Электроопасность сетей трехфазного тока

1.

ЭЛЕКТРООПАСНОСТь СЕТЕЙ ТРЕХФАЗНОГО
ТОКА

2.

УЧЕБНЫЕ ВОПРОСЫ
ВВЕДЕНИЕ.
1. Рассмотреть опасности поражения электрическим током в различных
сетях до 1 кВ с ЗНТ и ИНТ.
2. Произвести расчеты значений тока при прохождении через человека в
сетях при ЗНТ и ИНТ. Провести анализ полученных результатов, оформить
отчет.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

3.

Электричество широко распространено в промышленности,
являясь одним из базовых элементов механизации и
автоматизации производственных процессов. В то же время
электрический ток представляет собой большую опасность для
человека, поэтому так важно строгое соблюдение мер
электробезопасности, обеспечивающих защиту людей от вредного
и опасного воздействия электрического тока, электрической дуги,
электромагнитных полей и статического электричества.
Проходя через организм человека, электрический ток
оказывает на него термическое (нагрев, ожоги), электролитическое
(разложение крови и других органических жидкостей) и
биологическое (раздражение тканей, нарушение внутренних
биоэлектрических процессов) воздействие. Это разнообразное
воздействие приводит к электротравмам, которые условно
разделяют на два вида – местные электрические травмы и
электрические удары (общие электрические травмы).

4.

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ОПАСНОСТЬ
ПОРАЖЕНИЯ ТОКОМ
Исход воздействия тока на человека зависит от совокупности
условий, важнейшими из которых являются:
1. Сила тока, время и путь его прохождения через человека
(наиболее опасные пути – «рука-рука», «рука-нога», «левая руканоги»).
Пороговые значения силы тока представляют собой величины
тока, при которых на человека оказывается определенное
воздействие.
Для переменного тока частотой 50 Гц установлены пороги:
- ощутимый ток (1…3 мА);
- неотпускающий ток (10…15 мА);
- ток, вызывающий паралич дыхательных мышц (60…80 мА);
- фибрилляционный (смертельный) ток (100 мА при τ > 0,5 с).
Безопасная для человека сила переменного тока составляет
0,3 мА.

5.

2. Род и частота тока (переменный ток считается более опасным,
чем постоянный, причем с повышением частоты опасность тока
снижается).
3. Вид электрической сети (при 6нормальном режиме работы
обычно сети с ЗНТ более опасны, чем сети с ИНТ).
4. Сопротивление тела человека Rч, которое лежит в пределах
0,3…100 кОм, причем сопротивление внутренних органов человека
равно 300…500 Ом.
Rч зависит от состояния кожи (сухая, влажная, поврежденная),
состояния здоровья, психофизиологических особенностей, фактора
«внимания». При расчетах сопротивление тела человека Rч
принимается равным 1000 Ом (1 кОм).
5. Условия внешней среды: сырость, высокая температура
окружающего воздуха, токопроводящая пыль, едкие пары и газы,
разрушающе действующие на изоляцию электроустановок,
понижают электрическое сопротивление тела человека и
увеличивают вероятность травмирования электрическим током.

6.

КЛАССИФИКАЦИЯ СЕТЕЙ
Электроустановки
по
условиям
электробезопасности разделяются на
электроустановки напряжением до 1 кВ
и электроустановки напряжением выше
1 кВ.
Сети до 1 кВ как наиболее широко
распространенные являются основным
источником электротравматизма.
В отношении мер электробезопасности электроустановки при напряжении
до 1 кВ разделяются на:
• электроустановки в сетях с
глухозаземленной нейтралью (ЗНТ);
• электроустановки в сетях с
изолированной нейтралью (ИНТ).

7.

Цель
работы:
Оценка
потенциальной
опасности
поражения
электрическим током в трехфазных сетях напряжением до 1 кВ с
глухозаземленной нейтралью (ЗНТ) и изолированной нейтралью (ИНТ) при
нормальном и аварийном режимах работы.
Задачи работы:
1. Изучить условия
электробезопасности сетей трехфазного тока в
зависимости:
- от режима нейтрали сети;
- сопротивлений изоляции относительно земли;
- от сопротивления цепи «провод – человек – земля».
2. Исследовать зависимость величины тока, проходящего через человека, от
режима нейтрали сети, сопротивления изоляции фаз относительно земли, от
сопротивления цепи «провод-человек-земля» в нормальном и аварийном
режимах работы сети.
3. Рассчить Iч и построить графики зависимостей в двух системах координат:
- Iч = f (Rиз) – зависимость величины тока, протекающего через тело
человека Iч, от сопротивления изоляции Rиз;
- Iч = f (Rч) – зависимость величины тока Iч, от сопротивления тела
человека Rч.
4. Проанализировать полученные результаты и зависимости и сделать
выводы о электробезопасности сетей трехфазного тока при различных
режимах и условиях.

8.

АНАЛИЗ ОПАСНОСТИ ПОРАЖЕНИЯ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ В РАЗЛИЧНЫХ СЕТЯХ
Анализ опасности электрических сетей практически
сводится к определению значения тока, протекающего через
тело человека в различных условиях, в которых может
оказаться человек при эксплуатации электрических сетей,
электроустановок.
Величина тока, протекающего через тело человека, зависит от
ряда факторов:
• схемы включения человека в цепь,
• напряжения сети,
• схемы самой сети,
• режима ее нейтрали,
• сопротивления изоляции токоведущих частей,
от величины сопротивления цепи «провод – человек –
земля».
При нормальных, а тем более, аварийных режимах работы
сети и электроустановок всегда существует опасность
поражения человека электрическим током !

9.

Типовые схемы включения человека в электрическую цепь:
1 – двухфазное прикосновение (прямое) – одновременное прикосновение к
двум фазным проводникам, действующей электроустановки;
2 – однофазное прикосновение (прямое) – прикосновение к проводнику
одной фазы действующей электроустановки;
3 – косвенное прикосновение к открытым проводящим частям, оказавшимся
под напряжением в результате повреждения изоляции (прикосновение к
корпусу потребителя электроэнергии с поврежденной изоляцией).

10.

Нейтраль – общая точка обмоток генераторов или трансформаторов,
питающих сеть; напряжения на выходных зажимах источника
электроэнергии, измеренные относительно нейтрали, равны.
Глухозаземленная нейтраль источника электроэнергии – нейтраль
генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока
напряжением до 1 кВ, присоединенная к заземляющему устройству
непосредственно или через малое сопротивление.
Изолированная
нейтраль
–
нейтраль
генератора
или
трансформатора в сетях трехфазного тока напряжением до 1 кВ, не
присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная к
нему через приборы сигнализации, измерения, защиты и подобные им
устройства, имеющие большое сопротивление.
Проводящие части – части, которые могут проводить электрический
ток.
Токоведущие части – проводники или проводящие части,
предназначенные для работы под напряжением в нормальном режиме,
включая нулевой рабочий проводник.
Открытые проводящие части – доступные прикосновению
проводящие части электроустановки, нормально не находящиеся под
напряжением, но которые могут оказаться под напряжением при
повреждении основной изоляции.
Нулевой
проводник
–
это
проводник,
соединенный
с
глухозаземленной нейтралью, предназначенный либо для питания
потребителей электроэнергии, либо для присоединения к открытым
проводящим частям.

11.

Технические средства электробезопасности подразумевают:
• выбор электрооборудования соответствующего исполнения в
зависимости
от
условий
эксплуатации
(защищенное,
брызгозащищенное, взрывозащищенное и др.);
• изоляцию токоведущих частей, которая является первой и
основной ступенью защиты. Допустимое сопротивление изоляции для
отдельных участков сети составляет 0,3…1 МОм.
Изоляцию делят на рабочую, двойную и усиленную. Сопротивление
изоляции проверяют при сдаче электроустановок, после их ремонта,
при эксплуатации – один раз в год в помещениях без повышенной
опасности и два раза – в помещениях с повышенной опасностью;
• расположение токоведущих частей на недоступной высоте;
• защитное отключение, реагирующее на прикосновение человека
к токоведущим частям;
• применение малых напряжений (12…42 В) в особо опасных
помещениях;
• средства уменьшения емкостного тока: включение индуктивной
катушки между нейтральной точкой и землей, разделение
протяженных сетей на отдельные участки с меньшей емкостью;
средства защиты от пробоя фазы на корпус
оборудования: защитное
защитное отключение.
заземление,
зануление,

12.

СНН – сверхнизкое напряжение
В РД РБ 02150.007-99 написано:
3.1. Выравнивание электрических
потенциалов
снижение
относительной разности электрических
потенциалов
между
заземляющим
устройством, открытыми проводящими
частями и поверхностью земли (или
другого
электропроводящего
основания) в нормальном и аварийном
режимах
работы,
достигаемое
соединением заземляющего устройства
и открытых проводящих частей с
уложенными в земле (на поверхности
земли или на поверхности другого
электропроводящего
основания)
электродами.
3.2.
Уравнивание
электрических
потенциалов - устранение разности
электрических
потенциалов
между
всеми
одновременно
доступными
прикосновению
открытыми
проводящими частями стационарного
электрооборудования и сторонними
проводящими
частями,
включая
металлические части строительных
конструкций
зданий,
достигаемое
соединением этих частей друг с другом
при помощи проводников.

13.

Режимы работы электрических сетей
и электроустановок
При анализе электробезопасности различных сетей, согласно
«схемам включения» человека в электрическую цепь, обычно
рассматривают:
двухфазное прикосновение (прямое);
однофазное прикосновение (прямое).
Случаи двухфазного прикосновения происходят сравнительно
редко и являются, как правило, результатом работы под
напряжением в электроустановках до 1 кВ, что является
нарушением правил и инструкций выполнения работ.

14.

При двухфазном прикосновении ток через тело человека и
напряжение прикосновения определяются по формулам:
Iч = Uл/Rч= (√3 ∙ U)/Rч ;
(1)
Uл = √3 U,
(2)
где U - действующее значение фазного напряжения сети;
Rч - сопротивление тела человека;
R L1, R L2, R L3 - сопротивление фазных проводов (YL = 1/RL).
Из выражений (1) и (2) следует, что при двухфазном
прикосновении человек попадает под линейное напряжение сети
вне зависимости от типа сети, режима нейтрали, режима работы
сети, проводимости (сопротивления) фазных проводов
При двухфазном прикосновении (прямом) – одновременном
прикосновении к двум фазным проводникам, действующей
электроустановки
Iч = Uл /Rч= (√3 ∙ U)/Rч = (1,73∙0,22 кВ∙103)/1 кОм = 381 мА.

15.

При однофазном прикосновении человек попадает под
напряжение Uч, значение которого зависит от многих факторов.
Эта схема включения человека в электрическую цепь тока
является менее опасной, чем двухфазное прикосновение.
На
практике
однофазное
прикосновение
встречается
значительно чаще. Электротравмы со смертельным исходом при
однофазном прикосновении составляют 70-80% от общего числа,
причем, большинство из них происходит в сетях напряжением до
1 кВ.
При анализе электробезопасности сетей различных
типов будем рассматривать только однофазное
прикосновение.

16.

Режимы работы сети с ЗНТ
Сети с ЗНТ применяют, когда:
- трудно обеспечить хорошую изоляцию проводов из-за
высокой влажности или агрессивности среды,
- нельзя быстро найти и устранить повреждение изоляции,
- сеть имеет значительную протяженность.
Схемы с ЗНТ широко применяют на промышленных
предприятиях, в городских и сельских сетях.
Схема с ЗНТ при замыкании фазы на корпус отключается, так
как срабатывает зануление. В результате замыкания фазы на
землю или на корпус возникает ток большой силы, что делает эту
схему
пожароопасной.
При
старении
и
механических
повреждениях изоляции оголенный провод, контактируя с любым
металлическим предметом, вызывает искрение и дугу, а если в
этом случае установлены мощные предохранители, то установка
не отключается и вероятность возникновения пожара значительно
увеличивается. Пожароопасные ситуации возникают также при
перегрузке кабеля.

17.

По технологическим требованиям предпочтение часто отдается
сетям с заземленной нейтралью – ЗНТ (четырехпроводным сетям),
так как они, по сравнению с трехпроводными ИНТ (с изолированной
нейтралью), позволяют получить с наименьшими затратами два
рабочих напряжения – линейное и фазное.
От четырехпроводной сети с ЗНТ можно питать как силовую
нагрузку, включая ее между фазными проводами, так и
осветительную, включая ее между фазным и нулевым проводником.
В отношении мер электробезопасности электроустановки при
напряжении до 1 кВ разделяются на:
• электроустановки в сетях с глухозаземленной нейтралью (ЗНТ);
• электроустановки в сетях с изолированной нейтралью (ИНТ).

18.

Для
трехфазной
сети
с
заземленной нейтралью типа
ЗНТ
(четырехпроводная
система) напряжением до 1 кВ
при нормальном режиме работ
значения тока, протекающего
через
тело
человека,
и
напряжение
прикосновения
определяются фазным напряжением сети и не зависят от
сопротивления
изоляции
и
емкости проводов относительно
земли.
При этом выражение для тока,
протекающего через тело человека при прикосновении к фазному проводу при
нормальном режиме работы сети ЗНТ, принимает вид:
где R0 - сопротивление рабочего заземления нейтрали (R0 = 4 ∙ 10-3 кОм).
Iч= (0,22∙ 103)/(1 кОм + 4 ∙ 10-3 кОм) = 220 мА
Если человек стоит на не проводящем ток полу и в не проводящей ток
обуви с общим сопротивлением Rч = 120 + 100 = 240 кОм
Iч= (0,22∙ 103)/(240 кОм + 4 ∙ 10-3 кОм) = 0,9 мА (0,0009 А)

19.

Прикосновение к исправному проводу в сети с заземленной нейтралью
типа ЗНТ при аварийном режиме работы
При этом выражение для определения тока через тело человека имеет
вид

20.

Рассмотрим два характерных случая.
1. Если принять, что сопротивление замыкания фазного провода на землю Rзм
равно нулю (Rзм = 0), то напряжение прикосновения
Следовательно, в данном случае человек окажется практически под воздействием
линейного напряжения сети.
Iч= (0,22 кВ ∙ 103 ∙ 1,73)/1 кОм = 380 мА
2. Если принять равным нулю сопротивления заземления нейтрали R0, то
т.е. напряжение, под которым окажется человек, будет практически равно фазному
напряжению.
Однако в реальных условиях сопротивления Rзм и R0 всегда больше нуля, поэтому
напряжение, под которым оказывается человек, прикоснувшийся в аварийный период к
исправному фазному проводу трехфазной сети с глухозаземленной нейтралью, т.е.
напряжение прикосновения Uч всегда меньше линейного, но больше фазного, то есть
.
380 B > Uh > 220 B
С учетом того, что всегда Rзм > R0, напряжение прикосновения UЧ в большинстве
случаев незначительно превышает значение фазного напряжения, что менее опасно
для человека.

21.

Режимы работы сети с ИНТ
Сети с ИНТ целесообразно применять, когда:
- необходимо обеспечить стабильную работу во времени;
- есть возможность поддерживать высокое сопротивление
изоляции проводов;
- протяженность сетей незначительна;
- велика опасность однофазного прикосновения при
расположении человека на токопроводящем полу.
Такие сети применяют, например, на передвижных установках.

22.

Сети с изолированной нейтралью типа ИНТ
при нормальном режиме работы
При равенстве сопротивление изоляции
фазных проводов относительно земли и
отсутствии
емкостей
уравнение для
определения Iч имеет вид
где Rч = 1 кОм; Rиз = 40 кОм.
Характерным является то, что при
однофазном прикосновении значение
тока, проходящего через тело человека при
нормальном режиме работы сети, тем
меньше, чем меньше рабочее напряжение
сети (фазное напряжение) и чем больше
значение
сопротивления
изоляции
Сеть ИНТ с симметричными
параметрами в нормальном режиме проводов
относительно
земли.
работы
Действительно, ток через тело человека и
напряжение прикосновения описываются
следующим выражением
Iч=U/(Rч+ Rиз/3)=0,22∙103/(1+40/3)=15 мА

23.

Сети с изолированной нейтралью типа ИНТ
при аварийном режиме работы
В этом случае ток через тело человека
будет равен:
где RЗМ - сопротивление растеканию тока в
месте замыкания фазного провода
на
землю (на рис.- фазного провода L2).
Так
как
обычно выполняется
условие
RЗМ << Rh , то:
Сеть
с
изолированной
нейтралью типа IT при
аварийном режиме работы
Ih = U√3 /Rh = 0,22∙103/(1 + 40/3) = 15,3 мА

24.

Задание на самоподготовку
ЛИТЕРАТУРА
1. Конспект лекции.
2. Инв. 2368к. Байдакова Н.В. Безопасность
жизнедеятельности: Учебное пособие. Ч.3. – Химки: АГЗ, 2010
– 141 с., С. 115-137.
3. Инв.1237у. Безопасность жизнедеятельности. Учебник для
ВУЗов. /Под общ. ред. проф. С.В. Белова.4-е изд. испр. и доп. –
М.: Высшая школа, 2004 – 606 с.,, С. 205-240.

25.

Система с глухозаземленной нейтралью (ЗНТ) (в данном примере нулевой
защитный и нулевой рабочий проводники совмещены в одном проводнике на
всем ее протяжении, при этом совмещенный нулевой и рабочий провод
обозначается PEN).

26.

Система с изолированной нейтралью (ИНТ) – система, в которой нейтраль
источника электроэнергии изолирована от земли или заземлена через
приборы или устройства, имеющее большое сопротивление, а открытые
проводящие части электроустановки заземлены. В этом случае защитный
заземляющий проводник обозначается как PE – проводник.

27.

Таким образом, в сетях с изолированной нейтралью при нормальном режим
работы опасность для человека при прямом однофазном прикосновении зависит от
сопротивления изоляции и емкости фазных проводов относительно земли. С
увеличением сопротивления изоляции и уменьшении емкости фазных проводов
относительно земли опасность уменьшается. Этот вывод иллюстрируется графиками
зависимости Ih= f(R) при С = 0 (что может иметь место в коротких сетях) и Ih= f(С)
при R = const, представленными на рисунке

28.

Защитное
заземление
–
преднамеренное
электрическое
соединение с землей или ее эквивалентом металлических
нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением
вследствие замыкания на корпус и по другим причинам
(индуктивное влияние соседних токоведущих частей, вынос
потенциала, разряд молнии и т. п.).
Назначение защитного заземления — устранение опасности
поражения током в случае прикосновения к корпусу электроустановки и
другим нетоковедущим металлическим частям, оказавшимся под
напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам.
Заземление будет эффективным лишь в том случае, если ток
замыкания на землю IЗ практически не увеличивается с уменьшением
сопротивления заземлителя. Такое условие выполняется в сетях с
изолированной нейтралью (типа ИНТ) напряжением до 1 кВ, так как в
них ток замыкания на землю в основном определяется сопротивлением
изоляции проводов относительно земли, которое значительно больше
сопротивления заземлителя.
Рис.4.2. Схема сети с изолированной нейтралью (типа ИНТ) и
защитным заземлением электроустановки
В сетях переменного тока с заземленной нейтралью напряжением
до 1 кВ защитное заземление в качестве основной защиты от
поражения электрическим током при косвенном прикосновении не
применяется, т.к. оно не эффективно (рис.).

29.

Принцип действия защитного заземления — снижение до
безопасных
значений
напряжений
прикосновения
и
шага,
обусловленных замыканием на корпус и другими причинами. Это
достигается
путем
уменьшения
потенциала
заземленного
оборудования (уменьшением сопротивления заземлителя), а также
путем выравнивания потенциалов основания, на котором стоит
человек, и заземленного оборудования (подъемом потенциала
основания, на котором стоит человек, до значения, близкого к значению
потенциала заземленного оборудования).
Рассмотрим два случая. Корпус электроустановки не заземлен. В этом
случае прикосновение к корпусу электроустановки также опасно, как и
прикосновение к фазному проводу сети.
Корпус электроустановки заземлен (рис.) . В этом случае напряжение
корпуса электроустановки относительно земли уменьшится и станет
равным:
(4.1)
Напряжение прикосновения и ток через тело человека в этом случае
будут определяться по формулам:
(4.2)
где a1- коэффициент напряжение прикосновения.
Уменьшая значение сопротивления заземлителя растеканию тока RЗ,
можно уменьшить напряжение корпуса электроустановки относительно
земли, в результате чего уменьшаются напряжение прикосновения и

30.

Принципиальная схема зануления в системе ЗНТ
1 – корпус электроустановки (электродвигатель, трансформатор и т. п.); 2 –
аппараты защиты от токов КЗ (предохранители): R0 – сопротивление
заземления нейтрали обмотки источника тока; RП – сопротивление повторного
заземления нулевого защитного проводника; Iк – ток КЗ; Iн – часть тока КЗ,
протекающего через нулевой защитный проводник; Iз – часть тока КЗ,
протекающего через землю – корпус электроустановки (электродвигатель,
трансформатор и т. п.).

31.

Схема сети с изолированной нейтралью (типа ИНТ) и защитным заземлением
электроустановки

32.

Зануление необходимо для обеспечения защиты от поражения электрическим
током при косвенном прикосновении за счет снижения напряжения корпуса
относительно земли и быстрого отключения электроустановки от сети.
Зануление - преднамеренное электрическое соединение корпуса электрической
установки
с
нулевым
защитным
проводником.
Принцип действия зануления – превращение замыкания на корпус в однофазное
короткое замыкание.
При пробое фазы на корпус возникает большой ток короткого замыкания,
срабатывают автоматические выключатели (АВ) или сгорают плавкие вставки
предохранителей (Пр) и установка отключается. Условие срабатывания защиты:
Iкз > Iном · K ,
где Iном – номинальный ток срабатывания защиты;
K – коэффициент кратности тока.
Зануление применяется в сетях с ЗНТ напряжением до 1000 В.
Устройство
защитного отключения (УЗО) – это быстродействующая защита,
реагирующая на замыкание фазы на корпус, на землю, на прикосновение
человека. Время срабатывания УЗО – (0,05…0,2 с). Применяется как
самостоятельное средство защиты и в комплексе с заземлением или занулением.
При пробое фазы на корпус срабатывает реле напряжения РН, настроенное на
определенное напряжение, и установка отключается контактором K.
В качестве максимальной токовой защиты, обеспечивающей быстрое отключение
электроустановки в аварийном режиме могут использоваться плавкие
предохранители и автоматические выключатели, устанавливаемые для защиты от
токов короткого замыкания, магнитные пускатели со встроенной тепловой
защитой, контакторы в сочетании с тепловыми реле, осуществляющие защиту от
перегрузки, автоматы с комбинированными расцепителями, осуществляющие
защиту одновременно от токов короткого замыкания и перегрузки и др.

33.

Принцип действия зануления
При замыкании фазного провода на зануленный корпус
электропотребителя (рис.) образуется цепь тока однофазного
короткого замыкания (то есть замыкания между фазным и нулевым
защитным проводниками). Ток однофазного короткого замыкания
вызывает срабатывание максимальной токовой защиты, в
результате
чего
происходит
отключение
поврежденной
электроустановки от питающей сети. Кроме того, до срабатывания
максимальной токовой защиты происходит снижение напряжения
поврежденного корпуса относительно земли, что связано с
защитным действием повторного заземления нулевого защитного
проводника и перераспределением напряжений в сети при
протекании тока короткого замыкания.
Область применения зануления:
- электроустановки напряжением до 1 кВ в трехфазных сетях
переменного тока с заземленной нейтралью (система ЗНТ;
обычно это сети 220/127, 380/220, 660/380 В).

34.

При аварии в сети замыкание фазы на землю может приводить к
появлению напряжения на поверхности земли, недопустимое
снижение сопротивления изоляции фаз относительно корпуса, к
появлению напряжения на поверхности установки.
Для
обеспечения
безаварийной,
безопасной
и
высокопроизводительной работы электроустановок необходимо
не только их высокое качество и оснащенность средствами
защиты, но и правильный выбор исполнения сети в конкретных
условиях эксплуатации.