Основы электробезопасности. Ч. 1. Теоретические основы условий поражен

где Iнагр – ток нагрузки; rа–б – активное сопротивление провода на участке а–б.

Рис. 11. Прикосновение человека к заземленному проводу в нормальном режиме работы сети: а – схема прикосновения; б – схема замещения; r0 – сопротивление заземления провода; rа–б – активное сопротивление провода на участке а–б; Ih – ток, проходящий через тело человека; Rh –

сопротивление тела человека; Iнагр – ток нагрузки

Напряжение прикосновения в нормальном режиме работы увеличивается по мере удаления от места заземления провода и достигает максимума в точке в. Если сеть спроектирована с учетом требований [1] в части допустимого отклонения напряжения, то наибольшее значение напряжения прикосновения (точка в) не превысит 5 % номинального напряжения сети.

В аварийном режиме работы сети, когда в ней произошло короткое замыкание, а человек касается заземленного провода сети (рис. 12), ток в проводе возрастает до величины тока однофазного короткого замыкания. В этом случае величина потери напряжения в проводе достигает 100 % номинального напряжения сети. При одинаковых сечениях проводов напряжение в точке короткого замыкания (точка г) будет близким кполовине номинальногонапряжениясети.

31

2) проводимости изоляции фаз проводников сети на землю учитываются в виде сосредоточенных параметров и для общего случая могут считаться неодинаковыми, т.е. сопротивления изоляции, как и емкости проводов относительно земли, не равны между собой: r1 ≠ r2 ≠ r3 ≠ rN; с1 ≠ с2 ≠ с3 ≠ сN ≠ 0;

3)замыкание фазы на землю происходит через переходное со-

противление rзм (при коротком металлическом замыкании принимается равным нулю);

4)тело человека обладает только активным сопротивлением,

асопротивление основания, на котором стоит человек, включая сопротивление обуви, равно нулю.

Требуется оценить опасность прикосновения человека к фазе

сети, т.е. определить напряжение прикосновения Uпр, под которым окажется человек, и ток Ih, проходящий через тело человека, как при нормальном, так и при аварийном режиме работы сети.

Рассмотрим нормальный режим работы сети, когда электрическая сеть находится в исправном состоянии, замыкания в сети отсутствуют, а человек коснулся одной из фаз сети (рис. 13).

Из схемы замещения (рис. 13, б) видно, что при прикосновении человека к одной из фаз сети, например к фазному проводнику

L1, напряжение прикосновения в комплексной форме будет определяться по следующему выражению:

Тогда ток, проходящий через тело человека, в комплексной форме

Короткое металлическое замыкание (англ. parallel operation of power systems) – повреждение изоляции, сопротивление которой в месте замыкания принимается равным нулю.

33

В формулах приняты следующие обозначения:

U1 – комплексное напряжение фазного проводника L1; U0 – комплексное напряжение между нейтралью источника питания и землей; Yh – полная проводимость тела человека.

Полная проводимость тела человека, исходя из принятых допущений,

Комплексное напряжение U0 между нейтралью источника питания и землей можно определитьпо методу узловых потенциалов[2]:

35

Следовательно, ток, проходящий через тело человека, можно определить по формуле

Полученные выражения для общего случая трехфазной сети можно, с учетом особенностей каждого типа сети, распространить на трехфазные сети с различными режимами работы нейтрали источника питания.

Анализ опасности поражения электрическим током

втрехфазной четырехпроводной сети

сглухозаземленной нейтралью

Для трехфазной сети с глухим заземлением нейтрали проводимости нулевого и фазных проводников относительно земли имеют малые значения по сравнению с проводимостью заземления нейтрали и могут быть приравнены к нулю [2], т.е.

нормальном режиме работы сети с глухим заземлением нейтрали представлена на рис. 14.

С учетом принятых допущений выражение для расчета Uпр упрощается и приобретает следующий вид:

В действительной форме получим

36

Таким образом, при прикосновении к одной из фаз трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью в нормальном режиме работы сети человек оказывается под фазным напряжением сети Uф. При условии, что полные проводимости проводов относительно земли малы по сравнению с проводимостью заземления нейтрали, величина тока, проходящего через тело человека, оказывается не зависящей от сопротивлений изоляции и емкости проводов относительно земли и ограничивается только сопротивлением тела человека Rh.

При аварийном режиме работы сети при прикосновении человека к одной из фаз сети, например к фазному проводнику L1, происходит замыкание одной из других фаз сети, например фазного проводника L3, на землю через малое сопротивление rзм.

Схема прикосновения человека к фазе сети с глухим заземлением нейтрали при аварийном режиме работы сети представлена на рис. 15.

В связи с тем, что проводимости нулевого и фазных проводников относительно земли имеют малые значения по сравнению с проводимостью заземления нейтрали и проводимостью в месте замыкания фазного проводника L3 на землю, они могут быть приняты

равными нулю. Тогда напряжение прикосновения Uпр в комплексной форме примет следующий вид:

где Yзм – полная проводимость в месте замыкания фазного провод-

ника L3 на землю.

Полная проводимость в месте замыкания

зм rзм

38

Таким образом, при прикосновении к одной из фаз трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью в аварийном режиме работы сети человек оказывается под напряжением, величина которого зависит от сопротивления в месте замыкания. Если учесть, что, как правило, сопротивления rзм и r0 всегда больше нуля, напряжение, под которым оказывается человек, прикоснувшийся в аварийный период к исправному фазному проводу, всегда меньше линейного, но больше фазного напряжения сети. Наиболее опасным случаем является режим металлического замыкания фазы сети, в этом режиме человек оказывается под линейным напряжением сети, а ток, проходящий через тело человека, ограничивается только его сопротивлениемRh.

Рассмотрим режим косвенного прикосновения человека к корпусу электроустановки, на который произошло замыкание одной из фаз сети, например фазному проводнику L3. При этом корпус электроустановки заземлен, т.е. имеет электрическое соединение с землей через малое сопротивление заземления rз.

Схема прикосновения человека к заземленному корпусу в сети

сглухим заземлением нейтрали представлена на рис. 16.

Всвязи с тем, что проводимости нулевого и фазных проводников относительно земли имеют малые значения по сравнению с проводимостью заземления нейтрали и корпуса электроустановки, они могут быть приняты равными нулю. Тогда с учетом шунтирования сопротивления тела человека Rh сопротивлением заземления

rз напряжение прикосновения Uпр в комплексной форме примет следующий вид:

где Yзз – полная проводимость заземления корпуса электроустановки.

40