1.1.2. Определение силы тока, протекающего через тело человека, в сети с глухозаземленной нейтралью

В сети с глухозаземленной нейтралью (рис.1.2) цепь тока, проходящего через человека, помимо сопротивлений тела человека, его обуви и пола, на котором он стоит, включает еще и сопротивление заземления нейтрали источника тока. При этом все эти сопротивления включены последовательно.

В этом случае I_чл (А) определяют по формуле:

I_чл = U_ф / (R_чл + R_об + R_п + R₀) (1.2)

где R₀ – сопротивление заземления нейтрали источника тока, Ом.

Рис.1.2. Однофазное включение человека в трехфазную сеть с глухозаземленной нейтралью: 0 – нулевой провод; R₀ – сопротивление заземления нейтрали

Рассмотрим две ситуации для сети с глухозаземленной нейтралью источника тока.

Пример 1.3

Условия аналогичны, указанным в примере 1.1: R_об = 0, R_п = 0, U_ф =220 В, R_чл = 1 кОм. Сопротивление заземления нейтрали в соответствии с Правилами устройства электроустановок R₀  10 Ом, что значительно меньше сопротивления тела человека, следовательно, величиной R₀ можно пренебречь (R₀ = 0). В этом случае величина тока I_чл (А) составит:

I_чл = 220 / (1000 + 0 + 0 + 0) = 0,22 А = 220 мА – смертельный ток

Пример 1.4

Условия аналогичны указанным в примере 1.2: R_об = 45 кОм, R_п = 100 кОм, U_ф =220 В, R_чл = 1 кОм, R₀ = 0. Величина тока I_чл (А) составит:

I_чл = 220 / (1000 + 45000 + 100000 + 0) = 0,0015 А = 1,5 мА – ощутимый ток (безопасно для человека)

В примере 1.3 ток смертельно опасен для человека, в примере 1.4 ток не опасен для человека, что показывает, какое исключительное значение имеет для безопасности работающих непроводящая ток обувь и, в особенности, изолирующий пол.

1.1.3. Выбор схемы сети

Выбор схемы сети (режима нейтрали источника тока) определяется технологическими требованиями и условиями безопасности.

По технологическим требованиям предпочтение отдается четырехпроводной сети с глухозаземленной нейтралью, т.к. в ней возможно использование двух рабочих напряжений – линейного и фазного, например 380/220В, где 380В – линейное напряжение, а 220В – фазное.

По условиям безопасности в период нормального режима работы сети более безопасна, как правило, сеть с изолированной нейтралью (примеры 1.1, 1.2), а в аварийный период – сеть с глухозаземленной нейтралью, т.к. в случае аварии (когда одна из фаз замкнута на землю) в сети с изолированной нейтралью напряжение неповрежденной фазы относительно земли может возрасти с фазного до линейного (U_л = 1,73 U_ф), в то время как в сети с глухозаземленной нейтралью повышение напряжения может быть незначительным.

1.2. Определение силы тока, проходящего через тело человека, в сетях с различным режимом нейтрали при прикосновении человека к корпусу электроустановки при наличии защитного заземления

Защитное заземление – это преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей электроустановок (чаще всего корпуса), не находящихся под напряжением в обычных условиях, но которые могут оказаться под напряжением в случае пробоя фазы на корпус или повреждения изоляции электроустановки и к которым возможно прикосновение людей (рис.1.3).

Задача защитного заземления – устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу и другим нетоковедущим металлическим частям электроустановки, оказавшимся под напряжением.

Рис.1.3. Схема защитного заземления в сети напряжением до 1000В с изолированной нейтралью: R_з – сопротивление заземляющего устройства, R_чл – сопротивление тела человека

Рис.1.4. Схема защитного заземления в сети напряжением до 1000В с глухозаземленной нейтралью

Принцип действия защитного заземления состоит в превращении «пробоя на корпус» в «пробой на землю» для уменьшения напряжения между корпусом, оказавшимся под напряжением, и землей до безопасных величин с помощью заземлителя, через который уходит большая часть тока, за счет значительно более низкого электросопротивления (по ГОСТ R_з = 4-10 Ом) по сравнению с сопротивлением тела человека (R_чл = 1000 Ом).

Если корпус электрооборудования не заземлен и оказался в контакте с фазой, то прикосновение к нему равносильно прикосновению к фазе. В этом случае ток, проходящий через тело человека (при малом сопротивлении обуви, пола и изоляции проводов относительно земли) может достигать опасных значений.

Если корпус электроустановки заземлен, то ток I_чл (А), проходящий через тело человека (при R_об = R_п = 0), можно определить по формулам

сеть с изолированной нейтралью (рис.1.3):

I_чл = 3 U_ф R_з / R_чл R_i (1.3)

сеть с глухозаземленной нейтралью (рис.1.4):

I_чл = U_ф R_з / R_чл (R₀ + R_з) (1.4)

где R_з – сопротивление заземляющего устройства, Ом.

Рассмотрим две ситуации для сети, обеспеченной защитным заземлением.

Пример 1.5

Исходные данные: U_ф =220В, R_чл = 1 кОм, R_i = 90 кОм, R_з = 4 и 400 Ом. Величина тока I_чл (А) составит:

I_чл = 3*220*4 / 1000*90000 = 2,9*10^-5 А = 0,03 мА – неощутимый ток (безопасно для человека)

I_чл = 3*220*400 / 1000*90000 = 2,9*10^-3 А = 2,9 мА – ощутимый ток (безопасно для человека)

Пример 1.6

Исходные данные: U_ф =220В, R_чл = 1 кОм, R_i = 90 кОм, R_з = 4 и 400 Ом, R₀ = 10 Ом. Величина тока I_чл (А) составит:

I_чл = 220*4 / 1000 (10 + 4) = 0,063 А = 63 мА – неотпускающий ток

I_чл = 220*400 / 1000 (10 + 400) = 0,215 А = 215 мА – смертельный ток

Из примеров 1.5 и 1.6 видно, что защитное заземление применять целесообразнее в сетях с изолированной нейтралью, т.к. величина тока, проходящего через тело человека, безопасна при любых R_з, а в сети с глухозаземленной нейтралью – ток I_чл всегда опасен.