3. Анализ опасности электрических сетей с заземленной и изолированной нейтралью

Протекание тока через тело человека возможно при его включении в электрическую цепь, для чего необхо­димо прикосновение человека не менее чем к двум точ­кам цепи, .между которыми существует некоторая раз­ность потенциалов. Опасность поражения зависит от величины напряжения и условий включения.

Рассмотрим сети переменного тока. Для питания по­требителей используются однофазные и трехфазные сети, причем чаще всего трехфазные. Трехфазные сети могут быть выполнены по разным схемам, однако в нашей стра­не наибольшее применение имеют две: трехпроводная с изолированной нейтралью и четырехпроводная с заземленной нейтралью. При этом в четырехпроводных сетях заземление нейтрали источника тока (трансформатора, генератора) выполняют, соединяя с заземлителем либо непосредственно, либо через малое сопротивление (напр, через трансформатор тока).

Нейтралью источника называют среднюю точку обмот­ки, напряжение которой относительно всех внешних вы­водов обмотки одинаково по абсолютной величине. За­земленная нейтральная точка называется нулевой точкой, а проводник, присоединенный к нулевой точке, называют нулевым проводником.

Схемы включения человека в цепь тока могут быть различными, однако наиболее характерны две схемы: между двумя фазами электрической сети и между одной фазой и землей. Во втором случае подразумевается электрическая связь между сетью и землей, которая мо­жет быть обусловлена несовершенством изоляции прово­дов относительно земли, наличием емкости между прово­дами и землей, заземлением нейтрали источника. Ниже рассмотрены эти схемы включения.

Двухфазное включение (одновременное прикосновение к двум фазам) в трехфазной сети. В этом случае чело­век попадает под междуфазное напряжение, которое и определяет величину тока через человека. В наиболее распространенных электрических сетях 220/380 В, это напряжение равно 380 В.

_Uф

Рис.З. Путь тока при двухфазном прикосновении

Значение тока через тело человека при этом равно: I_h=U_л/R_h ; U_л =*U, тогда I_h=380/1000=380мА. Такой ток при времени протекания более 0,08с смертельно опасен. (см.стр.7)

Однофазное прикосновение в сети с заземленной нейтралью. Схема такого включения показана на рис.4.

Если не учитывать сопротивление пола (напр., пол металлический, R0) и сопротивление обуви (надо рассматривать наиболее тяжелый случай), то ток, про­текающий через человека в этом случае, является смер­тельно опасным при длительности около 0,2с (см.стр.7).

I_h=U_ф/R_h =220/1000=220мА

U_ф

Рис.4. Однофазное прикосновение

Третий вариант включения - однофазное прикоснове­ние в сети с изолированной нейтралью.

Ток поражения в этом случае зависит от активного и емкостного сопротивления изоляции проводов, а также сопротивления тела человека.

Из-за несовершенства изоляции всегда имеют место утечки тока через ее активную и емкостную проводимос­ти (рис.5а). Эти параметры линии являются распреде­ленными по длине и растут с ее увеличением.

Рис.5.Схемы изоляции: а-рабочая; б-эквивалентная

Эквивалентная схема замещения состоит из двух вет­вей: активное сопротивление R_из и емкостное

Фактически распределенные по длине линии сопро­тивления изоляции условно на схемах заменяют сосредо­точенными параметрами.

Переходя от сопротивления к проводимости, получим: , где

g_из= 1/R_из , а b_из=*c_из

Ток через человека, прикоснувшегося, напр., к фазе 1, стекает на землю и, далее, по распределенным проводимостям изоляции двух других фаз и по фазным проводам возвращается к трансформатору.

Рис.6 Схемы трехфазной сети с изолированной нейтралью

а) принципиальная схема; б) схема замещения Прикосновение человека к одной из фаз нарушает симметричный режим сети и вызывает так называемый перекос фаз - напряжения разных фаз относительно земли становятся неодинаковыми. На рис.7, показано как меняются вектора напряжений при прикосновении человека к 1 фазе. Значение тока I_h можно определить, напряжение этой фазы относительно земли.

Рассчитаем I_h в случае однофазного прикосновения. В симметричном режиме при Y₁=Y₂=Y₃=Y потенциал ней­трали (точка О) равен потенциалу земли (точка О^’ ), (рис.Та.) Симметрия нарушается, когда человек коснет­ся фазы (рис. 76) . В этом случае между указанными точками (двумя узлами схемы) появляется разность по­тенциалов, которую можно найти по известному методу

Двух узлов.

Рис.7. Векторная диаграмма напряжений фаз относительно земли

а - в симметричном режиме Y₁=Y₂=Y₃=Y,

б - в случае прикосновения человека к фазе 1

Напряжение между двумя точками схемы О и О’ равно

Сучетом того, что

Тогда ток, проходящий черед тело человека, можно найти следующим образом:

Вдействительной форме ток будет равен:

Рассмотрим частные случаи прикосновения к сети: а) В электропроводках небольшой протяженности емкость проводов относительно земли мала С_из0. В этом слу­чае Z_из = R_из, тогда ток I_h равен:

Очевидно, что с увеличением R_из ток через человека при прикосновении к фазному голому проводу будет уменьшаться. Эта зависимость представлена на рис.8.

, кОм

107

Рис.8. Зависимость тока I_h от сопротивления R_из

б) Воздушные протяженные сети, кабельные линии даже при хорошей изоляции (R_из   ) представляют опасность для человека из-за больших значений емкостей относи­тельно земли. Напр., удельная емкость одной фазы ка­беля в зависимости от сечения составляет от 0,15 до 0, 45 мкФ/км. Пренебрегая активной проводимостью изоляции, ток I_h можно найти по формуле:

Зависимость тока поражения от емкости фаз относительно земли представлена на рис.9.

Рис.9. Зависимость тока I_h от емкости