Анализ условий в 3-х фазной сети

1. 7 апреля 2020

1

2. Анализ условий в 3-х фазной сети

• Потенциал на поверхности земли, при
стекании тока с полусферического
заземлителя.
• + Вопросы из методички 17 Лабораторной
«Напряжение прикосновения и шага»
• Нормирование условий
электробезопасности по напряжению
прикосновения (ГОСТ 12.1.038-82).
• + Вопросы из методички 6 Лабораторной
«Защитное заземление»
2

3. Вопросы к Лаб № 17

Что такое напряжение прикосновения?
От чего зависит величина напряжения прикосновения?
Что такое напряжение шага?
От чего зависит величина напряжения шага?
Как при необходимости можно выйти из зоны
напряжений шага?
6. Почему при расчетах значение сопротивления тела
человека не всегда принимают равным 1000 Ом? (это из
методички №13)
7. Меры защиты от напряжения прикосновения.
8. Меры защиты от напряжения шага.
1.
2.
3.
4.
5.
3

4. Классификация электроустановок в отношении мер электробезопасности (ПУЭ 1.7.2.)

По способу
заземления
нейтрали
По напряжению
До 1000 В
Выше 1000 В
Глухозаземленная
+
+
Изолированная
+
+
4

5. Нейтраль

• Нейтраль – общая точка обмоток генераторов
или трансформаторов, питающих сеть;
напряжения на выходных зажимах источника
электроэнергии, измеренные относительно
нейтрали, равны.
5

6. Заземление нейтрали

6

7. Режим нейтрали

Глухозаземленная нейтраль - нейтраль
трансформатора или генератора, присоединенная
непосредственно к заземляющему устройству.
• 1.7.5.
Глухозаземленным может быть также вывод источника
однофазного переменного тока или полюс источника
постоянного тока в двухпроводных сетях, а также средняя точка
в трехпроводных сетях постоянного тока.
Изолированная нейтраль - нейтраль
трансформатора или генератора, неприсоединенная
к заземляющему устройству или присоединенная к нему
• 1.7.6.
через большое сопротивление приборов сигнализации,
измерения, защиты и других аналогичных им устройств.
7

8. Принципы защиты в электроустановках до 1000 В

1. В сетях с изолированной нейтралью:
– за счет большого сопротивления изоляции
(активного и реактивного);
– за счет малого сопротивления защитного
заземления.
2. В сетях с глухозаземленной нейтралью:
– за счет снижения напряжения прикосновения
(выравнивания потенциалов);
– за счет быстродействия защиты (отключения
питания).
8

9. Прямое прикосновение в сети с изолированной нейтралью (пространственное положение проводов фиксируется изоляторами)

С емкость
проводов
R изоляторов

10.

Косвенное прикосновение в сети с заземленной
нейтралью

11. Задание №1 по Сети с изолированной нейтралью

• Скопировать (можно от руки) рисунок слайда 9.
• Прорисовать замкнутую цепь тока через человека.
• Источниками тока являются обмотки питающего
трансформатора (по 220 В). Напряжение между выводами двух
обмоток линейное – 380 В.
• Ток может протекать через сопротивление утечки изоляторов
(R=500 000 Ом - минимальное по нормам) или емкость провода
относительно земли (495 000 Ом – соответствует длине провода
1 км).
• Сопротивление тела человека 1000 Ом.
• Составить расчетную схему через человека и одну из
неповрежденных фаз (сопротивлением проводов и обмоток
пренебречь).
• Оценить порядок возможных токов.
• Сравнить полученные токи с ощутимым, неотпускающим и
фибрилляционным. Ваша оценка?
• Каковы будут условия безопасности если сопротивление
изоляторов снизится в 100 раз?
11

12.

Rизоляторов
12

13. Задание 2

• На левом рисунке слайда 12 отображены условия
аналогичные рисунку слайда 9, но сопротивление
изоляции снижено до 5000 Ом и не учитывается
емкость проводов.
• Но к двигателю присоединено защитное заземление 4
Ом. Получается, что в цепи протекания тока к
сопротивлению человека 1000 Ом параллельно
присоединили сопротивление 4 Ом.
• Как это повлияет на ток протекающий через тело
человека?
• Как в целом вы оцениваете условия безопасности в
сети с изолированной нейтралью.
13

14. В сети с глухозаземленной нейтралью заземление тоже играет большую роль в обеспечении безопасности

Заземления нужны повсюду!
14

15.

Трансфоматор
10/04 кВ
~ 500 кГ
Нейтраль
(глухозаземленная)
15

16. Потенциал на поверхности земли, при стекании тока с полусферического заземлителя.

16

17. Падение напряжения на элементе грунта (из школьного курса физики)

L
U I;
S
ρ
S
L
U
E ;
L
I
j ;
S
E j
17

18.

Полушаровой заземлитель,
расположенный у поверхности земли

19. Растекание тока через полушаровой заземлитель

Выделяем в земле
небольшой прямоугольный
элемент грунта, длиной dx
плотность тока j
равна току I,
деленному на
площадь
поверхности
полусферы S=2πx1
19

20. Зависимость потенциала от расстояния до заземлителя

E j
I
Iз
j з
2
S
2 х
dU E dx
A U A dU
xA
I з dx I з
A U A
xA 2 x 2 2 xA
Iз
2
к const
A U A к хА
1
20

21.

Распределение потенциала вокруг
полушарового заземлителя

22. Эквипотенциали при растекании тока с заземлителя (вид сверху)

Потенциал на поверхности земли уменьшается закону
гиперболы в зависимости от расстояния до заземлителя
φ
х
22

23. Сопротивление растеканию

• Максимальный потенциал имеет сам
заземлитель. На поверхности заземлителя,
где расстояние от центра равно rз ,
потенциал φз или напряжение заземлителя
Uз относительно земли;
• Rз - сопротивление растеканию тока.
I з
з U з 2 r I з Rз
з
23

24.

Напряжение на заземляющем
устройстве - напряжение, возникающее
при стекании тока с заземлителя в землю
между точкой ввода тока в заземлитель и
зоной нулевого потенциала.
• 1.7.23.
24

25.

Напряжение
прикосновения
напряжение между двумя проводящими частями
или между проводящей частью и землей при
одновременном прикосновении к ним человека
или животного.
• 1.7.24.
• Ожидаемое напряжение прикосновения - напряжение
между
одновременно
доступными
прикосновению
проводящими частями, когда человек или животное их не
касается.
Напряжение шага - напряжение между
двумя точками на поверхности земли, на
расстоянии 1 м одна от другой, которое
принимается равным длине шага человека.
• 1.7.25.
25

26. Напряжение прикосновения

U `пр р н
φр и φн - соответственно
величины потенциалов
руки и ног
26

27.

При замыкании фазы на корпус двигателя – ток по
заземляющему проводнику протекает к заземлителю
и стекает в землю. При стекании тока с заземлителя,
вокруг него формируется картина потенциала в виде
гиперболы φ= φз /х.
Корпус двигателя присоединен к заземлителю,
поэтому их потенциалы практически равны.
Человек руками касается двигателя, имеющего
потенциал заземлителя, а ногами стоит на земле,
имеющей потенциал, соответствующий потенциалу
в точке ног (по графику).
27

28. Расчет напряжение прикосновения

U пр I R 1 2
з
з
• Где α1 - коэффициент напряжение
прикосновения, учитывающий форму
потенциальной кривой α1 = 0,05…0,75;
• α2 – коэффициент, учитывающий падение
напряжения в дополнительных
сопротивлениях цепи человека (подробнее в методичке
№17)
28

29.

Надо иметь в виду, что IЗ ∙RЗ=φЗ - это потенциал заземлителя и
корпуса электроустановки.
Если U`пр=φр-φн
и U`пр=φз∙α1
Тогда
φз∙α1 = φр-φн
α1 = (φр-φн) / φз
и
т.е. α1 - показывает какую долю от потенциала
заземлителя составляет разность напряжений
между руками и ногами человека U`пр=φр-φн
29

30.

Ток, протекающий через тело человека Ih должен пройти через ноги человека и
уйти в землю. При этом он должен преодолеть сопротивление растеканию ног
человека. Это сопротивление зависит от удельного сопротивления земли ρ, на
которой стоит человек. Сопротивление одной ноги оценивается величиной
R1Н=3∙ρ. Сопротивления ног включены параллельно, поэтому общее
сопротивление 2-х ног равно R2Н=1,5∙ρ.
В результате, напряжение прикосновения U`пр распределиться на две части: она
на сопротивлении тела человека (Rh =1000 Ом), другая на сопротивлении 2-х
ног равном R2Н=1,5∙ρ.
Доля, которая приходится на сопротивление тела человека, определяется
коэффициентом
α2 = Rh / (Rh + R2Н) = Rh / (Rh + 1,5∙ρ);
Из этого выражения следует, что существует возможность влиять на
безопасность человека, изменяя характеристики (удельное сопротивление)
поверхности, на которой стоит человек.
Для этих целей в наружных электроустановках поверхность земли засыпается
щебнем, имеющим удельное сопротивление в 5 – 10 раз большее, чем чернозем
– от 200 до 400 Ом∙Ом.
30

31.

φЗ=Iз·Rз φЗ=Iз·Rз·α1
120,0
φЗ=Iз·Rз·α1·α2
100,0
80,0
φЗ=Iз·Rз·α1·(1-α2)
60,0
40,0
20,0
0,0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
31

32. Определение α2

Прямоугольная пластина на поверхности земли
R=(ρ/πb)·ln(4b/a) =ρ·ln(4·b/a) /π·b
• a - меньшая сторона пластины = 0,1 м
• b - большая сторона пластины = 0,24 м
• R1н=ρ·ln(4a/b) /πa =ρ·ln(4·0,1/0,24) ·
(1/π·0,1) = ρ·2.999759 ~ 3 ·ρ
• R2н = R1н/2 = (3 ·ρ)/2=1,5·ρ
• α2=Rh/(Rh+1.5·ρ)

33. ГЛАВА 8. УСТРОЙСТВО ЗАЗЕМЛИТЕЛЕЙ

33

34. Потенциалы сложного заземлителя

35.

36.

• 1.7.33.
Выравнивание
потенциалов - снижение разности
потенциалов (шагового напряжения)
на поверхности земли или пола при
помощи защитных проводников,
проложенных в земле, в полу или на
их поверхности и присоединенных к
заземляющему устройству, или
путем применения специальных
покрытий земли.

37. Напряжение шага возле заземлителя

Uш А В
37

38. Напряжение шага в близи места падения провода

38

39. Расчет напряжения шага

Uш Uз β1 β2
• где β1 - коэффициент напряжения шага,
учитывающий форму потенциальной кривой,
β1 = 0,10…0,15;
• β2 - коэффициент, учитывающий падение
напряжения в дополнительных
сопротивлениях цепи человека (сопротивление
пола) (подробнее в методичке №17).
39

40.

В формуле для определения напряжения шага
Uш=Uз∙ β1∙ β2
коэффициент β1 , аналогично коэффициенту α1 для
напряжения прикосновения, показывает напряжение между точками на
поверхности земли, которых касаются ноги
человека, как долю всего потенциала в точке
замыкания - U`ш=Uз∙ β1;
а β2 – ту долю этого напряжения, которая
приходится на человека.
40

41.

Выравнивание потенциалов снижение разности потенциалов
(шагового напряжения) на поверхности
земли или пола при помощи защитных
проводников, проложенных в земле, в
полу или на их поверхности и
присоединенных к заземляющему
устройству, или путем применения
специальных покрытий земли.
• 1.7.33.
41

42. Защитное действие решетки

43. Нормирование напряжений прикосновения и шага по ГОСТ 12.1.038-82

ГОСТ определяет максимально
допустимые напряжения на человеке, в
зависимости от длительности
приложенного напряжения
43

44. ГОСТ 12.1.038-82 Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов

Норми
Предельно допустимые значения, не более, при
руемая
продолжительности воздействия тока t, с
величи 0,01-0,08
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
на
U, B
550
340
160
135
120
105
I, мА
650
400
190
160
140
125
Норми
руемая
величи
на
U, B
I, мА
Предельно допустимые значения, не более, при
продолжительности воздействия тока t, с
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
Св.1,0
95
105
85
90
75
75
70
65
60
50
20
6
44

45.

45

46.

Допустимые напряжения прикосновения, В
по ГОСТ 12.1.038-82
600
500
400
300
200
100
0
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
,с
46

47. Время защитного автоматического отключения для системы TN (ПУЭ Табл. 1.7.1)

Номинальное
Время
фазное напряжение отключения,
Uo , В
с
127
220
380
Более 380
0,8
0,4
0,2
0,1
47

48. Читать методичку Лабораторной работы №17

Письменно, в своем конспекте,
(пригодится на зачете) отвечать
на вопросы методички.
48