14. Напряжение шага.

Напряжением шага называется напряжение между двумя точками цепи тока, находящимися одна от другой на расстоянии шага, на которых одновременно стоит человек.

В области защитных устройств от поражения то­ком — заземления, зануления и др. — интерес представ­ляют в первую очередь напряжения между точками на поверхности земли (или иного основания, на котором стоит человек) в зоне растекания тока с заземлителя. В этом случае напряжением шага будет являться раз­ность потенциалов φ_x, В, и φ_x+a, В, двух точек на по­верхности земли в зоне растекания тока, которые нахо­дятся на расстоянии х и (х+а) от заземлителя, а одна от другой на расстоянии шага и на которых одновремен­но стоит чедовек (рис. 3-27). При этом длина шага а принимается равной 0,8 м. Таким образом, напряже­ние шага будет, В,

U_ш = φ_x- φ_{x+a (3.76)}

Напряжение шага представляет собой также паде­ние напряжения в сопротивлении тела человека, В,

U_ш = I_hR_h, _(3-77)

где I_h — ток, проходящий через человека по пути нога — нога, А; R_h — сопротивление тела человека, Ом.

Поскольку φ_x и φ_x+a являются частями потенциала заземлителя φ_з, разность их также есть часть этого по­тенциала. Поэтому выражение (3-76) мы вправе запи­сать так:

U_ш = φ_зβ₁, _(3-78)

где β₁ — коэффициент напряжения шага или просто коэффициент шага, учитывающий форму потенциальной кривой:

15. Защитные меры в электроустановках: применение малых напряжений, электрическое разделение сетей, защитное отключение.

• Электрическое разделение сетей

Разветвленная сеть большой протяженности имеет значитель­ную емкость и небольшое активное сопротивление изоляции от­носительно земли. Ток замыкания на зем­лю в такой сети может достигать значительной величины. Поэто­му однофазное прикосновение в сети даже с изолированной нейт­ралью является опасным.

Если единую, сильно разветвленную сеть с большой емко­стью и малым сопротивлением изоляции разделить на ряд не­больших сетей такого же напряжения, которые будут обладать незначительной емкостью и высоким сопротивлением изоляции, то опасность поражения резко снизится. Обычно электрическое разделение сетей осуществляется пу­тем подключения отдельных электроприемников через раздели­тельный трансформатор, питающийся от основной разветвленной сети. А также разделение разветвленной сети на несколько приблизительно одинаковых несвязанных сетей.

Для разделения сетей могут применяться не только трансфор­маторы, но и преобразователи частоты и выпрямительные уста­новки, которые должны связываться с питающей их сетью толь­ко через трансформатор. При прямом соединении или через авто­трансформатор сеть остается единой и величина тока замыкания на землю и тока, проходящего через человека, не уменьшается. В сетях напряжением выше 1000 В принимаются другие защит­ные меры, например компенсация емкостной составляющей этого тока. Об­ласть применения защитного разделения сетей — электроустанов­ки напряжением до 1кВ, эксплуатация которых связана с по­вышенной степенью опасности, в частности передвижные элект­роустановки, ручной электрофицированный инструмент и т. п.

Не допускается заземление нейт­рали или одного из выводов вторичной обмотки разделительного трансформатора или преобразователя..

• Применение малых напряжений

Малое напряжение — номинальное напряжение не более 42 В, применяемое в целях уменьшения опасности поражения электри­ческим током.

Наибольшая степень безопасности достигается при напряже­ниях до 10 В, так как при таком напряжении ток, проходящий через человека, не превысит 1—1,5 мА. В помещениях с повы­шенной опасностью и особо опасных, где сопротивление электрической цепи человека может быть значительно снижено. Однако даже если принять сопротивление тела че­ловека R_ch=1кОм, то при напряжении 10 В ток не превышает 10 мА.

На практике применение очень малых безопасных напряже­ний ограничено шахтерскими лампами (2,5 В) и некоторыми бы­товыми приборами. В производственных переносных электроустановках для повышения безопасности применяются малые напряжения 12 и 36 В. В помещениях с повышенной опасностью для переносных электроприемников рекомендуется номинальное напряжение 36В, R тела человека при этом U принимаем 2 кОм и ток, проходящий через че­ловека (2 фазы), мо­жет быть I_h=36/2=18 мА. Такой ток для большинства людей является неотпускающим. ТЕ, 2-фазное прикос­новение при напряжении 36 В опасно. Безопасность обеспечива­ется только при однофазном прикосновении. В особо опасных по­мещениях, где ручной электроинструмент питается от источника напряжением 36 В, а ручные лампы—12 В, ток, проходящий че­рез человека, может быть еще выше.

УЗО

В европейских и других странах в сетях напряжением до 1 кВ уже много лет широко применяются устройства защитного отключения (УЗО) различных систем.

Функционально УЗО можно определить как быстродействующий защитный выключатель, реагирующий на дифференциальный ток в проводниках, подводящих электроэнергию к защищаемой электроустановке.

В нормальном режиме, при отсутствии дифференциального тока – тока утечки, в силовой цепи по проводникам, проходящим сквозь окно магнитопровода трансформатора тока 1, протекает рабочий ток нагрузки. Эти проводники образуют встречно включенные первичные обмотки дифференциального трансформатора тока. Если обозначить ток, протекающий по направлению к нагрузке, как I₁, а от нагрузки как I₂, то можно записать равенство:

I₁ = I₂

Равные токи во встречно включенных обмотках наводят в магнитном сердечнике трансформатора тока равные, но векторно встречно направленные магнитные потоки Ф₁ и Ф₂. Результирующий магнитный поток равен нулю, ток во вторичной обмотке дифференциального трансформатора также равен нулю. Пусковой орган 2 находится в этом случае в состоянии покоя.

При прикосновении человека к открытым токопроводящим частям или к корпусу электроприемника, на который произошел пробой изоляции, по фазному проводнику через УЗО кроме тока нагрузки I₁ протекает дополнительный ток – ток утечки I_ , являющийся для трансформатора тока дифференциальным (разностным).