Глава 3:

ОЦЕНКА ПРЕДЕЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ИЗОЛЯЦИИ СЕТИ С НАПРЯЖЕНИЕМ 220  1000 ВОЛЬТ ПРИ ПРИКОСНОВЕНИИ К КОРПУСУ ЗАЗЕМЛЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Заземляющее устройство должно обеспечивать безопасность прикосновения к корпусу, который случайно оказался под напряжением, например, в случае замыкания одной фазы на корпус. Величина тока через человека в этом случае ограничивается заземлением и изоляцией сети. Поэтому учитывая, что защитные свойства заземления зависят от параметров изоляции сети, целесообразно оценить предельные значения их по величине тока однофазного замыкания и сопротивлению заземления, которое должно ограничить ток, проходящий через человека до безопасной величины. Следует иметь в виду, что изоляция сети и заземление должны обеспечить безопасность прикосновения к корпусу в предположении отсутствия или неработоспособности защитного отключения [1, 2].

В случае прикосновение человека к фазе в сети с изолированной нейтралью трансформатора минимально необходимое сопротивление изоляции фаз сети z_ИЗ в комплексной форме определится выражением

(1)

где U_ф – фазное напряжение сети; I_h – ток через человека; R_h – сопротивление тела человека; R_ЭКВ, X_ЭКВ – эквивалентное активное и реактивное (ем­костное) сопротивление изоляции фазы отно­сительно земли; j – поворотный множитель;

Приняв в выражении (1) вместо сопротивления тела человека сопротивление заземления и вместо тока через человека (тока утечки) ток однофазного замыкания на корпус, можно определить сопротивление изоляции фазы сети Z_из в комплексной форме

Допустим, ток однофазного замыкания на корпус в сети напряжением 380 В составляет 0,6 А, тогда максимально допустимое сопротивление заземления электроустановки, ограничивающее напряжение прикосновения до предельно допустимого значения U_доп = 36 В, должно быть не более

Ом,

а полное сопротивление изоляции фазы сети – не менее

Ом

Дальнейший ход расчетов, имея некоторые особенности, в це­лом аналогичен, что и при прикосновении к фазе [3].

При полностью скомпенсированной емкости сети по отношению к земле (С_ИЗ = 0) минимально необходимое (критическое) сопротив­ление изоляции

Ом

Предельное значение емкости С_ПР фазы относительно земли, когда при любом активном сопротивлении изоляции сети R_ИЗ, напряжение прикосновения к корпусу и ток, проходящий через тело человека, будут больше допустимых значений, определяется из ус­ловия, что активное сопротивление изоляции равно бесконечности, т.е. реактивное (емкостное) сопротивление Х_ИЗ = 920 Ом, тогда

мкФ

Если емкость сети не скомпенсирована полностью (пусть С_ИЗ = 1,5 мкФ), то минимально необходимое сопротивление изоляции фазы при том же самом токе однофазного замыкания будет найдено

,

,

,

тогда

В табл. 3 для различных токов однофазного замыкания на корпус при напряжениях 220, 380 и 660 В приведены расчетные данные максимально допустимого сопротивления заземления, обеспечивающего безопасность прикосновения к корпусу оборудования, минимально необходимое (критическое) сопротивление изоляции и предельные значения емкости фазы сети по отношению к земле.

Таблица 3

_{Расчетные данные RЗ, rК, и С}ПР

IОЗН, А	RЗ, Ом	220 В		380 В		660 В
		rК, кОм	СПР, мкФ	rК, кОм	СПР, мкФ	rК, кОм	СПР, мкФ
0,1	360	2,730	1,17	5,520	0,58	10,32	0,31
0,2	180	1,365	2,33	2,740	1,16	5,16	0,62
0,4	90	0,663	4,67	1,380	2,31	2,58	1,23
0,6	60	0,455	7,00	0,920	3,46	1,72	1,85
0,8	45	0,341	9,33	0,690	4,62	1,29	2,47
1,0	36	0,273	11,67	0,552	5,77	1,032	3,09
1,5	24	0,182	17,50	0,368	8,65	0,688	4,63
2,0	18	0,136	23,30	0,276	11,54	0,516	6,17
4,0	9	0,068	46,70	0,165	19,30	0,258	12,34

Зависимости R_З = f(I_ОЗН), r_К = f(I_ОЗН) и С_ПР = f(I_ОЗН), построенные по расчетным данным, позволяют определить предельные значения параметров изоляции сети и заземления в сетях на­пряжением 220, 380 и 660 В (cм. рис.1 и рис.2).

Например, если в сети напряжением 220 В достигнуто сопротивление изоляции 1,5 кОм, то для обеспечения безопасности прикосновения к корпусу обору­дования, случайно оказавшегося под напряжением, сопротивление заземления не должно превышать 197 Ом, а ток замыкания на кор­пус не должен быть более 0,18 А (на рис. 1 значения параметров указаны стрелками – ход от точки a до точек b, c, d и f). По зависимости С_ПР = f(I_ОЗН) можно определить предель­ную емкость сети по отношению к земле (для данного случая С_ПР = 2,12 мкФ – ход от точки a до точек b, е и g). Аналогично предельные значения параметров можно определить по рис. 1 при напряжении сети 380 В (табл. 3).

Задача может быть решена в обратном порядке [4]. Пусть в сети напряжением 660 В (см.рис. 2) известно сопротивление заземле­ния, равное 60 Ом, тогда ток однофазного замыкания не должен превышать 0,6 А, минимально необходимое сопротивление изоляции оценивается величиной 1,72 кОм (на рис. 2 – ход от точки a до точек b, c, е и d). Предельная емкость равна 1,85 мкФ (точки f и g). И, наконец, при известном токе однофазного за­мыкания на корпус оборудования, например, равном 0,3 А, в сети напряжением 660 В (см. рис. 2) для обеспечения безопасности прикосновения к корпусу сопротивления заземления не больше 120 Ом, минимально необходимое сопротивление изоляции составляет 3,44 кОм, а предельная емкость фазы сети – 0,92 мкФ (точки h, l, p, m, n, k, s).

Величины допустимого тока и напря­жения прикосновения для длительности воздействия на организм человека более 1 с (см. табл. 4) определяют более высокий уровень электробезопасности, чем во многих странах мира. Вместе с тем сравнение получен­ных данных и результатов исследований токов утечки, напряжения прикосновения и параметров изоляции сетей и заземления электроустановок в ряде отраслей отечественной промышленности свидетельствует о реальных технических возможностях соблюдения нормативных требований при условии выполнения расчетных и контрольно-измерительных работ.

Таблица 4

Допустимые величины токов и напряжений прикосновения с частотой 50 Гц, исключающие фибрилляцию сердца при аварийном режиме электроустановок производственного назначения

tв, сек	0,01-0,08	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5
Uhдоп, В	650	500	250	165	125	100
I hдоп, mA	650	500	250	165	125	100
tв, сек	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	> 1,0
Uhдоп, В	85	70	65	55	50	36
I hдоп, mA	85	70	65	55	50	6

Рассмотренные взаимосвязи и приведенная методика оценки предельных значений параметров изоляции сети и заземления рекомендуются, главным образом, для оценки уровня электробезопасности сетей с изолированной нейтралью, напряжением до 1000 В, при проектировании и конструировании защитных средств, а также при расследовании электротравм, для раз­работки норм сопротивления заземляющих устройств и изоляции се­тей электроустановок с компенсацией и без компенсации емкости сети по отношению к земле, при разработке инструкций по эксплуа­тационному контролю.

Литература:

1. Правила устройства электроустановок: ПУЭ: утв. Минэнерго России 08.07.02: ввод. в действие с 01.01.03 – 7-е изд., измен. и доп. – М.: Главгосэнергонадзор, 2002.

2. Епифанов А.Д. Технология монтажа электрооборудования и средств автоматизации: учеб. пособие. в 2-х ч. Ч.2; / А.Д. Епифанов, А.Г. Черных, – Иркутск, ИрГСХА, 2011. – 203 с.

3. Якобс А.И. Энергетическая техника и ее развитие / А.И. Якобс, А.В. Луковников. – М.: Колос, 1981. – 239 с.

4. Черных А.Г. Электротехника и электроника. Трехфазные электрические цепи: учеб. пособие. в 2 кн. КН.2; / А.Г. Черных, М.Ю. Бузунова – Иркутск, ИрГСХА, 2013. – 194 с.

34