Методы защиты от напряжений прикосновения и шага

Для снижения опасности поражения человека от напряжения прикосновения в производственных помещениях заземлители должны устанавливаться возможно ближе к электрическим установкам с учетом расположения рабочих мест.

В производственных помещениях для снижения опасности поражения от напряжения прикосновения и от напряжения шага одновременно применяется техническая мера защиты - выравнивание потенциала основания. Для чего используется контурное заземление с установкой групповых заземлителей в виде сетки. Вертикальные заземлители располагаются на расстоянии друг от друга равном или меньшем их длины, т.е. S <= L. Схема расположения групповых заземлителей представлена на рис. 7.12.

U_ш ~ 0 U_ПР~ 0 ЭУ

jОС ~ const

jГР jГР

3 L 3

1 1 1

S S S

2 2

Рис. 7.12. Контурное заземление с групповыми заземлителями.

1 - естественные потенциальные кривые.

2 - металлические шины.

3 - пологие потенциальные кривые.

При замыкании фазы на корпус ЭУ, соединенной с групповыми заземлителями, происходит растекание тока от них по взаимно пересекаемым потенциальным кривым 1 ( см. рис 7.12), потенциалы от которых, складываясь, образуют суммарный групповой потенциал jГР.. В результате на поверхности помещения появляется более или менее одинаковый во всех точках потенциал основания jОС ~ const, равный потенциалу на корпусе ЭУ. Следовательно, напряжения прикосновения и шага становятся близкими к нулевым значениям, U_ш ~ 0 и U_ПР~ 0.

Чтобы уменьшить шаговое напряжение за пределами контура, вдоль проходов или проездов в грунт закладывают дополнительные металлические шины 2, как показано на рис. 7.12, благодаря чему спад потенциала происходит по более пологой кривой 3.

7.8. Анализ опасности поражения в электрических сетях

Анализ опасности поражения в электросетях практически сводится к определению величины тока, протекающего через тело человека в различных условиях, в которых может оказаться человек при эксплуатации электрических сетей и установок. Опасность поражения при этом будет зависеть от ряда внешних факторов: схемы самой сети, режима ее нейтрали, схемы включения человека в электрическую сеть, сопротивление изоляции и емкости токоведущих частей относительно земли.

7.8.1. Опасность поражения в однофазных и 2 х проводных сетях

Рассмотрим простейшую однофазную 2 ^х проводную сеть, изолированную от земли, у которой емкость проводников относительно земли можно принять равной нулю ( рис. 7.13). Такой может быть воздушная сеть напряжением до 1000 В небольшой протяженности до 400 м, применяемая , например для питания электрифицированного инструмента, ручных переносных ламп или сварочных трансформаторов.

- Нормальный режим работы сети.

фп фп

Ih I₁

U_Ф r₁ U_ПР Rh r₁

U_ПР

Rh нп U_Ф

r₂ r₂

а)

Ih I₂ нп

Рис. 7.13. Прикосновение человека к фазному проводнику в нормальном режиме.

а) Эквивалентная схема замещения;

r₁, r₂ - сопротивления изоляции фазного и нулевого проводников, Ом;

Ih, Rh - ток и сопротивление человека, А, Ом;

U_Ф, U_ПР - фазное и напряжение и напряжение прикосновения, В;

I₁, I₂ - токи утечки фазного и нулевого проводников.

При однофазном касании ток через человека определяется известной формулой:

U_ПР

Ih = ---------- .

Rh

Из эквивалентной схемы замещения, представленной на рис. 7.13. а, фазное напряжение можно выразить:

U_ПР

U_Ф =U_ПР + I₂ r₂ , здесь I₂ = Ih + I₁ , I₁ = ---------- .

r₁

Подставив эти значения, получим:

U_ПР U_ПР

U_Ф =U_ПР + ( -------- + ------- ) r₂ , Преобразуем далее:

Rh r₁

r₂ r₂ Rh r₁ + r₁ r₂ + Rh r₂

U_Ф =U_ПР ( 1 + -------- + ------- ) = U_ПР ( ------------------------------ )

Rh r₁ Rh r₁

Отсюда искомое напряжение прикосновения выразится:

U_Ф Rh r₁

U_ПР = ------------------------------ ,

Rh r₁ + Rh r₂ + r₁ r₂

а ток, проходящий через человека, будет равен:

U_Ф r₁

Ih = ------------------------------ , А ( 7.13)

Rh r₁ + Rh r₂ + r₁ r₂

В том случае, если сопротивления изоляции r₁ и r₂ равны между собой, т.е. r₁ = r₂ = r , формула 7.13 принимает вид:

U_Ф

Ih = ----------------- , А ( 7.14)

2 Rh + r

Анализируя формулы ( 7.13) и ( 7.14), можно сделать следующие выводы:

- чем выше сопротивление изоляции фазного и нулевого проводников, тем меньше опасность однофазного прикосновения к проводнику;

- прикосновение человека к проводнику с большим сопротивлением изоляции более опасно;

- для снижения опасности поражения следует монтировать фазные и нулевые проводники с одинаковым и возможно большим сопротивлением изоляции r.

Пример: принимаем: U_Ф =220 В, r₁ = r₂ = r^доп = 0,5 М Ом = 5*10 ⁵ Ом, Rh^расч = 1000 Ом

тогда:

220 * 10 ³

Ih = ------------------------- = 0,44 м А < 0,6 м А

2 * 10 ³ + 5 * 10 ⁵

Ток Ih = 0,44 м А меньше порогового ощутимого значения, равного 0,6 м А.

- Аварийный режим работы сети.

фп

U_Ф

Rh нп

r_ЗМ

Ih

Рис. 7. 14. Прикосновение человека к фазному проводнику в аварийном режиме.

r_ЗМ - сопротивление замыкания нулевого проводника, Ом.

В аварийном режиме при замыкании, нулевого проводника на землю ток через человека при однофазном касании, как на рис. 7. 14, определяется формулой:

U_Ф

Ih = ------------------- , А ( 7. 15)

Rh + r_ЗМ

Поскольку сопротивление r_ЗМ очень мало по сравнению с сопротивлением r₁, r₂ и Rh, то опасность поражения человека в этом случае очень высока.

Пример: принимаем: U_Ф =220 В, r_ЗМ ~ 0, Rh^расч = 1000 Ом

тогда:

220 * 10 ³

Ih = ------------------- = 220 м А

1000

Полученное значение выше величины смертельного тока равного 100 м А.

Опасность поражения человека в однофазных сетях с заземленным нулевым проводником, применяемых в сетях с релейной защитой для отключения ЭУ, зависит от величины сопротивления заземленного нулевого проводника - r_О. Ток через человека в этом случае будет равен:

U_Ф

Ih = --------------

Rh + r₀