2.7.3. Однополюсное прикосновение человека в трехфазных сетях

2.7.3.1. Трехфазная четырехпроводная сеть с заземленной нейтралью

В такой сети проводимость изоляции и емкостная проводимость проводов относительно земли малы по сравнению с проводимостью заземленной нейтрали. Поэтому при определении силы тока, проходящего через тело человека, касающегося фазы сети, ими можно пренебречь

I_ч = U_ф / (R_ч + R_об + R_п + r₀) ,

где r₀-сопротивление заземления нейтрали равное  10 Ом,

R_об -сопротивление обуви, колеблется от 1,5-8000 кОм,

R_п -сопротивление пола (деревянный сухой-10000 кОм, смоченный водой-20 кОм; бетонный сухой-75 кОм, сырой-1,5 кОм).

Б) векторная диаграмма напряжений

Рис. 2.12.6. Прикосновение человека к фазному проводу трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью

Пример: Человек прикоснулся к фазному проводу трехфазной четырехпроводной сети 380 / 220 В с заземленной нейтралью. Определить ток I_ч , проходящий через человека?

Дано: 1) R_ч = 1000 Ом, R_об = 0, R_п = 0, r₀ = 10 Ом,

2) R_ч = 1000 Ом, R_об = 45 кОм, R_п = 100 кОм,

I_ч1= 220 / (1000 + 10) = 220 мА,

I_ч1= 220 / (1000 + 10 + 45000 + 100000) = 1,5 мА.

В первом случае ток смертельно опасен для человека, а во втором случае не опасен. Здесь важную роль играет состояние пола и обуви человека.

При аварийном режиме когда одна из фаз сети, например 3 (рис. 2.12.6 б), замкнута на землю через малое активное сопротивление r_зм напряжение прикосновения определяют из следующей формулы:

_

r_зм + r₀ 3

U_пр = U_ф R_ч  .

r_зм r₀ + R_ч r₀ + R_ч r_зм

Ток через человека равен : _

r_зм + r₀ 3

I_ч = U_ф  .

r_зм r₀ + R_ч r₀ + R_ч r_зм

Рассмотрим два характерных случая.

1. Если принять, что сопротивление замыкания провода на землю r_зм = 0, то

_

U_пр = 3 U_ф ,

следовательно человек окажется под воздействием линейного напряжения сети.

2. Если принять равным нулю сопротивление заземления нейтрали r₀ = 0, то

U_пр = U_ф .

Однако, в практических условиях сопротивления r_зм и r₀ всегда больше нуля, поэтому

_

U_ф3 > U_пр > U_ф .

Это положение иллюстрируется векторной диаграммой, приведенной на рис. 2.12.6 б).

Таким образом, прикосновение человека к исправному фазовому проводу сети с заземленной нейтралью в аварийный период более опасно, чем при нормальном режиме.

2.7.3.2. Трехфазная трехпроводная сеть с изолированной нейтралью

В трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью при прикосновении человека к одной фазе ток проходит через человека, землю, емкостное и активное сопротивление изоляции проводов сети.

Рис. 2.12.7. Прикосновение человека к проводу трехфазной сети с изолированной нейтралью

Рассмотрим опасность прикосновения к фазному проводу для следующих случаев:

1. При равенстве сопротивлений изоляции и емкостей проводов относительно земли : r₁ = r₂ = r₃ = r ; с₁ = с₂ = с₃ = с.

I_ч в действительной форме равен

а в комплексной форме

.

где z-комплекс полного сопротивления одной фазы относительно земли,

. 1

z =  .

1 / r + j c

2. При равенстве сопротивлений изоляции и отсутствии емкостей, что может иметь место в коротких воздушных сетях (с=0; r₁ = r₂ = r₃ = r)

U_ф

I_ч = .

R_ч + r / 3

3. При равенстве емкостей и весьма большом сопротивлении изоляции, что может иметь место в кабельных сетях (с₁ = с₂ = с₃ = с ; r₁ = r₂ = r₃ = )

U_ф

I_ч =  ,

 R_ч² + (х_с / 3)²

где х_с-емкостное сопротивление, равное 1/(c), Ом,

- угловая частота, рад/с.

Из выражений следует, что в сетях с изолированной нейтралью, обладающих незначительной емкостью между проводами и землей опасность для человека, прикоснувшегося к одной из фаз, зависит от сопротивления проводов относительно земли и с увеличением сопротивления проводов опасность уменьшается. Поэтому в таких сетях очень важно обеспечить высокое сопротивление изоляции и контролировать ее состояние.

Однако в сетях с большой емкостью относительно земли роль изоляции проводов в обеспечении безопасности прикосновения утрачивается.

При аварийном режиме работы сети, когда возникло замыкание одной из фаз на землю (рис. 2.12.8) через малое сопротивление r_зм , сила тока, проходящего через человека будет равна

_

3 U_ф

I_ч =  ,

R_ч + r_зм

а напряжение прикосновения

_ R_ч

U_пр = I_ч R_ч = 3 U_ф  .

R_ч + r_зм

Рис. 2.12.8. Прикосновение человека к проводу трехфазной сети с изолированной нейтралью при аварийном режиме

Если принять, что r_зм = 0 или же r_зм << R_ч , что соответствует на практике, то

_

U_пр = 3 U_ф = U_л .