Анализ опасности поражения электрическим током в сетях различного назначения

«Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
Лекция № 3

с токоведущими частями, находящимися под напряжением) и случаи косвенного прикосновения

(электрический контакт осуществляется с открытыми токопроводящими частями, оказавшимися под напряжением при повреждении изоляции).

Выделяют следующие режимы работы сети:
– нормальный режим работы электрической сети;
– режим замыкания фазы на корпус электроустановки;
– режим однофазного замыкания на землю.
Наиболее характерные схемы включения человека в цепь тока:
– однофазное прикосновение (при включении человека между одной фазой и землей).
– двухфазное прикосновение (человек оказывается под рабочим напряжением U в однофазной сети или под линейным напряжением Uл в трёхфазной сети, а ток через тело человека Ih ограничивается только его сопротивлением Rh и не зависит от схемы сети и режима нейтрали).
В связи с этим анализ электрических сетей проводится только для режима однофазного прикосновения.

изолированной от земли
Нормальный режим работы
Однофазные сети
Нормальный режим

работы сети – когда электрическая сеть находится в исправном состоянии, замыкания в сети отсутствуют, а человек коснулся одного из проводов сети

изолированной от земли
Нормальный режим работы
Однофазные сети
Т.е. чем

выше значения сопротивления изоляции, тем меньшие значения будут иметь напряжение прикосновения Uпр и ток через тело человека Ih.
Ток 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 сопротивлением изоляции является более опасным.

изолированной от земли
Аварийный режим работы
Аварийный режим работы

сети соответствует такому режиму, когда один из проводов замкнут на землю (ОЗЗ) через сопротивление замыкания, а человек коснулся другого исправного провода сети.

изолированной от земли
Аварийный режим работы
Человек, прикоснувшийся к

исправному проводу, оказывается под напряжением, близким к рабочему напряжению сети, а токоограничивающее действие току будет оказывать только сопротивление тела человека.
Т.е. в аварийном режиме работы изоляция практически не влияет на ток через тело человека, поэтому опасность поражения человека в аварийном режиме работы сети значительно выше, чем в нормальном режиме

с заземлённым проводом
Нормальный режим работы
Нормальный режим работы

сети – когда электрическая сеть находится в исправном состоянии, замыкания в сети отсутствуют, а человек прикоснулся к незаземлённому проводу сети.

с заземлённым проводом
Нормальный режим работы
При малом значении

r0, изоляция не влияет на ток через тело человека и напряжение прикосновения Uпр оказывается равным рабочему напряжению сети. Ток через тело человека Ih зависит только от рабочего напряжения сети и Rh.
Следовательно, прикосновение человека к незаземлённому проводу сети оказывается опасным, даже при высоком сопротивлении изоляции проводов.

с заземлённым проводом
Нормальный режим работы под нагрузкой

с заземлённым проводом
Нормальный режим работы под нагрузкой

Человек при

прикосновении к заземлённому проводу оказывается под напряжением прикосновения, равным потере напряжения в заземлённом проводе на участке от места его заземления (точка а) до места прикосновения (точка б).
Напряжение прикосновения в нормальном режиме работы увеличивается по мере удаления от места заземления провода и достигает максимума в точке в. В случае, если сеть спроектирована с учетом требований ПУЭ в части допустимого отклонения напряжения, то наибольшее значение напряжения прикосновения (точка в) не превысит 5% номинального напряжения сети.

в однофазной двухпроводной сети с заземлённым проводом
Аварийный режим работы сети

(при КЗ) - когда человек касается заземлённого провода сети, ток в проводе возрастает до величины тока однофазного короткого замыкания. В этом случае величина потери напряжения в проводе достигает 100% номинального напряжения сети. При одинаковых сечениях проводов напряжение в точке КЗ (точка г) будет близким к половине номинального напряжения сети.

в однофазной двухпроводной сети с заземлённым проводом
Напряжение

прикосновения зависит от величины тока КЗ и может достигать значения равного половине напряжения сети.
Т.е. в сети с заземлённым проводом сопротивление изоляции практически не влияет на ток через тело человека, прикосновение к незаземлённому проводу сети оказывается более опасным, чем к заземлённому проводнику.
При прикосновении человека к заземлённому проводнику, ток через тело человека зависит от режима работы сети. В аварийном режиме работы прикосновение к заземлённому проводнику более опасно, чем в нормальном режиме.

При проведении анализа принимаются следующие допущения:

1) Внутренние сопротивления источника питания и продольные сопротивления проводников сети малы и поэтому не учитываются.
2) Сопротивления изоляции, как и ёмкости проводов относительно земли, не равны между собой: r1 ≠ r2 ≠ r3 ≠ rN; с1 ≠ с2 ≠ с3 ≠ сN ≠ 0.
3) Замыкание фазы на землю происходит через переходное сопротивление rзм (при коротком металлическом замыкании принимается равным нулю).
4) Тело человека обладает только активным сопротивлением, а сопротивление основания, на котором стоит человек, включая сопротивление обуви равны нулю.

когда электрическая сеть находится в исправном состоянии, замыкания в сети

отсутствуют, а человек коснулся одной из фаз сети

3. Анализ опасности поражения электрическим током в трёхфазной сети

Трехфазные сети

Приведенные выражения для общего случая трёхфазной сети, можно, с

учётом особенностей каждого типа сети, распространить на трёхфазные сети с различными режимами работы нейтрали источника питания.

опасности поражения электрическим током в трёхфазной четырёхпроводной сети с глухозаземлённой

нейтралью

Нормальный режим работы

опасности поражения электрическим током в трёхфазной четырёхпроводной сети с глухозаземлённой

нейтралью

Нормальный режим работы

Человек оказывается под фазным напряжением сети Uф. При условии, что полные проводимости проводов относительно земли малы по сравнению с проводимостью заземления нейтрали, величина тока через тело человека оказывается не зависящей от сопротивлений изоляции и ёмкости проводов относительно земли и ограничивается только сопротивлением тела человека Rh.

L3 на землю, проводимости нулевого и фазных проводников относительно земли

могут быть приняты равными нулю. Тогда:

При аварийном режиме работы сети при прикосновении человека к одной из фаз сети, например к фазному проводнику L1, происходит замыкание одной из других фаз сети, например фазного проводника L3, на землю через малое сопротивление rзм.

опасности поражения электрическим током в трёхфазной четырёхпроводной сети с глухозаземлённой

нейтралью

Аварийный режим работы

Человек оказывается под напряжением, величина которого зависит от сопротивления в месте замыкания. Т.к. rзм и r0 > 0, напряжение, под которым оказывается человек, прикоснувшийся в аварийный период к исправному фазному проводу всегда меньше линейного, но больше фазного напряжения сети (Uф < Uпр < Uл). Наиболее опасным случаем является режим металлического замыкания фазы сети, в этом режиме человек оказывается под линейным напряжением сети, а ток через тело человека ограничивается только его сопротивлением Rh.

опасности поражения электрическим током в трёхфазной четырёхпроводной сети с глухозаземлённой

нейтралью

Режим косвенного прикосновения

опасности поражения электрическим током в трёхфазной четырёхпроводной сети с глухозаземлённой

нейтралью

Режим косвенного прикосновения

опасности поражения электрическим током в трёхфазной четырёхпроводной сети с глухозаземлённой

нейтралью

Режим косвенного прикосновения

В связи с этим в электрических сетях с глухим заземлением нейтрали напряжением до 1000 В защитное заземление корпусов электроустановок является неэффективной мерой защиты и поэтому запрещается его применение в качестве единственной меры защиты от замыкания на корпус электроустановки, но допускается использовать его в качестве дополнительной меры защиты.

опасности поражения электрическим током в трёхфазной сети с изолированной нейтралью
Нормальный

режим работы

опасности поражения электрическим током в трёхфазной сети с изолированной нейтралью
При

нормальной работе сети с изолированной нейтралью, ток через тело человека, прикоснувшегося к одному из фазных проводов, зависит от величин активного и емкостного сопротивлений проводов относительно земли. С увеличением активного сопротивления и уменьшением ёмкости сети величина тока уменьшается.

Нормальный режим работы (сети до 1000 В)

опасности поражения электрическим током в трёхфазной сети с изолированной нейтралью

Таким образом, в сетях малой протяжённости напряжения до 1000 В ток через тело человека зависит только от активного сопротивления изоляции. Поддержание высокого активного сопротивления изоляции приводит к уменьшению величины тока через тело человека в период прикосновения.

Нормальный режим работы (сети до 1000 В) малой протяженности

опасности поражения электрическим током в трёхфазной сети с изолированной нейтралью

Ток через тело человека зависит только от емкостного сопротивления изоляции и даже при идеальной изоляции (r = ∞) прикосновение к токоведущим частям смертельно опасно. Поддержание малой величины ёмкости сети уменьшает величину тока через тело человека в период прикосновения.

Нормальный режим работы (кабельные сети U выше 1000 В) значительной протяженности

опасности поражения электрическим током в трёхфазной сети с изолированной нейтралью
Аварийный

режим работы

опасности поражения электрическим током в трёхфазной сети с изолированной нейтралью

При прикосновении к одной из фаз трехфазной сети с изолированной нейтралью в аварийном режиме работы сети, человек оказывается под напряжением, величина которого зависит от сопротивления в месте замыкания. Т.к. rзм << Rh, то напряжение, под которым оказывается человек, близко к линейному напряжению сети, а ток через тело человека ограничивается только его сопротивлением Rh.

опасности поражения электрическим током в трёхфазной сети с изолированной нейтралью
Режим

косвенного прикосновения

Ток через тело человека зависит от величин активного и емкостного сопротивлений проводов относительно земли, а также от величины сопротивления заземления rз, с уменьшением которого уменьшается и величина тока Ih.