Анализ опасности трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью.

В случае прикосновения человека к одной из

фаз трехфазной трехпроводной сети с

изолированной нейтралью создается цепь тока через

тело человека и изоляцию проводов двух других

фаз.

^I₊ ⁼ ₃3

U

ф

(2)

^h R R

h из

Как видно из формулы (2), в случае прикосновения к одному из двух проводов сети трехфазного тока с изолированной нейтралью человек находится под защитой изоляции фаз. В разветвленных кабельных сетях и сетях большой протяженности емкость фазных проводов относительно земли значительна.

R_из = ∞,С_ф = С_А = С_В = С

При . Ток через тело человека определяется из выражения:

I

3

U С

ω

ф ф

,

= ω = 2πf , f = 50Гц^hR C

² 1 9

+

ω

h ф

Аварийный режим

Сеть может находиться в нормальном режиме работы (который исключает аварийный) или в аварийном. Аварийный режим подразумевает: а) замыкание проводов между собой; б) замыкание их на землю; в) сопротивление изоляции не соответствует требованиям, обусловленным ПУЭ.

Из рисунка видно, что в сети с ИН, в

аварийном режиме, человек, коснувшийся одной

фазы, попадает под линейное напряжение, и ток,

проходящий через него, определяется

выражением

31

^U I =

л

. (3)

^h R

h

Анализ опасности трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью

При однополюсном прикосновении к сети с заземленной нейтралью создается цепь тока через тело человека и малое сопротивление заземления нейтрали Rо. Человек оказывается под действием фазного напряжения и величина тока, проходящего через него, если пренебречь сопротивлением обуви и пола, будет зависеть от собственного сопротивления человека.

В сетях до 1000 В по ПУЭ Rо ≤ 4 0м.

U

ф

U

I ⁰

⁼ ₊ =

( 4 )

,

^h R

I_h = U_ф / R_h.

R R 0

,

h h

Из формулы (4) видно, что в сети с ЗН

изоляция фаз относительно земли не защищает

человека и, следовательно, однополюсное прикосновение к такой сети, даже при нормальном режиме сети, является очень опасным.

В то же время из формулы (4) следует, что уменьшения тока можно добиться увеличением Rh. Это достигается применением защитных средств, как например, диэлектрических бот, галош, ковриков, изолирующих подставок и др. Тогда формула (4) примет вид

U

ф

^I₊ =

^h R R

доб h

R_доб

Где - сопротивление защитных средств.

Аварийный режим.

В этом случае ток протекает по двум петлям:

1–ая – от источника тока через человека и R₀ ,

2-ая – от источника тока через человека и R_зам.

U_ф < U_h < U _л

Как видно из проведенного анализа при аварийном режиме для сетей с изолированной и заземленной нейтралью величина тока, проходящего через тело человека, прикоснувшегося к исправному проводу, не зависит от сопротивления изоляции, но при сети с ЗН ток, проходящий через человека, оказывается меньше, чем при сети с ИН.

Поэтому при постоянном и надежном контроле за состоянием изоляции, когда заземление фазы на землю или недопустимое снижение сопротивления изоляции можно быстро обнаружить и устранить, следует применять сеть с изолированной нейтралью. Когда сеть протяженная, есть химически активная среда, повышенная влажность и нет возможности контролировать величину сопротивления изоляции, следует применять сеть с заземленной нейтралью.

32

Лекция 6

Защитные меры в электроустановках.

Защитное заземление

Заземляющим устройством называется совокупность одиночных заземлителей и заземляющих проводников, соединяющих заземлители между собой и заземляемые части электроустановки с заземлителями. Различают два типа заземляющих устройств: выносное (заземлитель вынесен за пределы площадки, на которой размещено заземляемое оборудование) и контурное (одиночные заземлители размещаются по периметру и площади площадки, на которой находится заземляемое оборудование). В качестве одиночных заземлителей используются отрезки стальных труб, угловой стали. Заземляющие проводники выполняются из полосовой стали.

Сопротивление заземлителя (сопротивление растекания тока в земле) зависит, в основном, от удельного сопротивления грунта.

Для одиночного трубчатого заземлителя, забитого в грунт на некоторую глубину h, R_од

это сопротивление определяется по формуле:

^l R_од

^{4 1 lg(} ₂^{1 0.366 (lg(2 )} ₋^{+ = ⋅ ⋅ + ⋅} _tt

⁾⁾ 4 1

, (1) d

ρ

где - удельное сопротивление грунта, Ом*м; l- длина заземлителя, м; d- диаметр l

заземлителя, м; - расстояние от поверхности земли до середины заземлителя, м.

t = h +

2

Обычно сопротивление одиночного заземлителя превышает значение, допустимое правилами устройства электроустановок. Для получения необходимого по ПУЭ сопротивления заземляющего устройства забивают в землю несколько одиночных заземлителей и соединяют их между собой параллельно с помощью стальной полосы.

Для выравнивания потенциалов на поверхности земли заземлители располагают один от другого на расстоянии, значительно меньшем поля растекания тока одного заземлителя. При этом поля растекания тока отдельных заземлителей накладываются одно на другое, т.е. возникает явление взаимного экранирования, препятствующее полному растеканию тока с каждого заземлителя. В результате экранирования сопротивление группового заземлителя увеличивается по сравнению с расчетным сопротивлением заземлителей при их параллельном соединении. Это увеличение сопротивления оценивается коэффициентом η η 1

использования заземлителей . Если , то это значит, что расстояние между

η

заземлителями более 40 м и каждый заземлитель используется полностью. На практике

колеблется от 0,6 до 0,82. Необходимое количество заземлителей n для заземляющего устройства определяется по формуле:

R

ⁿ _⋅ ⁼η

од

, (2)

R

з

R_з

где - общее сопротивление заземляющего устройства по ПУЭ, Ом, т.е. все параллельно η

соединенных заземлителей; - коэффициент использования заземлителей. η

В инженерных расчетах величина выбирается из справочных таблиц. Заземление металлических частей и корпусов электрооборудования, нормально не находящихся под напряжением, одна из наиболее распространенных и эффективных мер защиты в сетях с ИН напряжением до 1000 В и в сетях свыше 1000 В вне зависимости от режима нейтрали источника питания.

33

Защитное заземление (ЗЗ) — это преднамеренное электрическое соединение с землей металлических нетоковедущих частей электроустановок, которые могут оказаться под напряжением в результате нарушения изоляции электроустановок.

Назначение ЗЗ - устранение опасности поражения людей электрическим током при появлении напряжения на конструктивных нетоковедущих частях электрооборудования, т.е. при «замыкании на корпус».

Принцип действия ЗЗ- снижение напряжения между корпусом, оказывающимся под напряжением, и землей до безопасного значения путем соединения корпуса с землей с помощью заземляющего устройства с малым сопротивлением.

Поясним это на примере сети до 1000 В c ИН небольшой протяженности (С ≈ 0). Если корпус установки не заземлен и оказался в контакте с фазным проводом, то прикосновение человека к такому корпусу равносильно прикосновению к фазному проводу (рис. 1), В этом случае ток, проходящий через человека, будет равен:

^{Uф I} _{⋅ +} ⁼ ₃3

, (3) ^h R R

h из

U_ф R_h R_из

где - фазное напряжение сети, В; - сопротивление тела человека, Ом; - сопротивление изоляции сети, Ом.

Как видно из формулы (3), при малом сопротивлении изоляции ток может оказаться U_ф R_из = 0 С_из = 1 R_h

опасным для человека. Например при =220 В, =5 кОм, , кОм по = 82.5 _h I

формуле (3) получим мА. Такой ток для человека смертельно опасен. Напряжение, под которым окажется человек, прикоснувшийся к корпусу (напряжение прикосновения

U_пр

= ⋅ = 0.0825⋅1000 = 82.5 _{пр h} R_h U I

), составит:

В

Если же корпус заземлен (рис.2), величина сопротивления заземляющего устройства во много раз меньше сопротивления человека. Поэтому, в случае пробоя на корпус, основная часть тока замкнется на землю через малое сопротивление заземляющего устройства R_з. Значение этого тока определяется по формуле:

U

ф

^I _{⋅ +} ^{= ⋅}3

3

^з R R

з из

_{k з з} R_з U = U = I ⋅

Напряжение корпуса относительно земли в этом случае будет равно , а ток через человека, касающегося корпуса при самых неблагоприятных условиях, будет равен:

34

^{⋅ = = ⋅}(3 )

U R

^{U I} ⋅ + ⋅

Ih

з

3

ф з

(4)

^з R R R

R

h

з из h