занулением называется преднамеренное электрическое соединение металлических элементов установки, нормально изолированных от частей, находящихся под напряжением (корпуса электрооборудования, кабельные конструкции, стальные трубы электропроводок и др.), с многократно заземленным нулевым проводом. В некоторых цехах (литейных, электросталеплавильных) применение зануления запрещено.

Назначение зануления состоит в том, чтобы превратить замыкание на корпус в однофазное короткое замыкание и тем самым вызвать автоматическое отключение поврежденной электроустановки максимальной токовой защитой (либо перегоранием предохранителя).

Безопасность обеспечивается достаточно быстрым отключением, в результате которого ток, проходящий через тело человека, не достигает опасной для организма величины.