книги / Основы электробезопасности. Теоретические основы условий поражения человека электрическим током

На рис. 7 приводятся обозначения нулевых проводников на электрических схемах.

N (Neutral – нейтральный) – нулевой рабочий проводник.

PE (Protective Earth – защитное заземление) – защитный проводник (заземляющий проводник, нулевой защитный проводник, защитный проводник системы уравнивания потенциалов).

PEN (Protective Earth and Neutral – защитное зазем-

ление и нейтраль) – совмещенный нулевой защитный и нулевой рабочий проводник.

Рис. 7. Обозначения нулевых проводников на электрических схемах

Первая буква в обозначении системы заземления – состояние нейтрали источника питания относительно земли:

T – (Terra – земля) заземленная нейтраль;

I – (Isolated – изолированный) изолированная нейтраль. Вторая буква в обозначении – состояние открытых проводя-

щих частей относительно земли:

Т – открытые проводящие части заземлены, независимо от отношения к земле нейтрали источника питания или какой-либо точки питающей сети;

N (Neutral – нейтральный) – открытые проводящие части присоединены к глухозаземленной нейтрали источника питания.

Последующие (после N) буквы – совмещение в одном проводнике или разделение функций нулевого рабочего (N) и нулевого защитного (PE) проводников:

S (Separated – разделенный) – нулевой рабочий (N) и нулевой защитный (РЕ) проводники разделены;

С(Combined – объединенный) – функции нулевого защитного

инулевого рабочего проводников совмещены в одном проводнике (PEN-проводник).

21

Нулевой проводник – это проводник, соединенный с глухозаземленной нейтралью и предназначенный либо для питания потребителей электроэнергии, либо для присоединения к открытым проводящим частям. Различают нулевой рабочий проводник и нулевой защитный проводник. Нулевой рабочий (нейтральный) проводник (N-проводник) – нулевой проводник в электроустановках напряжением до 1 кВ, предназначенный для питания электроприемников и соединенный с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока, с глухозаземленным выводом источника однофазного тока, с глухозаземленной точкой источника в сетях постоянного тока. Нулевой защитный проводник (PE-проводник) – нулевой проводник в электроустановках напряжением до 1 кВ, предназначенный для присоединения открытых проводящих частей к глухозаземленной нейтрали источника питания с целью обеспечения электробезопасности.

1.4.Анализ опасности поражения электрическим током

всетях различного назначения

Анализ опасности поражения в электрических сетях с различными режимами нейтрали проводится для случаев прямого прикосновения, когда возникает электрический контакт человека с токоведущими частями, находящимися под напряжением, а также для случаев косвенного прикосновения, когда электрический контакт осуществляется с открытыми проводящими частями, оказавшимися под напряжением при повреждении изоляции (металлический корпус электроустановки). Рассматриваются следующиережимы работы сети:

–нормальный режим работы электрической сети;

–режим замыкания фазы на корпус электроустановки;

–режим однофазного замыкания на землю.

Дальнейший анализ электрических сетей выполнен для наиболее характерных схем включения человека в цепь тока при однофазном прикосновении, т.е. при включении человека между одной фазой и землей.

22

В режиме двухфазного прикосновения человек оказывается под рабочим напряжением U в однофазной сети или под линейным напряжением Uл в трехфазной сети, а ток, проходящий через тело человека, Ih ограничивается только его сопротивлением Rh и не зависит от схемы сети и режима нейтрали (табл. 1). Поэтому анализ электрических сетей проведем только для режима однофазного прикосновения.

* Описание напряжения прикосновения приведено в п. 2.3.

При анализе приняты следующие допущения: тело человека обладает только активным сопротивлением, а сопротивление основания, на котором стоит человек, включая сопротивление обуви, равно нулю.

1.4.1.Анализ опасности поражения электрическим током

воднофазной двухпроводной сети, изолированной от земли

Рассмотрим простейшую однофазную двухпроводную электрическую сеть, в которой провода изолированы от земли. Примем допущение, что сеть обладает только активными сопротивлениями изоляции проводов относительно земли, а емкость проводов относительно земли примем равной нулю. Также считаем, что внутренние сопротивления источника питания и продольные сопротивления проводников сети малы и поэтому не учитываются. Подобное допущение характерно для электрических сетей напряжением до 1 кВ небольшой протяженности. Требуется оценить опасность при-

23

косновения человека к проводу, т.е. определить напряжение прикосновения Uпр, под которым окажется человек, и ток Ih, проходящий через тело человека, как при нормальном, так и при аварийном режиме работы сети.

Рассмотрим нормальный режим работы сети, когда электрическая сеть находится в исправном состоянии, замыкания в сети отсутствуют, а человек коснулся одного из проводов сети (рис. 8).

Рис. 8. Прикосновение человека к проводу сети, изолированной от земли в нормальном режиме работы сети: а – схема прикосновения; б – схема замещения; r1, r2 – сопротивления изоляции проводников; Ih – ток, проходящий через тело человека; Rh – сопротивление тела человека; I1, I2 –

токи утечки через сопротивления изоляции

Из схемы замещения (рис. 8, б) видно, что напряжение сети U разделится пропорционально сопротивлениям человека Rh и изоляции провода r2:

24

Тогда после подстановки получим

Выносим напряжение прикосновения за скобки и приводим к общему знаменателю:

Окончательно получаем, что напряжение прикосновения определяется по выражению

Следовательно, ток, проходящий через тело человека, можно определить по формуле

Анализ полученных выражений показывает, что чем выше значения сопротивления изоляции, тем меньшие значения будут иметь напряжение прикосновения Uпр и ток, проходящий через тело человека, Ih. Очевидно, что ток, проходящий через тело человека, Ih определяется сопротивлением того провода, которого человек не касается, так как именно это сопротивление оказывает токоограничивающее действие. Следовательно, прикосновение человека к проводу с более высоким сопротивлениемизоляции является болееопасным.

Аварийный режим работы сети соответствует такому режиму, когда один из проводов замкнут на землю через сопротивление замыкания, а человек коснулсядругого исправного провода сети (рис. 9).

25

Как правило, величина сопротивления замыкания rзм оказывается значительно меньше по сравнению с величинами сопротивлений изоляции r1, r2 и человека Rh и может быть принята равной нулю. Тогда напряжение прикосновения Uпр и ток через тело человека Ih принимают наибольшие значения:

Таким образом, при аварийном режиме работы сети человек, прикоснувшийся к исправному проводу, оказывается под напряжением, близким к рабочему напряжению сети, а токоограничивающее действие току будет оказывать только сопротивление тела человека.

Сравнив рассмотренные режимы работы сети, можно сделать вывод, что при аварийном режиме работы изоляция практически не влияет на ток, проходящий через тело человека, поэтому опасность поражения человека при аварийном режиме работы сети значительно выше, чем при нормальном режиме.

Для иллюстрации этого вывода рассмотрим пример. Требуется определить величину тока через тело человека Ih при

однофазном прикосновении к проводу сети, изолированной от земли, в нормальном и аварийном режимах работысети (см. рис. 8 и 9).

Дано: напряжение сети U = 220 В, сопротивление тела человека Rh = 1 кОм, сопротивление замыкания провода на землю rзм = = 60 Ом, сопротивление изоляции проводов относительно земли

r1 = r2 = 30 кОм.

Решение: в нормальном режиме работы сети, при равенстве сопротивлений изоляции проводов, ток, проходящий через тело человека,

Ih 2 U r .

Rh 1

Тогда, подставив значения, получим

27

Для аварийного режима работы сети эквивалентное сопротивление

rэ 30 000 60 59,88 Ом. 30 000 60

Ток через тело человека в аварийном режиме работы сети

Результаты расчетов подтвердили, что при аварийном режиме работы сети ток, проходящий через тело человека, значительно выше, чем при нормальном режиме.

1.4.2.Анализ опасности поражения электрическим током

воднофазной двухпроводной сети с заземленным проводом

Рассмотрим однофазную двухпроводную электрическую сеть, в которой один из проводов имеет соединение с землей. Как и для сети с изолированной нейтралью, примем допущение, что сеть обладает только активными сопротивлениями изоляции проводов относительно земли, а емкость проводов относительно земли примем равной нулю. Требуется оценить опасность прикосновения человека к проводу, т.е. определить напряжение прикосновения Uпр, под которым окажется человек, и ток Ih, проходящий через тело человека, как при нормальном, так и при аварийном режиме работы сети.

Рассмотрим нормальный режим работы сети, когда электрическая сеть находится в исправном состоянии, замыкания в сети отсутствуют, а человек прикоснулся к незаземленному проводу сети (рис. 10).

Из схемы замещения (рис. 10, б) видно, что напряжение сети U разделится пропорционально сопротивлениям человека Rh и заземления r0:

28

Рис. 10. Прикосновение человека к незаземленному проводу в нормальном режиме работы сети: а – схема прикосновения; б – схема замещения; r1, r2 – сопротивления изоляции проводников; r0 – сопротивление заземления провода; Ih – ток, проходящий через тело человека; Rh – сопротивление тела человека; I1, I2 – токи утечки через сопротивления изоляции; I0 –

ток, проходящий через заземление провода

Преобразовав выражение, найдем, что

Окончательно получаем, что напряжение прикосновения определяется по выражению

29

Следовательно, ток, проходящий через тело человека, можно определить по формуле

Ih U r1 (r2 r0 ) . (16)

Rh r1 (r2 r0 ) r2 r0 (Rh r1 )

Сучетом того, что сопротивление заземления r0, как правило, имеет значение во много раз меньшее, чем r1, r2 или Rh, то его можно принять равным нулю.

В результате получим

Анализ полученных выражений показывает, что при малом значении сопротивления заземления изоляция не влияет на ток, проходящий через тело человека, и напряжение прикосновения Uпр оказывается равным рабочему напряжению сети. Ток, проходящий через тело человека, Ih зависит только от рабочего напряжения сети и сопротивления тела человека. Следовательно, прикосновение человека к незаземленному проводу сети оказывается опасным даже при высоком сопротивлении изоляции проводов.

Рассмотрим прикосновение человека к заземленному проводу сети в нормальном режиме работы под нагрузкой (рис. 11).

Согласно схеме замещения (рис. 11, б) человек при прикосновении к заземленному проводу оказывается под напряжением прикосновения, равным потере напряжения в заземленном проводе на участке от места его заземления (точка а) до места прикосновения (точка б):

30