 |
Анализ опасности поражения током в электрических сетях.
|
|
|
|
Лабораторная работа №2
ОЦЕНКА ОПАСНОСТИ ПОРАЖЕНИЯ ТОКОМ В ТРЕХФАЗНЫХ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1000 В.
Цель работы
Оценить опасность прикосновения человека к токоведущим частям трехфазных сетей напряжением до 1000 В.
Изучить влияние параметров сетей (режима нейтрали, сопротивлений изоляции и ёмкости фазных проводников относительно земли) на опасность поражения человека электрическим током.
Содержание работы
1. Оценить опасность прямого прикосновения человека к токоведущим частям трехфазных сетей напряжением до 1000 В с изолированной и глухозаземленной нейтралями при различных сопротивлениях изоляции и ёмкостях, фазных проводников относительно земли. Провести сравнение опасности для двух режимов работы сетей – нормального и аварийного (т.е. при замыкании на землю одного из фазных проводников сети через малое активное сопротивление).
2. При нормальном режиме работы сетей определить ток, проходящий через человека при прикосновении к фазному проводнику в зависимости от:
а) сопротивлений изоляции фазных проводников симметричной сети (когда сопротивления изоляции и емкости фазных проводников относительно земли одинаковы) при постоянной емкости этих проводников относительно земли,
б) ёмкостей фазных проводников симметричной сети относительно земли при постоянном сопротивлении изоляции этих проводников относительно земли.
Анализ опасности поражения током в электрических сетях.
Согласно Правилам устройства электроустановок [2] прямое прикосновение – электрический контакт людей или животных с токоведущими частями, находящимися под напряжением.
|
|
|
Токоведущая часть – проводящая часть электроустановки, находящаяся в процессе ее работы под рабочим напряжением, в том числе нулевой рабочий проводник (но не PEN-проводник) [2].
Тяжесть поражения человека электрическим током определяется напряжением прикосновения.
Напряжение прикосновения – напряжение между двумя проводящими частями или между проводящей частью и землей при одновременном прикосновении к ним человека или животного.
Ожидаемое напряжение прикосновения – напряжение между одновременно доступными прикосновению проводящими частями, когда человек или животное их не касается.
Опасность прикосновения, оцениваемая током (Ih), проходящим через тело человека, или напряжением прикосновения (Uпр), зависит от ряда факторов: схемы включения человека в электрическую цепь, напряжения сети, а также сопротивлений изоляции и емкостей фазных проводников относительно земли. В данной работе исследуется прямое прикосновение человека к фазному проводу трехфазной сети напряжением до 1000 В.
Для электроустановок напряжением до 1000 В приняты следующие обозначения:
система TN - система, в которой нейтраль источника питания глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки присоединены к глухозаземленной нейтрали источника посредством нулевых защитных проводников;
|
система TN-С - система TN, в которой нулевой защитный и нулевой рабочий проводники совмещены в одном проводнике на всем ее протяжении (рис. 2.1);
Рис. 2.1. Система TN-C переменного тока.
1 -заземлитель нейтрали (средней точки) источника питания; 2 – открытые проводящие части.
система TN-S - система TN, в которой нулевой защитный и нулевой рабочий проводники разделены на всем ее протяжении (рис. 2.2);
|
Рис. 2.2. Система TN-S переменного тока.
1 - заземлитель нейтрали источника переменного тока; 2 - открытые проводящие части.
система TN-C-S - система TN, в которой функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников совмещены в одном проводнике в какой-то ее части, начиная от источника питания (рис. 2.3);
|
|
|
Рис. 2.3. Система TN-C-S переменного тока.
1 - заземлитель нейтрали источника переменного тока; 2 - открытые проводящие части, 3 - источник питания
система IT - система, в которой нейтраль источника питания изолирована от земли или заземлена через приборы или устройства, имеющие большое сопротивление, а открытые проводящие части электроустановки заземлены (рис. 2.4);
Рис. 2.4. Система IT переменного тока.
Открытые проводящие части электроустановки заземлены. Нейтраль источника питания изолирована от земли или заземлена через большое сопротивление: 1 - сопротивление заземления нейтрали источника питания (если имеется); 2 - заземлитель; 3 - открытые проводящие части; 4 - заземляющее устройство электроустановки;
система ТТ - система, в которой нейтраль источника питания глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки заземлены при помощи заземляющего устройства, электрически независимого от глухозаземленной нейтрали источника (рис. 2.5).
Рис. 2.5. Система ТТ переменного тока.
Открытые проводящие части электроустановки заземлены при помощи заземления, электрически независимого от заземлителя нейтрали:
Первая буква - состояние нейтрали источника питания относительно земли:
Т - заземленная нейтраль;
I - изолированная нейтраль.
Вторая-буква - состояние открытых проводящих частей относительно земля:
Т - открытые проводящие части заземлены, независимо от отношения к земле нейтрали источника питания или какой-либо точки питающей сети;
N - открытые проводящее части присоединены к глухозаземленной нейтрали источника питания.
Последующие (после N) буквы - совмещение в одном проводнике или разделение функций нулевого рабочего и нулевого защитного проводников:
S - нулевой рабочий (N) и нулевой защитный (РЕ) проводники разделены;
С - функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников совмещены в одном проводнике (PEN-проводник);
N- 
- нулевой рабочий (нейтральный) проводник;
РЕ- 
- защитный проводник (заземляющий проводник, нулевой защитный проводник, защитный проводник системы уравнивания потенциалов);
|
|
|
PEN- 
- совмещенный нулевой защитный и нулевой рабочий проводники.
В данной работе рассматриваются прямое прикосновение человека к фазным проводникам сетей напряжением до 1000 В с изолированной (система IT) и глухозаземленной (система TNС) нейтралью при условии, что защитные меры от поражения электрическим током отсутствуют.
Опасность прикосновения человека к фазному проводнику сети определяется значением проходящего через него тока Ih.
В сети с изолированной нейтралью при нормальном режиме работы (рис.2.6) и при равенстве между собой сопротивлений изоляции и емкостей проводников относительно земли ток через человека, касающегося фазного проводника определяется выражением:
(2.1)
где 
– ток через человека в комплексной форме, А,
Uф - фазное напряжение, В,
Rh - сопротивление тела человека, Ом,
Z - комплексное сопротивление фазного проводника относительно земли, Ом.
Рис. 2.6. Прикосновение человека к фазному проводнику сети с
изолированной нейтралью при нормальном режиме ее работы.
Комплекс полного сопротивления Z, как величину обратную проводимости Y, можно записать в виде
, (2.2)
где r - сопротивление изоляции проводников, Ом,
C – емкость проводников относительно земли, Ф,
- угловая частота, с-1,
f – частота переменного тока, Гц.
При равенстве сопротивлений изоляции и весьма малых значениях емкостей проводников относительно земли, т. е. при r1=r2=r3=r и С1=С2=С3=0, что может иметь место в воздушных линиях небольшой протяженности ток, проходящий через человека, будет определяться как:
(2.3)
При равенстве емкостей и весьма больших сопротивлениях изоляции фазных проводников относительно земли, т. е. при r1=r2=r3=r и С1=С2=С3=C, что может иметь место в кабельных линиях, ток через человека согласно (2.1) и (2.2) определяется из выражения:
(2.4)
где 
- емкостное сопротивление, Ом.
Таким образом в сети с изолированной нейтралью опасность для человека, прикоснувшегося к одному из фазных проводов при нормальном режиме работы сети, зависит от сопротивлений и емкостей фазных проводов относительно земли (рис. 2.7).
|
|
|
Рис. 2.7. Зависимость тока через тело человека от параметров (сопротивлений изоляции и емкостей фазных проводов относительно земли) системы IT
При аварийном режиме работы сети системы IT (замыкание фазы на землю через малое активное сопротивление 
), проводимости двух других фаз можно принять равными нулю.
Если человек при этом касается исправного провода сети (рис. 2.8 а), то получим ток через тело человека:
, (2.5)
а напряжение прикосновения:
, т.к. 
. (2.6)
Рис.2.8. Прикосновение человека к фазному проводнику сети с изолированной нейтралью при аварийном режиме:
а) прикосновение к исправному проводнику,
б) прикосновение к замкнувшемуся проводнику.
Если человек прикоснулся к проводу, который замкнулся на землю (рис. 2.8 б), то:
, (2.7)
, (2.8)
(2.9)
, то 
В сети с глухозаземленной нейтралью при нормальном режиме работы (рис. 2.9а)ток, проходящий через человека равен:
(2.10)
где 
- сопротивление заземлителя нейтрали, Ом.
| 
|
Рис.2.9 Прикосновение человека к фазному проводнику четырех проводной сети
с глухозаземленной нейтралью:
а) нормальный режим, б) аварийный режим
Согласно требованиям Правил устройства электроустановок (ПУЭ) для сети 380/220 В наибольшее значение составляет 4 Ом, сопротивление же тела человека Rh не опускается ниже нескольких сотен Ом. Следовательно, без большой ошибки в (2.7) можно пренебречь значением .
Из выражений (2.1) и (2.10) следует, что прикосновение к фазному проводнику сети с глухозаземленной нейтралью в нормальном режиме работы опаснее, чем прикосновение к проводнику сети с изолированной нейтралью, т.к. человек в этом случае попадает практически под фазное напряжение независимо от значений сопротивления изоляции и емкости проводников относительно земли.
Сеть с глухозаземленной нейтралью – аварийный режим.
Если человек касается замкнувшегося на землю (L1) проводника (рис. 2.9,б), то ток через него намного меньше и определяется напряжением:
, (2.11)
где: 
, (2.12)
(2.13)
Тогда напряжение нулевой точки сети относительно нейтрали и нулевого проводника
, (2.14)
При аварийном режиме, когда один из фазных проводов сети (например, провод L1 (рис. 2.9 б), замкнут на землю через относительно малое активное сопротивление Rзм, а человек прикасается к исправному фазному проводу (например, L3), напряжение прикосновения в действительной форме имеет вид
. (2.15)
Учитывая, что
, (2.16)
При этом ток, проходящий через тело человека, будет определяться выражением:
. (2.17)
Рассмотрим два характерных случая.
Если принять, что сопротивление замыкания фазного провода на землю Rзм равно нулю, то напряжение прикосновения
|
|
|
. (2.18)
Следовательно, в данном случае человек окажется практически под воздействием линейного напряжения сети.
Если принять равным нулю сопротивления заземления нейтрали R0, то
, (2.19)
т.е. напряжение, под которым окажется человек, будет практически равно фазному напряжению.
Однако в реальных условиях сопротивления Rзм и R0 всегда больше нуля, поэтому напряжение, под которым оказывается человек, прикоснувшийся в аварийный период к исправному фазному проводу трехфазной сети с глухозаземленной нейтралью, т.е. напряжение прикосновения Uпр всегда меньше линейного, но больше фазного, то есть
. (2.20)
С учетом того, что всегда Rзм > R0, напряжение прикосновения Uпр в большинстве случаев незначительно превышает значение фазного напряжения, что менее опасно для человека, чем в аналогичной ситуации в сети типа IT.
|
|
|
12 |
