Исследование условий электробезопасности в сети с изолированной нейтралью

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА             
И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
Кафедра охраны труда
Н.   Н. СКОЛОТНЕВ, М. П. ФИЛИППЕНКО
ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ В СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ

Методические указания к учебно-исследовательской лабораторной работе № 14
по дисциплине «ОХРАНА ТРУДА»

Цель работы — изучить влияние параметров сети с изолированной нейтралью на условия электробезопасности, а также ознакомиться с мерами по предупреждению поражения человека электрическим током в аварийном режиме работы электроустановки.

1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1. Критерии электробезопасности. Вследствие случайного прикосновения человека к токоведущим частям или повреждения электроустановки возможно протекание электрического тока по телу человека, что может явиться причиной электротравмы. Электрический ток, в зависимости от его величины, протекая по телу человека, вызывает различные ответные реакции организма. В соответствии с ними установлена следующая классификация токов:

ощутимый;
неотпускающий;
фибрилляционный.
Пороговым значением, соответствующим определенным ответным реакциям, принято считать наименьшее значение этого тока, величины которых имеют случайный характер. На рис. 1, 2 и 3 представлены функции распределения пороговых токов.
В общем случае характер воздействия и исход поражения зависят от величины тока, пути протекания, длительности воздействия, рода тока, частоты и других факторов.
Для пути протекания тока «рука—рука» установлены следующие значения допустимых токов и напряжений прикосновения для электроустановок переменного тока частотой 50 Гц:
неощутимый ток и напряжение прикосновения при продолжительности воздействия не более 10 мин — 0,6 мА, 4 В;

Рис. 1. Функция распределения ощутимых токов

Рис. 3. Функция распределения пороговых фибрилляционных токов при t = 0,1 с

Рис. 2. Функция распределения неотпускающих токов
отпускающий ток и напряжение прикосновения при продолжительности воздействия до 30 с — 6 мА, 36 В;
нефибрилляционный ток и напряжение прикосновения в зависимости от продолжительности воздействия до 1с. (табл. 1).

Значения нефибрилляционных токов и напряжений прикосновения в зависимости от продолжительности воздействия

Таким образом, при оценке опасности поражения обслуживающего персонала и разработке соответствующих защитных мероприятий необходимо знать величину тока и длительность его протекания.
1.2. Однофазное прикосновение человека к трехфазной сети с изолированной нейтралью. При однофазном прикосновении ток через тело человека может протекать только при наличии проводимости между фазами сети и землей. Во-первых, в силу несовершенства изоляции между фазами и землей имеет место активная проводимость g. Если на единицу длины исправной линии активная проводимость равна g0, то при длине линии I активная проводимость одного провода относительно земли будет равна g = g0l. Во-вторых, существует реактивная проводимость фаз, обусловленная емкостью проводов относительно земли, величина которой на единицу длины составляет С0. Тогда при длине линии l реактивная проводимость фазы относительно земли будет равна 6С =

В табл. 2 представлены удельные значения проводимости и емкости линии в зависимости от вида и исполнения сети.
Таким образом, ток, протекающий через тело человека, будет зависеть от состояния изоляции проводов и протяженности сети.
Если обозначить через— общую проводимость «i ». фазы относительно земли, то величину тока через тело человека, коснувшегося фазы 1 (рис. 4), можно найти
(1)

Рис. 4. Схема однофазного прикосновения человека в сети с изолированной нейтралью
где U — фазное напряжение сети, В;
а — фазный множитель, равный е'120°; g4 — проводимость тела человека, См.
Таблица 2
Удельные составляющие активной и емкостной проводимостей электропроводок1

1 Значения пунктов 1—3 даны по И. Д. Равиковичу [3].
Учитывая, что протяженность фаз трехфазной сети практически одинакова, можно принять С\ = С2 = Сз = С, тогда величина тока, проходимого через тело человека (его модуль), выразится
(2)
В случае воздушной линии незначительной протяженности емкостью сети можно пренебречь (C1= С2 = С3 — 0), тогда
(3)
При равенстве сопротивлений изоляции выражение (3) примет вид
(4)
Из данного выражения можно найти критическое значение сопротивления изоляции RH3 = RKV , при котором ток через тело человека достигает предельно-допустимого значения
(5)
где U(В),Iч(мА) и R(кОм).
В случае идеальной изоляции gx = g2 = g3 = 0 и наличии емкости величина тока, проходящего через тело человека, составит
(6)
Тогда, принимая U ((В), Rч (кОм) и Iч (мА), для частоты I = 50 Гц получим значение емкости С (мкФ), соответствующей заданному току через человека

Рассматривая реальную линию с конечными значениями активной и емкостной проводимостями и когда gi=gi—g3=
(8)
Если в выражение (8) подставить I (мА), V (В), R (кОм), С (мкФ), то для I = 50 Гц оно приводится к виду
(9)
Из представленных выражений тока через тело человека, коснувшегося токоведущих частей электроустановки, видно, что тяжесть электротравмы определяется параметрами сети — напряжением, сопротивлением изоляции и емкостью сети относительно земли.
1.3. Защитное заземление. Металлические части электрических установок, нормально изолированные от токоведущих частей, при повреждении изоляции оказываются под напряжением относительно «земли». В этих аварийных условиях прикосновение человека к нетоковедущим частям установок (рис. 5) равноценно прикосновению к токоведущим частям (I3 ==Iч) и исход электротравмы в сетях с изолированной нейтралью определяется параметрами сети.

Рис. 5. Схема прикосновения человека к заземленному корпусу электроустановки
Для защиты человека при переходе напряжения на нетоковедущие части установок применяют защитное заземление.
Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Защитное заземление осуществляется с помощью специальных заземляющих устройств (ЗУ).
Назначение ЗУ заключается в том, чтобы создать между корпусом и землей соединение с достаточно малым сопротивлением. Согласно ПУЭ в электроустановках напряжением до 1000 В сопротивление ЗУ Ray не должно превышать 4 Ом. При мощности источника 100 кВА и менее сопротивление ЗУ может быть увеличено до 10 Ом.
В электроустановках напряжением выше 1000 В сопротивление ЗУ нормируется в зависимости от величины однофазного тока замыкания на землю I3. При токах 13 > 500 А,
, но не более 10 Ом.
Так как сопротивление человека значительно больше сопротивления ЗУ и включено параллельно ему, то можно считать, что I3 = 13' (см. рис. 5), а ток, проходящий через тело человека, определять по формуле
(10)
Ток замыкания находят по выражениям (2) — (4), (6), (8), (9), в которых вместо величины сопротивления тела человека фигурирует сопротивление ЗУ.