Опасность поражения в трехфазных трехпроводных сетях

Трехфазные трехпроводные сети широко применяются в сетях переменного тока напряжением 1000 < U < 1000 В с силовыми нагрузками. Источники или приемники трехфазного тока, обмотки которые соединены звездой, имеют нейтральные или нулевые точки (рис. 7.16)

Рис. 7.16. Нейтральная и нулевая точки и проводники обмоток ЭУ:

1 – нейтральная точка - изолирования нейтраль; 2 – нейтральный проводник; 3 – нулевая точка; 4 – нулевой проводник; 5 – глухозаземленная нейтраль сопротивлением r₀

По условиям техники безопасности согласно «Правилам устройства электроустановок» при эксплуатации электросетей существует два режима нейтрали: изолированный и глухозаземленный.

Нейтральная точка 1, изолированная от земли, называется изолированной нейтралью. Нулевая точка 3, присоединенная непосредственно к заземлителю через малое сопротивление r₀, называется глухозаземленной нейтралью (рис. 7.16).

При соединении обмоток электроустановок треугольником нейтральная точка и нейтраль отсутствуют.

Рассмотрим прикосновение человека к электрической сети с изолированной нейтралью при нормальном режиме работы.

На рис. 7.17 показано однофазное соединение человека с проводником 1, а также условно нанесены активные сопротивления изоляции фазных проводников и их емкости. Применяя символический метод расчета с использованием законов Кирхгофа, можно получить формулу для определения величины тока, протекающего через человека в рассматриваемой схеме. Не производя вывода этой формулы, запишем результат в общем виде:

где Z – комплекс полного сопротивления изоляции фазных проводов относительно земли.

В действительной форме полное сопротивление определяется зависимостью:

Z = Ör_ИЗ² + Х_с²,

где Х_с = 1/ wc – емкостное сопротивление проводников в действительной форме, Ом; r_ИЗ – активное сопротивление изоляции; w = 2pf – угловая частота переменного тока, Гц.

Рис. 7.17. Схема однофазного соединения человека с проводником трехфазной сети:

Ih, Rh - ток и сопротивление человека, А, Ом; r₁, r₂, r₃ - активное сопротивление изоляции проводников относительно земли, Ом; с₁, с₂, с₃ - емкости проводников относительно земли, Ф; U_Ф - фазное напряжение, В; U_Л = U_Ф - линейное напряжение, В; U_ПР - напряжение прикосновения В; L - длина проводников, определяющая их емкость

Оценим опасность однофазного соединения человека с проводником по схеме, представленной на рис. 7.17 для следующих двух случаев.

1. Короткие электрические сети протяженностью L 400 м.

При этом: с₁ = с₂ = с₃ = 0, тогда Х_с = ¥; r₁ = r₂ = r₃=r_из, тогда Z = r_из.

В этом случае ток через человека будет определяться формулой:

(7.16)

Если принять U_Ф =220 В, Rh = 1000 Ом, а величину r_из = 0,5 МОм, то величина тока Ih и степень опасности определятся:

= 1,5 м А- пороговый ощутимый ток.

2. Протяженные воздушные или кабельные электрические сети длиной
L >> 400 м.

При этом с₁ = с₂ = с₃= с, тогда Х_с = 1/ wc ; r₁ = r₂ = r₃= r_из, тогда Z = Х_с.

Ток через человека в этом случае будет определяться формулой:

(7.17)

В протяженных сетях опасность поражения человека электрическим током всегда выше, так как емкостное сопротивление X_C всегда меньше активного сопротивления изоляции r_из в коротких сетях.

Наличие цифры 3 в знаменателях формул (7.16) и (7.17) объясняется комплексным соотношением между фазными напряжениями в трехфазном переменном токе. Векторная диаграмма напряжения представлена на рис. 7.18.

Рис. 7.18. Векторная диаграмма напряжений:

U₁, U₂, U₃ - напряжения фаз; а - оператор сдвига фаз

Оператор сдвига фаз при смещении вектора U₂ на 120⁰ определяется в комплексном виде арифметической зависимостью:

а при смещении вектора U₃ на 240⁰ определяется зависимостью:

При выводе формул (7.16) и (7.17), выполняя действия (1 – а² + 1 – а), будем иметь:

Рассмотрим прикосновение человека к электрической сети с изолированной нейтралью при аварийном режиме работы.

Рис. 7.19. Схема соединения человека с проводником в аварийном режиме:

R_зм - сопротивление замкнутого на землю фазного проводника, Ом;
U_Л - линейное напряжение

На рис. 7.19 рассмотрено однофазное соединение человека с проводником в аварийном режиме при замыкании другого фазного проводника на землю. Наметив путь тока, как показано на рис. 7.19, определим ток через человека:

(7.18)

Пример: U_Л = 380 В, Rh = 1000 Ом, r_из ≈ 0.

Определим величину тока Ih и оценим степень опасности при этом.

= 380 мА. – значительно превышает величину смертельного тока 100 мА.

В этом случае для повышения безопасности людей от поражения током исключительно большое значение имеют сопротивления изолирующих полов и обуви. При этом знаменатель формулы (7.18) существенно увеличится.

Рассмотрим прикосновение человека к электрической сети с глухозаземленной нейтралью при нормальном режиме работы.

- Рис. 7.20. Схема однофазного соединения человека
в сети с глухозаземленной нейтралью:
r₀ - сопротивление глухозаземленной нейтрали, Ом

На рис. 7.20 показано однофазное соединение человека в сети с глухозаземленной нейтралью, при этом r₀ согласно ПУЭ принимается не более: r₀ = 2 Ом при U = 660/380, В; r₀ = 4 Ом при U =380/220, В; r₀ = 8 Ом при U = 220/127, В.

Ток через человека определяется следующей формулой:

(7.19)

Здесь напряжение фазное U_Ф и напряжение прикосновения U_пр практически имеют одинаковые значения, так как сопротивление r_о незначительно. Опасность поражения человека в этой схеме высокая. Действительно, если принять U_Ф = 220 В, Rh = 1000 Ом, r_о = 4 Ом, то величина Ih определится

» 220 мА > 100 мА.

Введение дополнительных сопротивлений изоляции пола, резиновой обуви или коврика значительно понижают опасность поражения человека током.

Рассмотрим прикосновение человека к электрической сети с глухозаземленной нейтралью при аварийном режиме работы.

Рис. 7.21. Схемы соединения человека с электрическими проводниками в трехфазной сети:

а - однофазное соединение в аварийном режиме в сети с глухозаземленной нейтралью;
б - двухфазное соединение человека в электрической сети; путь тока через человека

На рис. 7.21, а представлен случай однофазного соединения человека с проводником в сети с глухозаземленной нейтралью при аварийном режиме, т.е. при замыкании фазы 3 на землю через относительно малое активное сопротивление r_зм.Для этого случая ток через человека определяется следующим образом.

Известно, что

Здесь напряжение прикосновения U_пр с учетом растекания тока через сопротивления Rh, r_зм, r₀ выражается зависимостью

Подставляя это значение в искомую величину, получим:

(7.20)

Анализ формулы (7.20) позволяет выделить три характерных случая.

1. Если сопротивление замыкания проводника на землю равно нулю, r_ЗМ= 0, то величина тока будет равна h = U_Ф /Rh. Следовательно,человек окажется под воздействием линейного напряжения сети.

2. Если сопротивление глухозаземленной нейтрали равно нулю, r₀ = 0, то величина тока будет равна Ih = U_фRh. Человек окажется под действием фазного напряжения сети.

3. В практических условиях r_зм > 0, r₀ > 0. Поэтому напряжение, под которым оказывается человек, соединенный с фазным проводником в аварийном режиме в трехфазной сети с глухозаземленной нейтралью, всегда меньше линейного, но больше фазного: U_Ф < U_ПР < U_Л.. Это обстоятельство является решающим при выборе режима нейтрали электросетей в производственных помещениях.

На рис. 7.21, б показано двухфазное соединение человека к проводникам электрической сети.

Ток, проходящий через человека, имеет наибольшее значение и определяется формулой:

(7.21)

Например: напряжение линейное U_Ф = 380 В; сопротивление человека Rh = 1000 Ом.

Ток через человека будет равен

= 380 мА.

Самый опасный случай. При этом ток, проходящий через человека, не зависит от схемы сети, режима нейтрали или других факторов, так как путь тока это рука-сердце-рука (рис. 7.21, б). Применение средств индивидуальной защиты в виде резиновой обуви или ковриков бесполезно.

Оказание посторонней помощи пострадавшему сводится к выполнению следующих операций: обесточить электросеть, если известно место нахождения выключателя; действуя одной рукой при помощи нетоковедущих предметов (одежда, доски и т.д.), отсоединить вначале одну руку пострадавшего, затем вторую руку от электропроводников; при необходимости оказать первую медицинскую помощь – искусственное дыхание и массаж сердца; вызвать медицинский персонал.