4.4. Способы защиты от поражения электрическим током в электроустановках Общие сведения Существуют следующие способы защиты, применяемые отдельно или в сочетании друг с другом: защитное заземление, зануление, защитное отключение, электрическое разделение сетей разного напряжения, применение малого напряжения, изоляция токоведущих частей, выравнивание потенциалов. В электроустановках (ЭУ) напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью и в ЭУ постоянного тока с изолированной средней точкой применяют защитное заземление в сочетании с контролем изоляции или защитное отключение. В этих электроустановках сеть напряжением до 1000 В, связанную с сетью напряжением выше 1000 В через трансформатор, защищают от появления в этой сети высокого напряжения при повреждении изоляции между обмотками низшего и высшего напряжения пробивным предохранителем, который может быть установлен в каждой фазе на стороне низшего напряжения трансформатора. В электроустановках напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью или заземленной средней точкой в ЭУ постоянного тока применяется зануление или защитное отключение. В этих ЭУ заземление корпусов электроприемников без их заземления запрещается. Защитное отключение применяется в качестве основного или дополнительного способа защиты в случае, если не может быть обеспечена безопасность применением защитного заземления или зануления или их применение вызывает трудности При невозможности применения защитного заземления. зануления или защитного отключения допускается обслуживание ЭУ с изолирующих площадок. Защитное заземление Заземлением (рис. 4.7) называется соединение с землей нетоковедущих металлических частей электрооборудования через металлические детали, закладываемые в землю и называемые заземлителями, и детали, прокладываемые между заземлителями и корпусами электрооборудования, называемые заземляющими проводниками. Проводники и заземлители обычно делаются из низкоуглеродистой стали, называемой в просторечии железом. Заземлители в виде штырей, вбиваемых в землю, называются электродами, и могут быть одиночными или групповыми. Заземлитель имеет характеристики, обусловленные стеканием по нему тока в землю. К характеристикам заземлителя относятся: напряжение на заземлителе; изменение потенциалов точек в земле вокруг заземлителя в зависимости от их расстояния от заземлителя в зоне растекания тока — вид потенциальной кривой; вид линий равного потенциала — эквипотенциальных линий на поверхности земли; сопротивление заземляющего устройства; напряжения прикосновения и шага. На рис. 4.8 показана схема простого заземлителя в виде стержня или трубы, забиваемых в землю и вид потенциальных кривых и эквипотенциальных линий. При расстоянии менее 40 м между одиночными заземлителями в групповом заземлителе их зоны растекания накладываются друг на друга, и получается одна зона растекания группового заземлителя, которой соответствует своя потенциальная кривая. Напряжение прикосновения Напряжением прикосновения называется напряжение на корпусе электрооборудования с поврежденной изоляцией, к которому может прикоснуться человек. Это напряжение зависит от состояния заземления, расстояния между человеком и заземлителем, сопротивления основания, на котором стоит человек. На рис. 4.9, о показано влияние положения человека относительно заземлителя при одиночном заземлителе на величину напряжения прикосновения. Напряжение прикосновения максимально в положении 1 человека, когда он стоит в зоне нулевого потенциала и касается заземленного оборудования; равняется нулю в положении 2, когда человек стоит на заземлителе или его проекции на поверхность земли, в некотором промежуточном положении человека напряжение прикосновения имеет промежуточное значение, которое меняется от О до Uз. На рис. 4.9, б показана зависимость напряжения прикосновения от положения человека при групповом заземлителе. В этом случае Uпp имеет наибольшее значение в положении 1 человека, когда он находится между электродами заземлителя, наименьшее значение в положении 2, когда он стоит на заземлителе или его проекции на поверхность земли, в любом промежуточном положении Uпр изменяется от 6 до максимального значения. При одиночном и групповом заземлителях напряжение прикосновения Напряжение шага Напряжение шага возникает между ногами человека, стоящего на земле, из-за разности потенциалов на поверхности земли при растекании в земле тока замыкания на землю. Напряжение шага отсутствует, если человек стоит или на линии равного потенциала или вне зоны растекания тока, т. е. на расстоянии более 20 м от заземлителя. На рис. 4.10 показана зависимость величины напряжения шага от расстояния между человеком и одиночным заземлите- лем. Напряжение шага наибольшее в положении 1 человека, когда он стоит одной ногой на заземлителе. В положении человека между заземлителем и зоной нулевого потенциала, когда шаг направлен по радиусу к заземлителю, напряжение шага имеет промежуточное значение. Заземление предназначается для устранения опасности поражения человека электрическим током во время прикосновения к нетоковедущим частям, находящимся под напряжением. Это достигается путем снижения до безопасных пределов напряжения прикосновения и шага за счет малого сопротивления заземлителя. Областью применения защитного заземления являются сети переменного и постоянного тока с изолированной нейтралью источника напряжения или трансформатора. Не требуют защитного заземления электроустановки переменного тока напряжением до 42 В и постоянного тока до 110 В. Величина сопротивления заземляющего устройства нормируется «Правилами устройства электроустановок» (ПУЭ). Эта величина для электроустановок до 1000 В с изолированной нейтралью должна быть не более 4 Ом, а если мощность питающих сеть генераторов или трансформаторов, или их суммарная мощность не более 100 кВА, то сопротивление должно быть не более 10 Ом. Для заземления могут быть использованы детали уже существующих сооружений, которые называются естественными заземлителями: металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, находящиеся в соприкосновении с землей; металлические трубопроводы, проложенные в земле, за исключением трубопроводов горючих жидкостей и газов; свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле; обсадные трубы скважин и т. д. Наименьшие размеры электродов искусственных заземлителей: диаметр круглых электродов, мм неоцинкованных................... 10 оцинкованных .................... 6 сечение прямоугольных электродов, мм^2 ... 48 толщина прямоугольных электродов, мм ... 4 толщина полок угловой стали, мм ........ 4 В качестве заземляющих и нулевых (см. ниже) проводников, соединяющих корпуса оборудования с заземлителями, могут применяться: специальные проводники; металлические конструкции оборудования и зданий; стальные трубы электропроводок, алюминиевые оболочки кабелей; металлические открыто расположенные трубопроводы всех назначений, за исключением трубопроводов для горючих жидкостей и газов, канализации и центрального отопления. Запрещается использовать в качестве заземляющих и нулевых проводников алюминиевые провода для прокладки в земле, металлические оболочки трубчатых проводов, несущие тросы тросовой проводки, металлорукава, броню и свинцовые оболочки проводов и кабелей. Минимальные размеры заземляющих и нулевых проводников показаны в табл. 4.2. Таблица 4.2 МИНИМАЛЬНЫЕ РАЗМЕРЫ ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ И НУЛЕВЫХ ПРОВОДНИКОВ Проводники присоединяют к корпусам оборудования сваркой или болтовым соединением с обеспечением доступности для контроля или переделки при ухудшении контакта. Последовательное включение в цепь заземления или зануления отдельных корпусов оборудования запрещается. При монтаже заземляющих устройств монтажной организацией контроль за работами производится со стороны заказчика. При этом отдельно принимаются работы, которые впоследствии будут скрыты, и в это время, а не после, подписываются акты на скрытые работы. Монтажные организации сдают заказчику всю документацию на заземляющие устройства. На каждое устройство заводится паспорт, в котором отмечаются все изменения, результаты осмотров и измерений. При проверке состояния заземления периодически проводятся осмотр видимой части, проверка цепи между заземлителем и заземляемыми элементами, измерение сопротивления заземляющего устройства, выборочное вскрытие грунта для осмотра элементов, находящихся в земле. Измерение сопротивления заземляющего устройства Измерения обычно производят с помощью специального прибора — измерителя заземлений, например, М-416, работающего на принципе амперметра—вольтметра. При измерении сопротивления сложного контура (рис. 4.11, о), имеющего наибольшую диагональ Д, токовый электрод Eт располагают на расстоянии l1 = 2Д от края данного контура, а потенциальный электрод En — поочередно на расстояниях 0,4, 0,6, 0,5l фиксируя показания прибора. Если сопротивления, полученные при установке Еп на расстояниях, 0,4 и 0,6l1 отличаются не более 10%, то принимают значение сопротивления, полученное в положении потенциального электрода на расстоянии 0,5l1 а если различие больше 10%, то или повторяют измерения при увеличении расстояния до Ет в 1.5...2 раза, или производят измерения при изменении направления токового электрода. Для вертикальных электродов, расположенных в ряд и соединенных полосой или для заземлителя, состоящего из полосы, длину полосы принимают за величину Д. Токовый электрод (рис. 4.11, б) располагают на расстоянии от края испытываемого заземлителя: при Д > 40 м l2 = 2Д, при 10 м < Д <= 40 м l2 > 80 м, при Д<= 10 м l2 = 40 м. Потенциальный электрод располагается на расстоянии 0,54. Измерение сопротивления заземления производится, когда оно имеет наибольшие значения: для северных районов и средней полосы — зимой при наибольшем промерзании почвы, для южных районов — когда почва наиболее сухая. Во время приемо-сдаточных испытаний измеренные значения сопротивлении умножают на коэффициент сезонности, который берется из таблицы. Зануление Зануление (рис. 4.12) предусматривает глухое заземление нейтрали источника или трансформатора трехфазного тока, одного вывода источника однофазного тока, наличие нулевого провода и его повторного заземления. Заземление нейтрали источника тока имеет целью понизить напряжение на корпусах оборудования и на нулевом проводе, с которым эти корпуса соединены, до безопасного значения при замыкании фазного проводника на землю, при этом создается путь для тока Iф-з (рис. 4.12). Нулевой защитный проводник предназначен для увеличения тока короткого замыкания lk c целью воздействия этого тока на защиту. Увеличение lк происходит за счет уменьшения сопротивления току при наличии нулевого провода по сравнению с тем, если бы ток шел через землю. Повторное заземление нулевого провода предназначено для снижения напряжения на корпусах оборудования при замыкании фазы на корпус как при исправном, так и при оборванном нулевом проводе. Зануление в электроустановках до 1000 В применяется в 4-проводных сетях с глухозаземленной нейтралью трансфор матора ипи генератора, в сетях с заземленным выводом источника однофазного тока, в сетях с заземленной средней точкой источника постоянного тока. Зануление выполняется в тех же случаях, что и защитное заземление. Предельные величины сопротивлений заземляющих устройств в системе зануления приведены в табл. 4.3. Таблица 4.3 ПРЕДЕЛЬНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ СОПРОТИВЛЕНИЙ ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ В СИСТЕМЕ ЗАНУЛЕНИЯ В качестве нулевых защитных проводников используются нулевые рабочие проводники, за исключением проводников ч передвижным электроприемникам. В цепи нулевых защитных проводников не должно быть аппаратов, разъединяющих эти проводники, в том числе предохранителей. Проверка зануления на соответствие требованиям ПУЭ производится во время монтажа, при сдаче после монтажа и при эксплуатации. Проверяют следующие параметры: сопротивление заземлений нейтрали и повторных; отношение тока однофазного КЗ на корпус и номинального тока плавкой вставки предохранителя или тока уставки автомата на контролируемом участке сети, причем это отношение должно быть не менее 3, а для автоматов только с электромагнитными расцепителями на номинальный ток до 100 А кратность должна быть не менее 1,4 и для автоматов на ток более 100 А — 1,25. Защитное отключение Устройство защитного отключения (УЗО) состоит из чувствительного элемента, реагирующего на изменение контролируемой величины, и исполнительного органа, отключающего соответствующий участок сети. Чувствительный элемент может реагировать на потенциал корпуса, ток замыкания на землю, напряжение и ток нулевой последовательности, оперативный ток. В качестве выключателей могут применяться контакторы, магнитные пускатели, автоматические выключатели с независимым расцепителем, специальные выключатели для УЗО. Назначение УЗО — защита от поражения электрическим током путем отключения ЭУ при появлении опасности замыкания на корпус оборудования или непосредственно при касании тоговедущих частей человеком. УЗО применяется в ЭУ напряжением до 1000 В с изолированной или глухозаземленной нейтралью в качестве основного или дополнительного технического способа защиты, если безопасность не может быть обеспечена путем применения заземления или зануления или если заземление или зануление не могут быть выполнены по некоторым причинам. УЗО обязательно для контроля изоляции и отключения ЭУ при снижении сопротивления изоляции в ЭУ специального назначения, например, в подземных горных выработках (реле утечки). Примером УЗО является защитно-отключающее устройство типа ЗОУП—25, предназначенное для отключения и включения силовых трехфазных цепей при напряжении 380 В и токе 25 А в системах с глухозаземленной нейтралью, а также для защиты людей при касании токоведущих частей или корпусов оборудования, оказавшихся под напряжением. Электрическое разделение сетей Электрическое разделение сетей осуществляется через специальный разделительный трансформатор, который отделяет сеть с изолированной или глухозаземленной нейтралью от участка сети, питающего электроприемник. При этом связь между питающей сетью и сетью приемника осуществляется через магнитные поля, участок сети приемника и сам приемник не связываются с землей. Разделительный трансформатор представляет собой специальный трансформатор с коэффициентом трансформации, равном единице, напряжением не более 380 В, с повышенной надежностью конструкции и изоляции. От трансформатора разрешается питание не более одного приемника с током не более 15 А. В качестве разделительных трансформаторов могут быть использованы трансформаторы понижающие со вторичным напряжением не более 42 В, если они удовлетворяют требованиям к разделительному трансформатору. Использование малого напряжения Малое напряжение (не более 42 В между фазами и по отношению к земле) применяется для ручного инструмента, переносного и местного освещения в любых помещениях и вне их. Оно применяется также в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных для питания светильников местного стационарного освещения, если они расположены на высоте менее 2,5 м. Распространено в применении напряжение 36 В, а в замкнутых металлических емкостях должно применяться напряжение не более 12 В. Выравнивание потенциалов Как известно, напряжение прикосновения или шага получается тогда, когда есть разность потенциалов между основанием, на котором стоит человек, и корпусами оборудования, которых он может коснуться, или между ногами. Если соединить посредством дополнительных электродов и проводников места возможного касания телом человека, то не будет разности потенциалов и связанной с ней опасности. Выравнивание потенциалов корпусов электрооборудования и связанных с ним конструкций и основания осуществляется устройством контурного заземлителя, электроды которого располагаются вокруг здания или сооружения с заземленным или зануленным оборудованием. Внутри контурного заземлителя под полом помещения или площадки прокладываются горизонтальные продольные и поперечные электроды, соединенные сваркой с электродами контура. При наличии зануления контур присоединяется к нулевому проводу. Выравнивание потенциалов корпусов оборудования и конструкций осуществляется присоединением конструкций и всех корпусов к сети зануления или заземления. Выравнивание потенциалов применяется как дополнительный технический способ защиты при наличии зануления или заземления в помещениях с повышенной опасностью или особо опасных. Применение выравнивания потенциалов обязательно в животноводческих помещениях. Устройство выравнивания потенциалов осуществляется по проекту. lib.qrz.ru В России сети 6-35 кВ работают с изолированной нейтралью, если токи замыкания на землю не превышают 10 А для воздушных сетей на железобетонных и металлических опорах, а в кабельных сетях и в воздушных при деревянных опорах не превышают 30А при U=6 кВ, 20А при U=10 кВ и 10А при U=35 кВ [1, п. 1.2.16], [25, п.2.8.13]. Главное достоинство таких сетей – обеспечение бесперебойного электроснабжения потребителей при однофазных замыканиях на землю, которые составляют до (70-80) % от всех видов повреждений. Сначала рассмотрим сопротивления и проводимости линий электропередачи. Провода линий электропередач переменного тока обладают продольными активными и индуктивными сопротивлениями rл и xл, а также поперечными активными и емкостными проводимостями gл и bл. Для изображения ких линий на схемах замещения применяют П-образные или Г-образные схемы замещения (рисунок 7.8, а). Активное сопротивление проводов переменному току при частоте 50 Гц практически равно омическому сопротивлению постоянному току. Оно зависит от сечения и материала провода и определяется по формулам курсов физики и электротехники. Индуктивное сопротивление линии не зависит от материала и сечения провода и зависит только от взаимного расположения фазных проводов. Для воздушных линий (ВЛ) индуктивное сопротивление изменяется от 0,37 до 0,47 Ом/км, а для кабельных линий (КЛ) от 0,07 до 0,1 Ом/км. В приближенных расчетах допускается принимать ХЛ=0,4 Ом/км для ВЛ и ХЛ=0,08 Ом/км для КЛ. Рисунок 7.8 – Схемы замещения однофазной линии электропередачи Активная поперечная проводимость обусловлена несовершенством изоляции КЛ и ионизацией воздуха (коронированием) вблизи проводов ВЛ и представляет собой величину, обратную сопротивлению утечки. В практических расчетах нормального режима поперечная активная проводимость КЛ и ВЛ обычно не учитывается (рисунок 7.8, б). Емкостная поперечная проводимость обусловлена наличием емкостных связей между проводом и землей, а также между фазами. Емкостная проводимость играет большую роль как при включении линии под напряжение, так и при замыканиях одной из фаз на землю. Рассмотрим ее подробнее. Схема замещения трехфазной ВЛ из конденсаторов с ёмкостями фаз относительно земли САЗ, СВЗ, ССЗ и между фазами САВ, СВС, ССА, показана на рисунке 7.9, а. Рисунок 7.9 – Эквивалентные схемы замещения с ёмкостными проводимостями: а) для несимметричных трёхфазных ЛЭП, б) для симметричных трёхфазных ЛЭП. В общем случае емкости отдельных фаз по отношению к земле могут отличаться из-за разного расстояния фазных проводов до земли. В инженерных расчетах трехфазные линии принимаются симметричными (рисунок 7.9, б). Для симметричных трёхфазных линий имеют место равенства САВ = СВС = ССА = СМ, где СФ - емкость фазного провода по отношению к земле; СМ - междуфазная емкость; С0 – ёмкость нулевой последовательности, которая для симметричной линии равна емкости фазного провода по отношению к земле. Значения удельных значений фазных емкостей СУД указаны в справочниках. Чем длиннее линия, тем ее емкость больше ее емкость по отношению к земле: Рассмотрим свойства сетей с изолированной нейтралью на примере электрической сети с одной линией электропередачи (рисунок 7.10). Рисунок 7.10 – Фрагмент электрической сети с изолированной нейтралью Электрическая сеть изолирована от земли и не имеет ни одной точки связи с землей. В нормальном режиме по линии протекает ток нагрузки IН, обусловленный передачей мощности в нагрузку (рисунок 7.10. а). Однако если отключить нагрузку выключателем Q в конце линии (рисунок 7.10. б), то по фазным проводам линии будет протекать небольшие токи IС (рисунок 7.10, б). Эти токи называют емкостными или зарядными токами линии. Объясняются они наличием емкостей фазных проводов линии по отношению к земле. На рисунке 7.9, а эти емкости обозначены САЗ, СВЗ, ССЗ, на рисунке 7.10, в они обозначены СА, СВ и СС. В реальной сети емкости распределены равномерно по всей длине линии. Для удобства анализа распределенные емкости фаз относительно земли на схемах замещения изображают в виде сосредоточенных емкостей. Схема замещения линии с отключенной нагрузкой приведена на рисунке 7.9, б. Ток в линии при отключенной нагрузке определяется только емкостной проводимостью. При этом продольной сопротивления практически не влияют на величину емкостного тока и их на схеме замещения не изображают (рисунок 7.9, в и рисунок 7.10, в)). В нормальном режиме напряжения фаз сети по отношению к земле UА, UВ и UС равны соответствующим фазным напряжениям по отношению к нейтрали трансформатора UАN, UВN и UСN. Векторы этих напряжений образуют симметричную звезду, а напряжение нейтрали по отношению к земле UNЗ равно нулю (рисунок 7.11). Рисунок 7.11 – Векторная диаграмма напряжений и емкостных токов в нормальном режиме Емкостное сопротивление фаз по отношению к земле, равное х=1/(ωС), в тысячи раз больше продольных активных и индуктивных сопротивлений воздушной или кабельной линии. Поэтому величина зарядного тока линии практически не зависит от продольных сопротивлений линий и определяется только поперечной емкостной проводимостью. При равных фазных напряжениях UА= UВ = UС= UФ емкостные токи фаз также равны между собой IС,А = IС,В = IС,С = Uф·ω·C (7.3) Зарядные токи носят емкостной характер. На векторной диаграмме (рисунок 7.11) векторы зарядных токов опережают векторы соответствующих фазных напряжений на 90о. По сравнению с током нагрузки зарядный ток мал, в нормальных режимах работы заметного влияния на работу сети не оказывает и в расчетах нормального режима не учитывается. Поэтому на рисунке 7.10, а он не показан. Предположим теперь, что в какой-либо точке сети произошло замыкание одной фазы на землю, например, из-за нарушения (пробоя) изоляции. Для упрощения анализа предположим, что замыкание на землю металлическое, то есть без переходного сопротивления в месте повреждения (рисунке 7.12). Рисунок 7.12. Пути протекания токов замыкания на землю в сети с одной линией Из схемы рисунка 7.12 наглядно видно, что сеть имеет только одну точку связи с землей. Это значит, что замыкание одной фазы на землю не привело к образованию короткозамкнутого контура. Это первое важное свойство сетей с изолированной нейтралью. Из него следует, что в сети с изолированной нейтралью при замыкании на землюодной фазыне возникает ток короткого замыкания. Поэтому замыкание на землю в сети с изолированной нейтралью нельзя называть коротким замыканием. По общепринятой технической терминологии его называют «простым замыканием на землю» или просто «замыканием на землю», без добавки «короткое». Несмотря на то, что замыкание одной фазы на землю не приводит к образованию короткозамкнутых контуров, ток на землю в месте повреждения все же возникает. Он, как и зарядный ток, обусловлен емкостными проводимостями фаз сети относительно земли и носит емкостной характер. Рассмотрим пути протекания и величину тока замыкания на землю в месте повреждения. Допустим, что в точке К произошло замыкание на землю фазы А (рисунок 7.12). Тогда ток в месте повреждения протекает по двум контурам: - в одном конуре (точка К – земля – емкость СВ – провод фазы В – фаза В трансформатора – нейтраль N – фаза А трансформатора – провод фазы А до точки замыкания К) под действием междуфазного напряжения АВ: - в другом (точка К – земля – емкость СС – провод фазы С – фаза С трансформатора – нейтраль N – фаза А трансформатора – провод фазы А до точки замыкания К) - под действием междуфазного напряжения АС. При этом ток в месте повреждения IЗ равен векторной сумме токов IС,В и IС,С двух контуров и определяется выражением где UВА и UСА – междуфазные напряжения фаз В и С относительно поврежденной фазы А. Векторная диаграмма напряжений и токов при замыкании на землю показана на рисунке 7.13. Рисунок 7.13 – Векторная диаграмма напряжений и емкостных токов при металлическом замыкании на землю фазы А Векторная сумма двух междуфазных напряжений UВА и UСА по величине равна утроенному фазному напряжению относительно нейтрали и направлена противоположно вектору напряжения поврежденной фазы А При этом для тока в месте замыкания из (7.4) получаем Таким образом, ток замыкания на землю в месте повреждения всего лишь в три раза превышает емкостной зарядный ток одной фазы нормального режима. Это означает, что емкостной ток в месте повреждения несущественно отличается от зарядного тока линии и не может называться током короткого замыкания. Векторная диаграмма напряжений и токов на рисунке 7.13 была получена для сети с одной линией на рисунке 7.12. Если электрическая сеть содержит несколько линий электропередачи, то векторная диаграмма и не изменится, только вместо емкостных токов IС,В и IС.С фаз В и С одной линий будут суммарные токи ΣIС,В и ΣIС.С фаз В и С всех линий электрической сети. При этом в знаменателе выражений (7.4) и (7.5) будет эквивалентное емкостное сопротивление всей электрической сети: где эквивалентное емкостное сопротивление всей электрической сети где ΣСФ – суммарная емкость всех линий электрической сети. Пути протекания емкостных токов при ЗНЗ в сети с двумя линиями показаны на рисунке 7.14. Рисунок 7.14. Пути протекания токов замыкания на землю в сети с двумя линиями При замыкании на землю на линии Л2 в неповрежденных фазах каждой из линий Л1 и Л2 протекают емкостные токи IсЛ1 и IсЛ2, обусловленные емкостями СЛ1 и СЛ2 соответствующей линии. Ток в месте повреждения равен сумме емкостных токов всех линий сети. В инженерной практике для вычисления емкостных токов в месте повреждения в сетях любой конфигурации применяется формула [24] где UСР.НОМ – среднее номинальное напряжение сети; lК (lВ) -суммарная длина кабельных (воздушных) линий сети. При суммарной длине КЛ l1=1,0 км и длине воздушных линий сети 35 км ток замыкания на землю в сети напряжением 10 кВ составит всего 2.1 А Так как ток замыкания на землю мал, то малы и емкостные токи в фазных проводах электрической сети. При этом токи в фазных проводах ЛЭП определяются в основном токами нагрузки и практически при замыкании на землю не изменяются. При этом практически не изменяются потери напряжения в сети, а, следовательно, не изменяются ни фазные напряжения сети по отношению к нейтрали, ни линейные напряжения сети. Отсюда следует следующее важное свойство сетей с изолированной нейтралью: при замыкании фазы на землютреугольник линейных напряжений в сети, в том числе и на вводах потребителя не изменяется. Из перечисленных свойств сети с изолированной нейтралью следует, что при однофазных замыканиях на землю режим работы электроприемников в сети не изменяется. Поэтому замыкание на землю в сетях с изолированной нейтралью считается не аварийным, а лишь ненормальным режимом, при возникновении которого сеть и поврежденная линия могут оставаться включенными и в течение некоторого времени продолжать работу. Питание потребителя при этом не прерывается. Таким образом, достоинствамисетей с изолированной нейтралью с точки зрения надежности электроснабжения являются: - замыкание одной фазы на землю не приводит к образованию короткозамкнутых контуров, при этом при замыкании на землю не возникает токов короткого замыкания; - при замыкании фазы на землю треугольник линейных напряжений в сети, в том числе и на вводах потребителя, не изменяется, при этом токи, потребляемые электроприемниками из сети, также не изменяются; - так как ни напряжения, ни токи электроприемников не изменяются, то питание потребителей при однофазных замыканиях на землю не прерывается, причем режим работы электроприемников электроэнергии при однофазных замыканиях на землю не изменяется. Поэтому замыкание одной фазы на землю не является КЗ и не является аварийным режимом. Это ненормальный режим работы сети, при котором поврежденную линию можно не отключать релейной защитой. Учитывая, что замыкание на землю является самым распространенным видом повреждения в распределительных сетях (доля этих повреждений в сетях 6-35 кВ составляет до 75% и более от общего числа повреждений), сохранение в работе поврежденной линии и бесперебойное электроснабжение при замыканиях на землю являются важнейшими достоинствами сетей с изолированной нейтралью. Поэтому в нашей стране они получили широкое распространение для распределительных сетей напряжением 6-35 кВ всех промышленных предприятий, в том числе для сетей нефтяных промыслов, НПС, нефтеперерабатывающих заводов и т.д. В то же время сети с изолированной нейтралью имеют ряд недостатков. Рассмотрим их. infopedia.su Анализ сводится к определению значения Ih в различных условиях, в которых может оказаться человек при эксплуатации электрических сетей электроустановок. а) При двухфазном прикосновении – человек попадает под линейное напряжение и путь тока через тело человека наиболее опасен (рука – рука). Ток не зависит от схемы сети, режима нейтрали и зависит только от Uсети и Rh человека. Ih = Uл/Rh = Это наиболее опасный случай, но происходит редко (как правило, при неисправных электрозащитных средствах, при не огражденных неизолированных токоведущих частях). б) Однофазное прикосновение происходит чаще и менее опасно двухфазного т.к. зависит от схемы сети, нейтрали, rиз , Сфаз относительно земли. Rиз и С фаз относительно земли равномерно распределены по всей длине провода. Для расчетов принимают проводимости и емкости сосредоточенными. В общей форме Ih: Где: Y0=g0+jb0 – полная проводимость нейтрали Y=g+jb – полная проводимость фаз Gh=1/Rh – проводимость человека Yзм=g’=1/rзм – проводимость замыкания на землю В нашей стране при напряжении до 1000 В применяют две схемы: 1) трех проводная с изолированной нейтралью – 36, 42, 127, 220, 380, 660В. 2) четырех проводная с заземленной нейтралью – 220/127, 380/220, 660/380В. Наиболее распространена сеть 380/220В. Трех проводная с глухо заземленной нейтралью и четырех проводная с изолированной нейтралью не применяется т.к. при замыкании на землю невозможно обеспечить безопасность человека обычными способами (заземлением, занулением). 1. 3-х фазная сеть с изолированной нейтралью в нормальном режиме. В этом случае в формуле (*) Y0=0, т.е. нейтраль отсутствует или не связана с землей. Ток протекающий через человека тем меньше, чем больше Z, т.е. чем лучше изоляция. Частные случаи: а) Короткие ВЛ, емкость С невелика, поэтому можно принять Z = r. В кабельных сетях С не пренебрегают. б) Разветвленные сети с большим числом потребителей имеют значение С>0,1мкФ на фазу и малое Rиз поэтому может оказаться, что Z<<Rh, при этом Ih=Uф/Rh Т.е. роль rиз заметно теряется. 2. Трехфазная сеть с изолированной нейтралью в аварийном режиме. Третья фаза замкнута на землю через rзм ,т.к. rзм <<Rh, то При rзм <<Rh U≈√3 Uф=Uлин Выводы: 1) В нормальном режиме, чем лучше качество изоляции, тем меньше Ih, Uпр=Uф. 2) В аварийном режиме при прикосновении человека к исправной фазе Uпр значительно больше Uф, но чуть меньше линейного. Защитная роль изоляции исчезает. 3. 3-х фазная сеть с глухо заземленной нейтралью в нормальном режиме. Согласно ПУЭ r0 меньше или равно 10 Ом следовательно Rh>>r0 следовательно Uпр≈Uф. 4. 3-х фазная сеть с глухо заземленной нейтралью в аварийном режиме. Если rзм → 0 Uпр → Uф Если r0 → 0 Uпр → Uф. Выводы: 1) При прикосновении в нормальном режиме человек оказывается практически под Uф. Не зависит от Zиз фаз относительно земли (как в сети с изолированной нейтралью). Следовательно, этот случай более опасен, чем нормальный режим в сети с изолированной нейтралью. 2) В аварийном режиме если r0 →0 , то Uпр→Uф; если rзм →0 Uпр→ Uл , но т.к. они отличны от 0 то Uф<Uпр<Uл. Этот режим менее опасен, чем аналогичный в сети с изолированной нейтралью т.к. там Uпр близко Uл, и всегда значительно больше Uф. 3) Положительные свойства в нормальном режиме проявляются в сети с изолированной нейтралью, а в аварийном режиме в сети с глухозаземленной нейтралью. В некоторых странах, например в Австралии имеются сети сочетающие оба этих положительных свойства, т.е. сети с переменным режимом нейтрали. При нормальном режиме сеть изолирована, а в момент аварии она автоматически заземляется. xn----8sbnaarbiedfksmiphlmncm1d9b0i.xn--p1ai В сети с изолированной нейтралью нулевая точка трансформатора "О" не присоединена к заземляющему устройству или присоединена через приборы, имеющие большое сопротивление. Если человек прикоснется к двум фазам (рисунок 3.1,а), то напряжение прикосновения будет равно линейному напряжению сети. Если же человек прикоснется к одной фазе (рисунок 3.1,б) или к корпусу электроустановки в случае замыкания фазы на корпус (рисунок 3.4,в), то через человека потечет ток Сопротивление изоляции Согласно правилам устройства электроустановок (ПУЭ) [1] при линейном напряжении Например: Рисунок 3.1 - Схемы возможного поражения человека электрическим током в сети с изолированной нейтралью: г - сопротивление изоляции воздушной линии электропередачи; д - сопротивление изоляции кабельной линии Задача 3.1.1 Для откачивания воды из карьера используется насос. Электродвигатель насоса подключен на три фазы к сети через предохранители. Сеть с изолированной нейтралью, линейное напряжение 380 В. Защитное заземление отсутствует. Фаза “А” сети оборвана и касается земли. Сопротивление фазы “А” относительно земли (сопротивление изоляции) Rиз = 200 Ом. Сопротивление прохождению тока каждой из фазных проводов (A, B и C) Ra = Rb = Rc = 2 Ом. Фаза “С” двигателя касается корпуса двигателя насоса, т.е. на корпусе насоса появилось напряжение. Человек стоит на земле и одной рукой касается насоса. Сопротивление тела человека прохождению тока Rчел = 1 кОм, сопротивление обуви Rобуви = 4 кОм, сопротивление пола Rпол = 0. Нарисовать электрическую схему, показать путь тока, рассчитать ток, проходящий через предохранитель Iпред и ток, протекающий через тело человека Iчел. Сделать вывод об опасности поражения человека током. Решение Рисунок 3.2 – Электрическая схема воздействия тока на человека Ток, протекающий через предохранитель и через тело человека, проходит по цепи: трансформатор (фаза “C”), фазный провод, предохранитель фазы “C”, тело человека, обувь, земля, оборванный провод фазы “A”, трансформатор (фаза “A”): Iпредохр = Iчел = Uл / (Rпров.C+ Rчел+ Rобуви + Rпола + Rиз + Rпров.A) , где Iпредохр– ток, проходящий через предохранитель фазы “C”, A; Iчел– ток, проходящий через человека, A; Uл – линейное напряжение в сети, В; Rпров.C – сопротивление провода фазы “C”, Ом; Rчел – сопротивление тела человека, Ом; Rобуви – сопротивление обуви, Ом; Rпола – сопротивление пола, Ом; Rиз – сопротивление изоляции фазы “A” относительно земли, Ом; Rпров.A – сопротивление провода фазы “A”, Ом Iпредохр = Iчел = 380 / (2+1000+4000+0+200+2) = 0,073 А = 73 мА. При токе 73 мА предохранитель не сгорит, у человека будут судороги рук и через несколько секунд может возникнуть фибриляция сердца и наступить клиническая смерть. Электротехнический-портал.рф. С изолированной нейтралью схема
4. Электробезопасность
Токи замыкания на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью. Достоинства электрических сетей с изолированной нейтралью.
= С0;
, (7.4)
(7.5)
, (7.6)
, (7.7)
, (7.8)§5. Сравнительный анализ опасности трехфазных сетей с изолированной и глухо-изолированной нейтралью напряжением до 1000 В.
Uф/Rh
=Uл
§4. Анализ опасности однофазных сетей переменного тока.< Предыдущая
Следующая >§6. Анализ опасности в сетях напряжением выше 1000В.
С изолированной нейтралью
. (3.1)
- это сопротивление опоры и изоляторов (рисунок 3.1,г) или сопротивление изоляции кабеля (рисунок 3.1,д), а также емкостное сопротивление проводов относительно земли.
= 380 В сопротивление изоляции фаз должно быть не менее 0,5 МОм. Поэтому при хорошей изоляции ток 
будет очень маленьким, и человеку будет абсолютно безопасно прикосновение к одной фазе или к корпусу электроустановки. Однако при низком сопротивления изоляции (мокрая опора, разбитый изолятор, обрыв провода и падение его на землю и т.п.) - появляется опасность. = 380 В, = 2 кОм, 
= 0, 
= 0, то = 380/(1000 + 0 + 0 + 2000) = 0,126 А, т.е. смертельно опасно.
Похожие статьи:
poznayka.org
Поделиться с друзьями: