Монтаж и эксплуатация электрических сетей

Анализ опасности прикосновения к токоведущим частям

Проведем анализ опасности прикосновения человека к токоведущим частям в трехфазных электрических сетях для различных условий их работы.

Изобразим схематически прикосновение человека к одной из фаз трехфазной четырехпроводной сети

Обобщенная схема замещения прикосновения человека будет выглядеть следующим образом

где U_А, U_В, U_С – фазные напряжения сети; Y_А, Y_B, Y_C, Y_N – проводимость фазных и нулевого проводов относительно земли; Y_Н – проводимость нейтрали источника питания относительно земли; Y_h – проводимость тока через тело человека.

Представим схему замещения в следующем виде

Воспользовавшись известными методами расчета электрических цепей, определим выражение для тока, проходящего через тело человека.

В общем случае, ток, проходящий через тело человека, будет определяться по формуле

где: a – фазный оператор трехфазной системы, учитывающий сдвиг фаз.

Рассмотрим прикосновение человека к фазе наиболее распространенных типов трехфазных сетей: четырехпроводной с глухозаземленной нейтралью и трехпроводной с изолированной нейтралью.

Трехфазная четырехпроводная сеть с глухозаземленной нейтралью

В соответствии с ПУЭ сопротивление заземления нейтрали не должно превышать 10 Ом.

В нормальном режиме проводимости фазных и нулевого проводов относительно земли по сравнению с Y_Н имеют малые значения и с некоторым допущением могут быть приравнены к нулю, т. е.

В этом случае уравнение (1) значительно упростится

В действующей форме ток, проходящий через тело человека, будет определяться по формуле

где R_Н – сопротивление заземления нейтрали; R_h – сопротивление тела человека.

Без большой ошибки в выражении (2) можно пренебречь значением R_Н (так как оно на много меньше R_h), и считать, что при прикосновении к одной из фаз трехфазной четырехпроводной сети с глухозаземленной нейтралью человек оказывается практически под фазным напряжением U_Ф, а ток, проходящий через него, равен частному от деления U_Ф на R_h.

Из уравнения (2) вытекает еще один вывод – ток, проходящий через человека, прикоснувшегося к фазе трехфазной сети с заземленной нейтралью в период нормальной ее работы, практически не зависит от сопротивления изоляции и емкости проводов относительно земли, если сохраняется условие, что полные проводимости проводов относительно земли весьма малы, по сравнению с проводимостью заземления нейтрали.

Этот вывод иллюстрируется кривыми 1 и 2 на рисунке 5.

В аварийном режиме, когда одна из фаз сети, например фаза С, замкнута на землю через относительно малое активное сопротивление R_З, схема прикосновения человека к фазе А будет выглядеть следующим образом

а уравнение (1) примет следующий вид

Здесь мы также приняли, что Y_А, Y_В, Y_С и Y_N малы по сравнению с другими проводимостями схемы замещения, и приравняли их нулю.

В действующей форме ток, проходящий через тело человека, будет определяться по формуле

где R_З – сопротивление фазы на землю при замыкании.

Рассмотрим два характерных случая.

1. Если принять, что сопротивление замыкания провода на землю RЗ равно нулю, то уравнение (3) примет вид:

Следовательно, в данном случае человек окажется под воздействием линейного напряжения сети.

2. Если принять равным нулю сопротивление заземления нейтрали R_Н, то

т.е. напряжение, под которым окажется человек, будет равно фазному напряжению.

Однако в практических условиях сопротивления R_З и R_Н всегда больше нуля, поэтому напряжение, под которым оказывается человек, прикоснувшийся в аварийный период к исправному фазному проводу трехфазной сети с заземленной нейтралью, всегда меньше линейного, но больше фазного.

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

Трехфазная трехпроводная сеть с изолированной нейтралью

При нормальном режиме работы рассматриваемой сети ток I_h в период прикосновения человека к одной из фаз, например фазе А (рис. 8), определяется уравнением (1), в котором надо принять Y_Н = Y_N = 0.

В результате получим следующее выражение для тока протекающего через тело человека

При равенстве сопротивлений изоляции и емкостей проводов относительно земли, т. е. при Y_А = Y_В = Y_С = Y выражение (4) будет иметь вид

где Z – полное сопротивление фазных проводов относительно земли.

Если пренебречь емкостью фазных проводов, что может иметь место в коротких сетях воздушных линий электропередачи, то действующее значение тока через человека будет определяться по выражению

где R – активное сопротивление изоляции фаз относительно земли.

Анализ выражения (5) показывает, что в сетях с изолированной нейтралью опасность для человека, прикоснувшегося к одному из фазных проводов в период нормальной работы сети, зависит от сопротивления проводов относительно земли, с увеличением сопротивления опасность уменьшается.

Если сравнить выражение (5) с выражением (2), то можно увидеть, что прикосновение к фазному проводу в сети с изолированной нейтралью менее опасно, чем в сети с глухозаземленной нейтралью для нормального режима работы сетей. Этот вывод иллюстрируется кривыми на рисунке 5.

При аварийном режиме работы сети (рис. 10), когда возникло замыкание фазы (например, фазы С) на землю через малое активное сопротивление R_З, проводимости двух других фаз можно принять равными нулю. Тогда, подставив в уравнение (1) Y_С = Y_З, Y_A = Y_B = 0, получим ток, протекающий через человека

Произведя соответствующие преобразования и имея в виду, что

получим выражение для тока в действительной форме,

В действительных условиях R_З всегда больше нуля, поэтому напряжение, под которым окажется человек, прикоснувшийся в аварийный период к исправной фазе трехфазной сети с изолированной нейтралью, будет значительно больше фазного и несколько меньше линейного напряжения сети.

Таким образом, этот случай прикосновения во много раз опаснее прикосновения к той же фазе сети при нормальном режиме работы. Если сравнить выражения (3) и (6), то можно сделать вывод, что прикосновение к исправной фазе сети с изолированной нейтралью в аварийном режиме является также более опасным, чем прикосновение к здоровой фазе трехфазной сети с заземленной нейтралью в аварийном режиме, при условии, что R_Н мало по сравнению с R_З.

[Назад]      [Далее]