Виды электросетей переменного тока

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 3Следующая ⇒

Согласно НПАОП 40.1-1.32-01. «Правила устройства электроустановок. Электрооборудование специальных установок» (ПУЭ) по условиям электробезопасности все электроустановки подразделяются на:

- электроустановки напряжением до 1 кВ в электрических сетях с глухозаземленной нейтралью;

- электроустановки напряжением до 1кВ в электрических сетях с изолированной нейтралью;

- электроустановки напряжением выше 1 кВ в электрических сетях с глухозаземленной или эффективно заземленной нейтралью (с большими токами замыкания на землю);

- электроустановки напряжением выше 1 кВ в сетях с изолированной, компенсированной и (или) соединенной через резистор нейтралью (с малыми токами замыкания на землю).

Приступая к анализу электробезопасности электрических сетей, питающих различные потребители электроэнергии напряжением до 1 кВ, необходимо, прежде всего, рассмотреть их классификацию. В современной нормативно-технической документации все электроустановки напряжением до 1кВ рассматриваются как системы различных типов. Под системой следует понимать совокупность источника электроэнергии, питающей линии и потребителя электроэнергии.

Термином “ питающие электрические сети ” обозначается составная часть системы, включающая источник электроэнергии и питающие линии.

Питающие сети различаются по типам:

- систем токоведущих проводников;

- систем заземления.

Существуют следующие т ипы систем токоведущих проводников переменного тока:

- однофазные двухпроводные;

- однофазные трехпроводные;

- двухфазные трехпроводные;

- двухфазные пятипроводные;

- трехфазные четырехпроводные;

- трехфазные пятипроводные.

Системы заземления могут быть следующих типов: TN-S, TN-C, TN-C-S, IT, TT.

Система TN – система, в которой нейтраль источника электроэнергии глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки присоединены к глухозаземленной нейтрали (занулены) при помощи нулевых защитных проводников.

В приведенном определении использован ряд терминов.

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 человека 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.

Нулевой рабочий проводник (N – проводник) – нулевой проводник в электроустановках напряжением до 1 кВ, предназначенный для питания электроприемников.

Нулевой защитный проводник (PE – проводник) – нулевой проводник в электроустановках напряжением до 1 кВ, предназначенный для присоединения к открытым проводящим частям с целью обеспечения электробезопасности.

Рассмотрим классификацию и схемы электрических систем с напряжением до 1000 В.

Система TN-C – система TN, в которой нулевой защитный и нулевой рабочий проводники совмещены в одном проводнике на всем ее протяжении (см. рис. 3). При этом совмещенный нулевой и рабочий провод обозначается символом PEN.

Рисунок 3 - Система TN-C

Система TN-S – система TN, в которой нулевой защитный и нулевой рабочий проводники разделены на всем ее протяжении (см. рис.4).

Рисунок 4 - Система TN-S

Система TN-C-S – система TN, в которой функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников совмещены в одном проводнике в какой-то ее части, начиная от источника электроэнергии (см. рис. 5).

Рисунок 5 - Система TN-C-S

Система IT – система, в которой нейтраль источника электроэнергии изолирована от земли или заземлена через приборы или устройства, имеющее большое сопротивление, а открытые проводящие части электроустановки заземлены (см. рис. 6). В этом случае защитный заземляющий проводник обозначается так же, как и нулевой защитный проводник, т.е. PE – проводник.

Рисунок 6 - Система IT

Система TT – система, в которой нейтраль источника электроэнергии глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки заземлены при помощи заземляющего устройства, электрически независимого от глухозаземленной нейтрали источника (на рис. не показана).

2.3.3 Анализ опасности 3-фазной 3-проводной сети переменного тока напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью при неполном замыкании на землю (система IT)

Как правило, такие сети имеют малую длину (кабельные не более 100 м, воздушные не более 1 км). Из-за этого их емкостью относительно земли можно пренебречь.

На рис. 7 показаны: электрическая схема (а), векторная диаграмма до включения человека (б) и векторная диаграмма после включения человека (неполного замыкания фазы на землю).

А б в

Рисунок 7 – Система IT в нормальном режиме

Для схемы на рис. 7. б, когда сеть исправна (), векторная диаграмма центрально симметрична. Потенциал нейтрали (точка «0») совпадает с потенциалом земли. Значения фазных напряжений равны (). Токи утечки, протекающие через сопротивления изоляции , будут соответственно, равны

; ; . (1)

После включения человека (например, при касании к оголенному проводу 1-й фазы) симметрия нарушится, и сопротивление между этой фазой и землей изменится:

. (2)

При уменьшении сопротивления между проводом фазы и землей, «земля» на векторной диаграмме сместится в направлении вектора данной фазы. В данном случае вдоль вектора (см. рис. 7. в). Напряжения фаз относительно земли будут, соответственно, равны: . - напряжение нейтрали относительно земли.

Для данного состояния сети справедливы следующие выражения:

; . (3)

Запишем 1-й закон Киргофа для узла токов («земля»):

, (4)

где ; ; ; . (5)

Учтем, что

, (6)

. (7)

Решив уравнения (4; 5; 6; 7) совместно относительно , получим выражения для тока через тело человека

. (8)

Проделаем этот вывод.

Подставим это выражение в выражение для тока через тело человека.

Подставим в выражение (8) характерные значения напряжений и сопротивлений и убедимся, что минимальным сопротивлением изоляции в сети с напряжением до 1000 В должна быть величина 500 кОм, при которой величина тока не превышает 6 мА (меньше порогового неотпускающего тока)

Из выражения (5) вытекают следующие выводы:

- на исход поражения человека электротоком влияют: фазное напряжение, сопротивление тела человека и сопротивления изоляции фаз относительно земли (в том числе емкостные сопротивления);

- сопротивление изоляции каждой фазы относительно земли должно быть не менее 500 кОм;

- для снижения опасности поражения электротоком необходимо, чтобы кожа человека была чистой, сухой и не имела повреждений. Не допускаются к работе люди больные и находящиеся в состоянии алкогольного опьянения.

- в качестве дополнительных мер защиты следует применять диэлектрические коврики, щиты, перчатки, боты, инструмент с надежной изоляцией рукояток.

2.3.4 Анализ опасности 3-фазной 3-проводной сети переменного напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью при глухом замыкании на землю (система IT)

Состояние сети в нормальном режиме работы рассмотрено в предыдущем вопросе (см. рис. 7. б). На рис. 8 показаны: электрическая схема (а) и векторная диаграмма (б) после касания человека к фазе 1 и глухого замыкания фазы 2 на землю. Последнее условие означает, что сеть находится в аварийном режиме.

А б

Рисунок 8 - Система IT в аварийном режиме

Как отмечалось выше, при уменьшении сопротивления между проводом фазы и землей, «земля» на векторной диаграмме сместится в направлении вектора данной фазы. В данном случае «земля» сместится одновременно вдоль векторов и . Причем в направлении это смещение значительно преобладает. Это обусловлено тем, что сопротивление замыкания провода фазы на землю как правило значительно меньше сопротивления тела человека(). Напряжение, приложенное к телу человека, обозначено .

Пренебрегая проводимостью тела человека по сравнению с проводимостью замыкания, можно считать, что . То есть к телу человека приложено линейное напряжение. Ток через тело человека равен

. (9)

При фазном напряжении 220 В через тело человека течет ток, превышающий пороговый фибрилляционный:

Из выражения (9) вытекают следующие выводы:

- на исход поражения человека электротоком влияют: линейное напряжение и сопротивление тела человека;

- допускается эксплуатировать только исправную сеть. Для этого необходим постоянный контроль изоляции сети;

- в качестве мер защиты следует применять диэлектрические коврики, щиты, перчатки, боты, инструмент с надежной изоляцией рукояток.

2.3.5 Анализ опасности 3-фазной 4-проводной сети переменного тока напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью (системы TN-C, TN-S, TN-C-S) при неполном замыкании на землю

На рис. 9 показаны: полная электрическая схема сети (а), векторная диаграмма напряжений до включения человека (б), упрощенная (эквивалентная) электрическая схема сети (в) и векторная диаграмма напряжений после касания человека к проводу 1-й фазы (г).

А б в г

Рисунок 9 - Система TN-C в нормальном режиме

При касании человека к проводу 1-й фазы через его тело потечет ток.

Напряжение 1-й фазы делится между двумя резисторами и пропорционально их сопротивлениям (см. рис. 9 в).

Ток, протекающий через тело человека, равен

. (10)

Сопротивлением заземления нейтрали в данном случае можно пренебречь, т. к. .

Подставив в формулу (10) реальные числовые значения, получим

Полученное значение превышает пороговый фибрилляционный ток. Т. е. данная ситуация для человека смертельно опасна! Однако фибрилляция наступает не всегда. Это объясняется двумя причинами:

- протекание тока не всегда приходится на фазу «Т» кардиоцикла (человек может успеть разорвать цепь до ее наступления);

- сопротивление тела человека в реальных ситуациях часто превышает 1000 Ом, хотя в теоретических расчетах принимается таким.

2.3.6 Анализ опасности 3-фазной 4-проводной сети переменного тока напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью (системы TN-C, TN-S, TN-C-S) при глухом замыкании на землю

На рис. 10 показаны: полная электрическая схема системы TN-C (а), ее упрощенная (эквивалентная) электрическая схема (в) и векторная диаграмма напряжений после касания человека к проводу 1-й фазы и глухого замыкания фазы 2 на землю. Последнее условие означает, что сеть находится в аварийном режиме.

А б в

Рисунок 10 – Система TN-C в аварийном режиме

Ток фазы 2 протекает через фазный провод, сопротивление замыкания , землю, сопротивление заземления нейтрали , нейтраль и обмотку трансформатора, которая является источником напряжения в данной цепи.

Напряжение фазы 2 делится на две величины пропорционально сопротивлениям и (см. рис. 10. б)

. (11)

Отложим их на векторной диаграмме (см. рис. 10. в). «Земля» находится между ними. Напряжение прикосновения может быть рассчитано

. (12)

Переходя от векторной формы к скалярной, получим

. (13)

Если принять, что (), то . Напряжение прикосновения будет равно линейному напряжению

. (14)

Если принять, что , то . В этом случае человек окажется под фазным напряжением

. (15)

В действительности сопротивления и никогда не равны нулю. Поэтому реальное значение напряжения прикосновения больше фазного, но меньше линейного значения

. (16)

На основании сказанного можно сделать следующие выводы:

- ток через тело человека не зависит от емкостей фаз и токов утечки фаз на землю (при условии, что их комплексные сопротивления намного больше сопротивления заземления);

- прикосновение к фазе в аварийном режиме сети более опасно, чем в нормальном;

- при касании человека к фазе в аварийном режиме он оказывается под меньшим напряжение, чем в сети с изолированной нейтралью;

- в целях безопасности необходимо, чтобы сопротивление заземления было минимальным и никогда не превышало допустимого значения. Для этого необходим его периодический контроль и профилактика.

Дата добавления: 2015-12-17; просмотров: 22; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 123 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!