Способы и средства электрозащиты

В соответствии с ГОСТами [2,9] в электроустановках должны быть предусмотрены меры, обеспечивающие защиту как от непосредственного прикосновения к токоведущим частям (прямого контакта), так и от косвенного прикосновения, т.е. соприкосновения с открытыми проводящими частями, которые могут оказаться под напряжением в случае повреждения.

Способы и средства можно подразделить на три вида:

а) Организационные, снижающие вероятность прикос­новения человека к токоведущим частям электроустановки: инструктаж, применение индивидуальных среде защиты, правильная организация рабочего места и режима труда, применение предупреждающих плакатов, сигнализация о включении напряжения и т.д.;

б) Организационно-технические, препятствующие появ­лению напряжения на нетоковедущих частях электро­установки: ограждение и изоляция токоведущих частей (рабочая, дополнительная, усиленная, двойная) с уст­ройством непрерывного контроля, применение блокиро­вок, переносных заземлителей, изолированных рабочих мест, обеспечение безопасных режимов работы сети;

в) Технические, обеспечивающие защиту человека, при попадании под напряжение:

-компенсация емкостных токов утечки;

-защитное заземление;

-зануление;

-защитное отключение с самоконтролем;

-выравнивание потенциалов;

-применение малого напряжения (42В);

-электрическое разделение сетей;

-защита от перехода высокого напряжения на сторону низкого напряжения;

-защита от замыканий на землю.

Эти способы и средства применяют отдельно или в сочетании в зависимости от напряжения сети, рода то­ка, режима нейтрали трансформатора, возможных условий включения человека в цепь тока (двухфазное, однофаз­ное прикосновение к голым проводам или частях, ока­завшимся под напряжением, попадание под напряжение в зоне растекания тока и др.)

 

 

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 трехфазныесети, 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 источниканазывают 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 прикосновениев сети с заземленной нейтралью. Схема такого включения показана на рис.4.

Если не учитывать сопротивление пола (напр., пол металлический, Rà0) 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 прикоснове­ниев 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=w*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

С учетом того, что

 

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

 

В действительной форме ток будет равен:

 

Рассмотрим частные случаи прикосновения к сети: а) В электропроводках небольшой протяженности емкость проводов относительно земли мала С_изà0. 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

 

Рис.8. Зависимость тока I_h от сопротивления R_из

б) Воздушные протяженные сети, кабельные линии даже при хорошей изоляции (R_из à ¥ ) 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