книги / Основы электробезопасности. Теоретические основы условий поражения человека электрическим током

вышать 2–8 Ом, сопротивление заземления rз корпусов электроустановок не должно превышать 10 Ом. Величины сопротивлений практически эквивалентны, и в случае их равенства ток, проходящий через тело человека, и напряжение прикосновения будут

Таким образом, при прикосновении к корпусу электроустановки, на который произошло замыкание фазы трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью, человек оказывается под напряжением, величина которого зависит от сопротивления заземления нейтрали источника питания и сопротивления заземления корпуса. С учетом того, что в трехфазной сети с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000 В величины сопротивлений rз и r0 равны, напряжение прикосновения оказывается равным половине фазного напряжения сети. При этом опасные потенциалы появляются и на нулевом проводе. Опасность увеличивается, если в качестве заземлителей используются батареи отопления, водопроводные трубы с высоким сопротивлением rз. В этом случае напряжение прикосновения оказывается близким к фазному напряжению сети. В связи с этим в электрических сетях с глухим заземлением нейтрали напряжением до 1000 В защитное заземление корпусов электроустановок является неэффективной мерой защиты, поэтому запрещается его применение в качестве единственной меры защиты от замыкания на корпус электроустановки, но допускается использовать его в качестве дополнительной меры защиты.

Анализ опасности поражения электрическим током в трехфазной сети с изолированной нейтралью

Для трехфазной сети с изолированной нейтралью источника питания проводимость нулевого проводника относительно земли и

проводимость заземления нейтрали равны нулю, т.е. Y0 YN 0 .

Схема прикосновения при нормальном режиме работы сети с изолированной нейтралью представлена на рис. 17.

42

где Z – полное комплексное сопротивление провода относительно земли.

Полное комплексное сопротивление провода относительно земли

В действительной форме ток, проходящий через тело человека,

Из полученного выражения следует, что при нормальной работе сети с изолированной нейтралью ток, проходящий через тело человека, прикоснувшегося к одному из фазных проводов, зависит от величин активного и емкостного сопротивлений проводов относительно земли. С увеличением активного сопротивления и уменьшением емкости сети величина тока уменьшается.

В случае воздушной или кабельной линии малой протяженности и напряжения до 1000 В емкостью сети можно пренебречь, т.е. принять, что r1 = r2 = r3 = r и с1 = с2 = с3 = 0, а следовательно,

Y1 Y2 Y3 1r . Тогда ток, проходящий через тело человека, будет определяться по формуле

Таким образом, в сетях малой протяженности напряжения до 1000 В ток, проходящий через тело человека, зависит только от активного сопротивления изоляции. Поддержание высокого активно-

44

го сопротивления изоляции приводит к уменьшению величины тока, проходящего через тело человека, в период прикосновения.

Вслучае высокого активного сопротивления изоляции r1 = r2 =

=r3 = ∞ и наличия одной только емкости сети с1 = с2 = с3 = c, что характерно для кабельных сетей напряжением выше 1000 В значительной протяженности, величина тока, протекающего через тело человека,

Следовательно, в сетях большой протяженности напряжения выше 1000 В ток, проходящий через тело человека, зависит только от емкостного сопротивления изоляции, и даже при идеальной изоляции (r = ∞) прикосновение к токоведущим частям смертельно опасно. Поддержание малой величины емкости сети уменьшает величину тока, проходящего черезтело человека, впериодприкосновения.

Полученные выражения для случая прикосновения человека к фазному проводу сети с изолированной нейтралью в период нормальной работы сети позволяют сделать вывод, что ток, проходящий через тело человека, будет зависеть от величины активного и емкостного сопротивлений проводов относительно земли и с увеличением этих сопротивлений опасность прикосновения уменьшается. Следует отметить, что при одинаковых условиях ток, проходящий через тело человека, в сети с изолированной нейтралью будет иметь меньшее значение, чем в сети с глухим заземлением нейтрали.

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 изолированной нейтралью приаварийномрежимеработы сетипредставлена нарис. 18.

45

В действительной форме получим

Ток через тело человека в аварийном режиме работы сети

При металлическом замыкании сопротивление rзм можно принять равным нулю. Тогда ток через тело человека и напряжение прикосновения будут

Таким образом, при прикосновении к одной из фаз трехфазной сети с изолированной нейтралью в аварийном режиме работы сети человек оказывается под напряжением, величина которого зависит от сопротивления в месте замыкания. Если учесть, что, как правило, сопротивление rзм << Rh, напряжение, под которым оказывается человек, прикоснувшийся в аварийный период к исправному фазному проводу, близко к линейному напряжению сети, а ток, проходящий через тело человека, ограничивается только его сопротивлением Rh.

В режиме косвенного прикосновения человека к заземленному через сопротивление заземления rз корпусу электроустановки, на который произошло замыкание одной из фаз сети, человек шунтируется сопротивлением заземления rз. Схема прикосновения человека к заземленному корпусу в сети с изолированной нейтралью представлена на рис. 19.

Как видно из схемы прикосновения, ток, проходящий через тело человека, зависит от величин активного и емкостного сопротивлений проводов относительно земли, а также от величины сопротивления заземления rз, с уменьшением которого уменьшается и величина тока Ih.

47

ГЛАВА 2 ЯВЛЕНИЯ ПРИ СТЕКАНИИ ТОКА В ЗЕМЛЮ

Стекание тока в землю происходит только через проводник, находящийся с ней в непосредственном контакте: случайном или преднамеренном.

При этом одиночный проводник или группа соединенных между собой проводников, находящихся в преднамеренном контакте с землей, называется соответственно одиночным заземлителем или

заземлителем.

Причинами стекания тока в землю являются: замыкание токоведущей части на заземленный корпус электрического оборудования; падение провода на землю; использование земли в качестве провода и т.п. Во всех этих случаях происходит резкое снижение потенциала (т.е. напряжения относительно земли) φз, В, заземлившейся токоведущей части до значения

где Iз – ток, стекающий в землю, А; Rз – сопротивление, которое этот ток встречает на своем пути, Ом.

Стекание тока в землю сопровождается возникновением некоторых потенциалов на заземлителе, в земле вокруг заземлителя, а следовательно, и на поверхности земли.

Определим, от чего зависят значения этих потенциалов, как они изменяются при изменениях расстояния до заземлителя, т.е. получим уравнение потенциальной кривой.

2.1.Стекание тока в землю через одиночный заземлитель

2.1.1.Шаровой заземлитель в земле на большой глубине

Пусть имеется шаровой заземлитель радиусом r, м, погруженный в землю на бесконечно большую глубину (т.е. можно пренебречь влиянием поверхности земли). Через этот шар в землю стекает ток Iз, А, который подается к заземлителю с помощью изолирован-

49

ного проводника (рис. 20). Запишем уравнение для потенциала φ, В, в некоторой точке объема земли С, отстоящей от центра заземлителя на расстоянии х, м, или, иначе говоря, уравнение потенциальной кривой:

Потенциал φ = 0 будет иметь точка, находящаяся от заземлителя на расстоянии х = ∞. Практически область нулевого потенциала начинается на расстоянии примерно 20 м от заземлителя. Потенциал точек на поверхности земли в данном случае равен нулю (так как х = ∞).

Максимальный потенциал будет при наименьшем значении х, равном радиусу заземлителя, т.е. непосредственно на заземлителе (потенциал шарового заземлителя):

Рис. 20. Шаровой заземлитель, погруженный в землю на большую глубину

50