Анализ опасности воздействия напряжения шага

 

В случае замыкания фазы на землю (обрыв и падение фазного провода на землю, замыкание фазы на корпус заземленного оборудования и т.д.) (рис. 5) происходит растекание тока в земле (грунте).

 

 

Рис. 5. Схема включения человека под напряжением шага

 

На поверхности земли появляется электрический потенциал φ_(х) величина которого зависит от величины тока замыкания на землю I ₃, удельного сопротивления грунта ρ₃ в зоне растекания тока и расстояния от точки замыкания х.

В зоне растекания тока человек может оказаться под разностью потенциалов, например на расстоянии шага.

Напряжение шага – это напряжение между двумя точками на поверхности земли на расстоянии 1 м одна от другой, которое принимается равным длине шага человека.

 

U _ш = φ (х) – φ (х + 1)

 

Меры электробезопасности

Меры защиты от поражения электрическим током:

1. организационные – инструктаж по ТБ, правильная организация рабочего места, применение средств индивидуальной защиты, сигнализация и др.;

2. организационно-технические - изоляция и ограждение токоведу-щих частей электрооборудования, применение блокировок, безопасных режимов работы сети, защитная изоляция и др.;

3. технические меры защиты разделяют на 2 группы:

- к первой относят сверхнизкие (малые) напряжения, контроль изоляции, усиленную изоляцию, двойную изоляцию, защитное заземление и др. Эти меры обеспечивают защиту человека от поражения током путем снижения напряжения прикосновения или уменьшения тока, проходящего через тело при однофазном прикосновении до безопасных значений;

- ко второй относят зануление и защитное отключение, защищающие человека при попадании его под напряжение путем быстрого отключения электрического тока.

Сверхнизкое (малое) напряжение (СНН) - напряжение, не превышающее 50 В переменного и 120 В постоянного тока. Сверхнизкие напряжения переменного тока получают с помощью понижающих трансформаторов.

В некоторых установках применяют напряжения еще более низкие, например в медицинской технике, при водолазных работах – 12 В, в детских игрушках – до 6 В.

Контроль изоляции осуществляется: периодически измерением ее сопротивления мегаомметром. Измерение сопротивления изоляции под рабочим напряжением осуществляется с помощью прибора контроля изоляции (ПКИ).

В ПУЭ VII издания 2002 года даются следующие определения:

- основная изоляция – изоляция токоведущих частей, обеспечивающая, в том числе защиту от прямого прикосновения;

- дополнительная изоляция – независимая изоляция в электроуста-новках до 1 кВ, выполняемая дополнительно к основной изоляции для защиты при косвенном прикосновении;

- двойная изоляция является надежным и перспективным средством защиты человека от поражения электрическим током. Электрическое оборудование, изготовленное с двойной изоляцией, маркируется знаком;

- усиленная изоляция - изоляция, обеспечивающая степень защиты от поражения электрическим током, равноценную двойной изоляции.

 

 

ЛЕКЦИЯ 11.

 

ЗАЩИТНОЕ ЗАЗЕМЛЕНИЕ

 

Защитное заземление – это преднамеренное электрическое соединение электроустановки с заземляющим устройством в целях электробезопасности (например, металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением при замыкании фазы на корпус при повреждении изоляции). Его применяют в сетях с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В и в сетях выше 1000 В независимо от режима нейтрали. Суть заземления заключается в том, что все металлические корпуса и конструкции, на которых может появиться напряжение присоединяют к земле через малое сопротивление заземления R ₃ (R ₃ много меньше R _h) Оно во много раз меньше сопротивления человека R _h (рис. 1).

 

Рис. 1. Схема защитного заземления

 

В случае замыкания на корпус практически весь ток замыкается на землю через заземлитель. Напряжение корпуса относительно земли U _к = I ₃× R ₃, где I ₃ – ток замыкания на землю:

 

 

Напряжение прикосновения в более неблагоприятном случае будет U _пр ≈ U _к, тогда

 

,

 

отсюда следует, что через человека будет тем меньше, чем меньше R ₃ и чем больше R _h и Z.

Согласно ПУЭ сопротивление заземления в электрических установках напряжением до 1000 В не должно превышать 4 Ом. При мощности подстанции до 100 кВ допускается R ₃ ≤ 10 Ом.

Заземлители бывают искусственные - специально выполненные для цели заземления (металлические стержни, уголки, трубки, полосы) и естественные – сторонняя проводящая часть, находящаяся в электрическом контакте с землей (металлоконструкции зданий и сооружений, железобетонные фундаменты, некоторые коммуникации, например, металлические трубы водопровода и т.д.) Не следует использовать в качестве естественных заземлителей трубопроводы горючих жидкостей, канализацию и центральное отопление.

По способу расположения относительно заземленного оборудования различают заземлители выносные – корпуса не находятся в зоне растекания тока; контурные – выполняются по периметру и внутри защищаемой территории, а также сосредоточенные.

Оценка эффективности действия защитного заземления производится сравнением значений тока I _h, вычисленных без учета заземления и с учетом заземления.

Задание 1.

Дано: U _ф = 220 В, R _h = 1000 Ом, R ₃ = 3 Ом, R _ф = 3000 Ом.

Определить: эффективность защитного заземления в трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью

Решение.

Без заземления:

 

мА.

 

 

С заземлением:

мА,

 

U _к = 0,22·3 = 0,66 В, I_h = 0,66/1000 = 0,66 мА.

 

Вывод: защитное заземление эффективно.

Исследуем эффективность защитного заземления в трехфазной четырехпроводной сети с глухозаземленной нейтралью по схеме (рис. 2).

 

 

Рис. 2. Схема заземления

 

R _о – сопротивление заземлителя нейтрали;

R ₃ – сопротивление заземлителя электрической установки;

U _к – напряжение корпуса электрической установки относительно земли.

Из схемы видно, что в случае замыкания фазы на корпус электрической установки ток замыкания I ₃ последовательно проходит через сопротивление R ₃ и R _о и определяется выражением:

 

,

 

U _k = I ₃· R ₃ R _o ≈ R ₃, тогда

 

, ,

 

Задание 2.

Дано: U _ф = 220 В; R _h = 1000 Ом; R _о = 3,3 Ом; R ₃ = 4 Ом; R _ф = 3 кОм.

Определить: эффективность защитного заземления в трехфазной четырехпроводной сети с глухозаземленной нейтралью

Решение.

Без заземления:

 

 

С заземлением:

 

; U _к = 30×4 = 120 В,

 

,

 

Вывод: защитное заземление неэффективно, т.к. I _h - смертельно опасен для человека.

Основной мерой защиты от замыкания на корпус в электрических сетях напряжением до 1000 кВ с глухозаземленной нейтралью является зануление.

Зануление

Защитное зануление – преднамеренное соединение открытых проводящих частей с глухозаземленной нейтралью трансформатора или генератора, выполняемое в целях электробезопасности. Зануление является основной мерой защиты замыкания на корпус в электрических сетях напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью.

Принцип работы зануления заключается в превращении замыкания на корпус в короткое замыкания фазы через корпус и нулевой провод (рис. 3).

 

 

Рис. 3. Схема зануления

 

Ток короткого замыкания вызывает срабатывание защиты и отключение поврежденной установки. Для защиты от коротких замыканий применяют автоматические выключатели и плавкие предохранители. При замыкании на зануленный корпус ток короткого замыкания проходит через следующие участки цепи: обмотки трансформатора, фазный провод и нулевой провод, следовательно:

 

,

 

Если сопротивление Z _т/3 + Z _ф + Z _PEN = 0,2 Ом (в сетях напряжением 380/220 В оно обычно меньше), то:

 

.

 

Условием срабатывания токовой защиты является выполнение условия: I _к ≥ 3 I _пл.в.. Так как это условие выполняется (I _пл.в ≈ 40 – 250 А) защита эффективна.

А напряжение на корпусе относительно земли U ₃, как и на всем участке за точкой «б» определяется выражением U ₃ = U _к = I _к× Z _PEN, где Z _PEN - полное сопротивление нулевого защитного провода (НЗП) на участке «а - б».

На участке «а - б» НЗП напряжение U ₃ изменяется от 0 до U _к линейно. Напряжение нейтральной точки «а» источника относительно земли в этом случае равно нулю (U _о = 0), так как длина НЗП в точке «а» равно 0, т.е. и Z_PEN в точке «а» равно 0.

Задание 3.

Дано: R _h = 1000 Ом, R _о = 3 Ом, Z _т = 0,312 Ом; R _ф = 19 мОм; R _PEN = 17 мОм, U _ф = 220 В.

Определить: I _h -?

Решение.

 

,

U _к = 1700×0,017 = 28,9 В; I_h = 28,9/1000 = 28,9 мА.

 

Вывод: ПДУ I _h = 50 мА при 1 сек, I _h = 28,9 мА > 1 сек, значит время для срабатывания защиты достаточно. Как видно из примера, до срабатывания максимальной токовой защиты ток короткого замыкания вызывает перераспределение напряжений в сети и, как следствие, снижение напряжения поврежденного корпуса относительно земли. Таким образом, зануление обеспечивает защиту от поражения электрическим током при замыкании на корпус за счет ограничения времени прохождения тока через тело человека и снижении напряжения прикосновения.