Тема: Исследование опасности поражения электрическим током в трехфазных сетях переменного тока напряжением 380 В.
Цель работы: исследовать влияние режима нейтрали, параметров сетей (сопротивления изоляции и емкости проводов относительно земли), режима работы сети (нормальный и аварийный) на исход поражения током при прикосновении к какой-либо фазе.
Основные понятия.
Схемы включения человека в цепь тока могут быть различными. Однако, наиболее характерными являются две схемы включения: между двумя фазами и между фазой и землей. Применительно к наиболее распространенным трехфазным сетям первую схему принято называть двухфазным включением, а вторую – однофазным.
Двухфазное включение, как правило, более опасно, поскольку к телу человека прикладывается наибольшее в данной сети напряжение – линейное, а ток через человека, оказываясь независимым от схемы сети, режима нейтрали и других факторов, имеет наибольшее значение:
,
где Uл = Uф - линейное напряжение, т. е. напряжение между фзными проводами сети, В, Uф – фазное напряжение, т. е. напряжение между началом и концом одной обмотки питающего сеть трансформатора (генератора) или между фазным и нулевым проводами сети.
а) б) в)
Рис. 1 Случаи включения человека в цепь тока:
а) - двухфазное включение; б) и в) – однофазное включение
Однофазное включение является, как правило, менее опасным, чем двухфазное, поскольку ток через человека ограничивается влиянием многих факторов. Однако, однофазное включение возникает значительно чаще и является основной схемой, вызывающей поражение людей током в сетях любого напряжения.
В трехфазной сети с изолированной нейтралью силу тока Ih, проходящего через тело человека при прикосновении к одной их фаз сети в период ее нормальной работы определяют выражением:
,
где с – емкость провода относительно земли, Ф;
w – угловая частота, с-1.
Рис. 2 Прикосновение человека к проводу трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью при нормальном режиме работы.
При равенстве сопротивлений и отсутствии емкостей, т. е. при
RA= RB= RC= R; CA= CB= CC=0, что может иметь место в коротких воздушных сетях, будем иметь:
При равенстве емкостей и больших активных сопротивлениях по сравнению с емкостными, т. е. при RA= RB= RC= ∞; CA= CB= CC=С, что может быть в кабельных сетях, будем иметь:
,
где Хс = 1/WC – емкостное сопротивление, Ом.
Во всех случаях напряжение прикосновения определяется выражением:
При аварийном режиме, когда имеет место замыкание фазы на землю через малое активное сопротивление rзм, получим
Напряжение прикосновения будет:
Рис. 3 Прикосновение человека к проводу трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью при аварийном режиме.
В трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью проводимость изоляции и емкостная проводимость проводов относительно земли весьма малы по сравнению с проводимостью заземления нейтрали.
При нормальном режиме работы сети сила тока Ih, проходящего через тело человека, при прикосновении к одной из фаз определяется выражением:
,
где Rз – сопротивление заземления нейтрали, Ом.
Напряжение прикосновения в этом случае:
В трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью проводимость изоляции и емкостная проводимость проводов относительно земли весьма малы по сравнению с проводимостью заземления нейтрали, поэтому их с некоторым допущением можно приравнять к нулю.
При нормальном режиме работы сети (рис. 4) сила тока Ih, проходящего через тело человека, при прикосновении к одной из фаз, определяется выражением:
,
где Rз - сопротивление заземления нейтрали, Ом
Рис.4 Прикосновение человека к фазному проводу трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью при нормальном режиме.
При аварийном режиме, когда одна из фаз сети, например фаза А (рис.5), замкнута на землю через относительно малое активное сопротивление rзн, сила тока, проходящая через тело человека Ih, определяется выражением:
Рис. 5 Прикосновение человека к фазному проводу трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью при аварийном режиме.
По условиям безопасности выбор одной из двух схем производится с учетом выводов, полученных при рассмотрении этих сетей: при нормальном режиме работы более безопасной является сеть с изолированной нейтралью, а в аварийный период – сеть с заземленной нейтралью.