Методические указания к лекции по учебной дисциплине «Электробезопасность»

Ставропольский государственный аграрный университет

Электроэнергетический факультет

Кафедра электроснабжения и эксплуатации электрооборудования

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛЕКЦИИ

по учебной дисциплине «ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ»

для студентов специальностей:

110302.65 – «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства»

110300.62 - «АГРОИНЖЕНЕРИЯ»

140211 – «ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ»

140200 – «ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА»

ТЕМА № 2 Защита от поражения электрическим током

ЛЕКЦИЯ № 7 Опасность прикосновения к токоведущим частям электрооборудования в трёхфазных сетях

Ставрополь 2010г.

Учебные и воспитательные цели:

ЗНАТЬ условия поражения работников при прикосновении к токоведущим частям электроустановок;

ЗНАТЬ причины поражения людей током в трехфазных электрических сетях;

ИМЕТЬ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ об опасности поражения током в трехфазных электрических сетях переменного тока

ВРЕМЯ: 90 мин.

Учебно-методическое обеспечение

Комплект учебной литературы по дисциплине.

Плакаты и стенды по теме № 2.

Распределение времени лекции

Введение 5мин

1.  Системы TT и IT заземления электроустановок 30мин

2.  Опасность поражения работников током в

электрических сетях напряжением выше 1кВ 25мин

3.  Анализ опасности поражения людей током в

трехфазных электрических сетях 25мин

Заключение 5мин

Содержание лекции

Введение

В главе 1.7 ПУЭ даны рекомендации по использованию электрических сетей с системами ТN, ТТ и IT. Так для электроустановок напряжением до 1кВ жилых, общественных и промышленных зданий, а также наружных установок, как правило, должны использоваться источники питания с глухозаземленной нейтралью с применением системы ТN.

Требования к выбору систем заземления для конкретных электроустановок приведены в соответствующих главах ПУЭ. Например, электроснабжение животноводческих помещений следует, как правило, выполнять от электрической сети напряжением 380/220В. При этом для защиты людей и животных рекомендуется использовать систему ТN – C - S. Разделение РЕN - проводника на нулевой защитный (PE) и нулевой рабочий (N) проводники рекомендуется выполнять на вводном щитке. При питании таких объектов от пристроенных трансформаторных подстанций должна применяться система ТN - S, при этом нулевой рабочий проводник (N) должен иметь изоляцию равноценную изоляции фазных проводов на всем его протяжении.

Систему ТТ рекомендуется применять при недопустимости перерыва электропитания при первом замыкании на землю. В этом случае для защиты персонала должно быть выполнено защитное заземление в сочетании с постоянным контролем изоляции (ПКИ) или применением устройства защитного отключения (УЗО) с отключающим током не более 30мА.

Для электроустановок напряжением до 1кВ с глухозаземленной нейтралью использовать систему ТТ допускается только в тех случаях, когда условия электробезопасности в системе ТN не могут быть обеспечены, например, если не может быть обеспечено требование ПУЭ по времени защитного автоматического отключения, достаточного для обеспечения электробезопасности персонала.

1 Системы TT и IT заземления электроустановок

В главе 1.7 ПУЭ рассмотрены сети систем ТТ и IT, используемые, как правило, в качестве систем заземления электроустановок напряжением выше 1кВ.

Рассмотрим систему IT (рисунок 1).

Рисунок 1 - Система IT переменного тока. Открытые проводящие части электроустановки заземлены. Нейтраль источника питания изолирована от земли или заземлена через большое сопротивление:

1 - сопротивление заземления нейтрали источника питания (если имеется); 2 - заземлитель; 3 - открытые проводящие части; 4 - заземляющее устройство электроустановки

Оценим систему ТТ (рисунок 2).

Рисунок 2 - Система ТТ переменного тока. Открытые проводящие части электроустановки заземлены при помощи заземления, электрически независимого от заземлителя нейтрали:

1 - заземлитель нейтрали источника переменного тока; 2 - открытые проводящие части; 3 - заземлитель открытых проводящих частей электроустановки

Проведем оценку опасности поражения персонала электрическим током в сетях с системами заземления ТТ и IT в аварийных режимах.

Сеть с системой ТТ в аварийном режиме 1 (рисунок 3)

Рисунок 3 - Сеть с системой ТТ с нулевым рабочим проводником с однофазным замыканием на корпус:

UПР - напряжение прикосновения; UШ - шаговое напряжение; - заземлитель источника питания; - сопротивление заземления электроприемника 1; - сопротивление заземления электроприемника 2

В рассматриваемом аварийном режиме напряжения UПР на участках а), б) и напряжения UШ на участках б) и в) могут до момента срабатывания защиты принимать значения, при которых возможно смертельное поражение электрическим током персонала электроустановки.

Сеть с системой ТТ в аварийном режиме 2 (рисунок 4).

Рисунок 4 - Сеть с системой ТТ без нулевого рабочего проводника (N) и однофазным замыканием на корпус:

UПР - напряжение прикосновения; UШ - шаговое напряжение; — заземлитель источника питания; - сопротивление заземления электроприемника 1; - сопротивление заземления электроприемника 2

В рассматриваемом аварийном режиме напряжения UПР на участках а), б) и напряжения UШ на участках б) и в) могут до момента срабатывания защиты принимать значения, при которых возможно смертельное поражение электрическим током персонала электроустановки.

Сеть с системой IТ в аварийном режиме 1 (рисунок 5)

Рисунок 5 - Сеть системы IT с заземлением нейтрали источника питания через сопротивление и однофазным замыканием на корпус:

UПР - напряжение прикосновения; UШ - шаговое напряжение; - заземлитель источника питания; - сопротивление заземления электроприемника 1; - сопротивление заземления электроприемника 2; - сопротивление в заземляющем проводнике нейтрали источника питания

В рассматриваемом аварийном режиме напряжения прикосновения на участках а), б) и шаговые напряжения на участках б) и в) близки к нулю

Сеть с системой IТ в аварийном режиме 2 (рисунок 6)

Рисунок 6 - Сеть системы IT с заземлением фазы источника питания через сопротивление и однофазным замыканием на корпус:

UПР - напряжение прикосновения; UШ шаговое напряжение; - заземлитель источника питания; - сопротивление заземления электроприемника 1; - сопротивление заземления электроприемника 2; - сопротивление в заземляющем проводнике фазы источника питания

В рассматриваемом аварийном режиме напряжения прикосновения на участках а), б) и шаговые напряжения на участках б) и в) близки к нулю.

Таким образом, опасность поражения не однозначна: в одних случаях случайное включение человека в электрическую цепь электроустановки сопровождается прохождением через него малых токов и окажется неопасным, в других - токи могут достигать больших значений, способных вызвать смертельное поражение человека.

2 Опасность поражения работников током в электрических сетях напряжением выше 1кВ

Условные схемы включения человека в цепь тока могут быть различными. Однако наиболее характерны две схемы включения: между двумя фазами электрической сети и между одной фазой и землей (рисунок 7). Разумеется, во втором случае предполагается электрическая связь между сетью и землей, которая может быть обусловлена несовершенством изоляции проводов относительно земли, наличием емкости между проводами и землей и, наконец, заземлением нейтрали источника тока, питающего электрическую сеть с системой IT.

Рисунок 7 – Условные прикосновения человека к проводам трехфазной электрической сети с системой IT (нейтраль изолирована):

а - двухфазное прикосновение; б и в - однофазные прикосновения;

Z1, Z2, Z3 - полные сопротивления проводов относительно земли

Применительно к сетям переменного тока первая условная схема (а) соответствует двухфазному прикосновению, а вторая (б) и третья (в) - однофазному.

Двухфазное прикосновение, как правило, более опасно, поскольку к телу человека прикладывается наибольшее в данной сети напряжение - линейное, а ток Ih, проходящий через человека, оказываясь не зависимым от схемы сети заземления IT или TT, режима ее нейтрали и других факторов, имеет наибольшее значение:

(1)

где - линейное напряжение, В; Uф - фазное напряжение, В; Rh, - сопротивление тела человека, Ом.

Случаи двухфазного прикосновения очень редки. Они являются, как правило, результатом:

·  работы под напряжением в действующих электроустановках напряжением до 1кВ - на щитах, сборках, воздушных линиях электропередачи (например, при замене сгоревшего предохранителя на вводном щитке в здание);

·  применения неисправных индивидуальных электрозащитных средств - диэлектрических перчаток с проколами резины, монтерского инструмента с поврежденной изоляцией рукояток;

·  эксплуатации электрооборудования без ограждения с неизолированными токоведущими частями (открытые рубильники, поврежденные штепсельные розетки, провод с поврежденной изоляцией, незащищенные зажимы сварочных трансформаторов).

Однофазное прикосновение обычно менее опасно, чем двухфазное, поскольку ток, проходящий через тело человека, ограничивается влиянием многих факторов. Однако однофазное прикосновение возникает во много раз чаще.

3 Анализ опасности поражения людей током в трехфазных электрических сетях

Определение напряжения прикосновения и тока, проходящего через тело человека, в случае прикосновения его к одной из фаз трехфазной сети оказывается более сложным, чем в рассмотренных выше случаях.

Для упрощения расчетов воспользуемся символическим методом. Вначале рассмотрим прикосновение человека к фазному проводу трехфазной четырехпроводной сети, у которой нейтраль заземлена через активное и индуктивное сопротивления r0 и xL (рисунок 8), а сопротивления изоляции проводов r, так же как и емкости проводов С относительно земли не равны:

Это общий и в то же время наиболее сложный случай, однако выводы, полученные при его рассмотрении, могут быть распространены путем простейших интерпретаций на другие трехфазные сети.

На рисунке 8 показаны сеть с системой IT и ее эквивалентная схема в момент прикосновения человека к фазному проводу 1.

Рисунок 8 – Условная схема прикосновение человека к фазному проводу сети с системой IT (нейтраль, заземлена через активное и индуктивное сопротивления большой величины):

а - схема сети с системой IT ; б - эквивалентная схема; 1, 2, 3 - номера фазных проводов; N - нулевой провод

Полные проводимости, См, изоляции фазных и нулевого проводов относительно земли Y1, Y2, Y3, YН и заземления нейтрали

Y0 в комплексной форме могут быть представлены равенствами:

Уравнение для расчета напряжения прикосновения, в комплексной форме имеет вид:

(2)

Ток, проходящий через тело человека:

(3)

Выражения для вычисления напряжения UПР и тока Ih в случае прикосновения человека к фазе трехфазной четырехпроводной сети с глухозаземленной нейтралью сети (система TN – C) аналогичны (2) и (3). Полная проводимость заземления нейтрали

(4)

При нормальном режиме работы сети проводимости нулевого и фазных проводов относительно земли по сравнению с Y0 малы и с некоторым допущением могут быть

Уравнение для определения напряжения UПР в действительной форме имеет вид:

(5)

а ток, проходящий через человека, определяется из уравнения:

(6)

При аварийном режиме, когда одна из фаз сети с системой IT, например фаза 3, замкнута на землю через относительно малое активное сопротивление rЗМ (рисунок 9).

Рисунок 9 – Условное прикосновение человека к фазному проводу трехфазной четырехпроводной сети с системой IT (нейтраль заземлена через большое сопротивление r0) в аварийном режиме:

а - схема сети с системой IT; б - векторная диаграмма напряжений

В данном режиме выражение (2) принимает вид

(7)

Ток, проходящий через тело человека, определяется по уравнению:

(8)

Рассмотрим нормальный режим работы сеть с системой IT (рисунок 10)

Рисунок 10 - Прикосновение человека к проводу трехфазной трехпроводной сети с системой IT (нейтраль изолирована) при нормальном режиме работы

При нормальном режиме работы сети с системой IT напряжение UПР и ток Ih„ в период касания человека к фазе 1, определяются по уравнениям (2) и (3), где YН = Y0 = 0.

Согласно (3) выражение для расчета тока Ih в комплексной форме:

(9)

Пользуясь выражением (9), оценим опасность прикосновения к фазному проводу для трех случаев.

А. В случае равенства сопротивлений изоляции и емкостей проводов относительно земли, т. е. при rl= r2= r3 = r; и С1 = С2 = С3 = С, а следовательно, при Y1 = Y2 = Y3 = Y, ток, проходящий через тело человека, в комплексной форме:

(10)

где Z - полное комплексное сопротивление провода относительно земли, Ом.

В действительной форме ток Ih определяется из уравнения:

(11)

Б. При равенстве сопротивлений изоляции и отсутствии емкостей (rl = r2 = ri = r; C1 = С2 = С3 = 0) и, следовательно при Y= 1/r или Z_ = r (что может иметь место в коротких воздушных сетях) ток, проходящий через тело человека, согласно (9), в действительной форме

(12)

Это выражение можно получить также из (10), где Z надо заменить на r, или из (11), приравняв емкость С = 0.

В. При больших сопротивлениях изоляции и равенстве емкостей (r1 = r2 = r3 = ∞; и С1 = С2 = С3 = С) и, следовательно, при Y = jωC = j/xC и Z = l/Y = - jxC (что может иметь место в кабельных сетях) ток, проходящий через тело человека, в действительной форме описывается выражением

(13)

где хC = 1/(ω С) - емкостное сопротивление, Ом.

При аварийном режиме работы сети с системой IT (рисунок 11) (замыкание фазы 3 на землю через малое активное сопротивление rЗМ).

Рисунок 11 - Прикосновение человека к проводу сети с системой IT (нейтраль изолирована) в аварийном режиме

а - схема сети с системой IT, б - векторная диаграмма напряжений (при условии Y1 = Y2 = Y3 = Y).

В данном режиме принимаем проводимости двух других фаз равными нулю и, подставив в выражение (9) Y1 = Y2 = 0, получаем ток, протекающий через тело человека:

(14)

Напряжение прикосновения при этом:

(15)

Если принять rЗМ = 0 или по крайней мере считать rЗМ << Rh (так обычно бывает на практике), то из выражения (14) получим:

(16)

Выводы. Таким образом, условные схемы включения человека в цепь тока могут быть различными. Наиболее характерны две схемы включения:

·  между двумя фазами электрической сети;

·  между одной фазой и землей.

Во втором случае предполагается электрическая связь между сетью и землей, которая может быть обусловлена:

·  несовершенством изоляции проводов относительно земли;

·  наличием емкости между проводами и землей;

·  заземлением нейтрали источника тока, питающего электрическую сеть с системами IT, TT и TN.

ЛИТЕРАТУРА

1.  , , Привалов в сельском хозяйстве. Ставрополь: Изд-во СтГАУ «АГРУС», 2006. – 131с.

2.  Е, , . Электробезопасность. – Ставрополь: Изд-во СтГАУ «АГРУС», 2006. – 81с.

3.  Охрана труда: межотраслевые правила по охране труда при эксплуатации электроустановок. – М.: ИНФА – М, 2011. – 154с.

4.  Межотраслевая инструкция по оказанию первой помощи при несчастных случаях на производстве. – М: Изд-во НЦ ЭНАС, 20с.

5.  Правила устройства электроустановок (ПУЭ). – М.: Энергосервис, 2011. – 608с.

6.  Электробезопасность: задачник: Учеб. пособие / Под ред. проф. . – М.: Гардарики, 2003. – 215 с.

Методические указания составил

доцент кафедры электроснабжения ___________________

Учебно-методический комплекс «Электробезопасность» рассмотрен и утвержден на заседании кафедры «Электроснабжения и эксплуатации электрооборудования».

Протокол №_____ от_______ _______ ______2010г.___

(число) (месяц) (год)