Системи постачання електроенергії на підприємства

Однофазна мережа, ізольована від землі.

Трифазна мережа, ізольована від землі. При доторканні людини до фазного проводу трифазної мережі, ізольованої від землі, виникає мережа замикання на землю, більш розгалужена, ніж в однофазній.

Трифазна чотирипровідна мережа з глухозаземленою нейтраллю.

Однофазна мережа, ізольована від землі. На рис. 3.5 наведена принципова схема однофазної мережі, ізольованої від землі.

З метою більшої наочності схема дещо ідеалізована порівняно з реальною — опір ізоляції проводів відносно землі і їх ємність показано зосереджено.

Як видно із схеми рис. 3.5, а, проводи 1 і 2 однофазної мережі, ізольованої від землі, електрично зв'язані між собою через опори ізо­ляції г. та г2 і землю, що і породжує згадані вище втрати на витоки струму.

При доторканні до проводу 1 людина, по суті, підключається до цієї мережі витоку струму паралельно г{, вносячи, таким чином, певні зміни в цю мережу від проводу 1 до землі. Від землі до проводу 2 мережа витоку струму не міняється і весь струм витоку, враховуючи і підключення людини, проходить через г2. Якщо знехтувати ємнісною складовою струму через людину (див. 3.5 за умови С{ = С2 = 0), що

не залежить від опору тіла людини і визначається опором ізоляції про-вода 2 відносно землі.

У випадку пошкодження ізоляції проводу 2 (схема б, рис. 3.5) і дотику людини до проводу з непошкодженою ізоляцією в мережі, що розглядається, на ділянці «земля - провід 2» з'являється додатковий, паралельний г2 токопровід г2зм (пробій ізоляції), опір якого значно менше г2. Це приводить до зменшення опору на ділянці «земля - провід 2», зростання струму в мережі, в цілому, і, як наслідок, зростання струму, що проходить через людину.

Для визначення величини струму, що проходить через людину, в розрахунковій схемі рис. 3.5, б замінимо паралельні опори г2 і г2зм рівнозначним їм еквівалентним опором

В (3.13) друга складова в знаменнику завідомо менша Кл, знаменник, в цілому, як мінімум на 2 порядки менше знаменника у виразі (3.12), а струм, що проходить через людину, буде більший, ніж в (3.12).

В ізольованій від землі мережі при доторканні людини до проводу з непошкодженою ізоляцією («здорового» проводу) і наявності проводу з пошкодженою ізоляцією («хворого» проводу) величина струму, що проходить через людину, буде значно бічьшою, ніж при відсутності пошкодження ізоляції.

Таким чином, в мережах, ізольованих від землі, величина опору ізоляції є одним з важливих чинників небезпеки електротравм. У зв'язку з цим, відповідно до ПУЗ, в мережах, ізольованих від землі, повинен здійснюватися жорсткий контроль опору ізоляції на реєстрацію, на сигнал або на автоматичне відключення залежно від небезпеки електротравм. Так, у гірничо-добувній промисловості і на торфорозробках повинні застосовуватися мережі, ізольовані від землі, з обов'язковим

постійним на автоматичне відключення контролем опору ізоляції.

У випадку пошкодження ізоляції проводу 1 (рис. 3.5, в) і дотику людини до цього проводу, паралельно людині і г1 в мережі з'являєть-

Дійсно, порівнюючи вираз (3.12) для величини струму, що проходить через людину, при нормальному режимі роботи електроустановки в однофазній мережі і вираз (3.16), бачимо, що в трифазній мережі Іл, практично, в три рази більше.

В трифазній мережі пошкодження опору ізоляції будь-якого фазною проводу впливає па величину струму через людину, яка потрапила під напругу, таким же чином, як і в однофазній мережі: доторкання до фазного проводу з непошкодженою ізоляцією, при пошкодженні ізоляції інших фазних проводів, більш небезпечне, ніж доторкання до проводу з пошкодженою ізоляцією при непошкодженій ізоляції інших фазних проводів. У зв'язку з цим проблема контролю стану Оізоляції у трифазній мережі, ізольованій від землі, є такою ж актуальною, як і в одіюфазній, розглянутій вище.

В правій частині схеми (рис. 3.6, б) розглянуто можливий варіант доторкання людини до корпусу споживача електроенергії, який опинився під напругою в результаті пошкодження ізоляції фази 1. При незаземленій установці таке доторкання рівнозначне першому варі-

анту (а), виникне подібна першому варіанту (а) мережа, а величина струму, що проходить через людину, визначиться виразом (3.16). Якщо ж неструмовідні частини попередньо заземлити, то паралельно можливому включенню людини буде провідник «корпус-земля» і струм замикання на землю буде розподілятися між цим провідником і тілом людини зворотно пропорційно їх опорам. При малому значенні опору заземлення, останнє, практично, шунтує людину і забезпечує, таким чином, її захист на випадок пошкодження ізоляції споживача електроенергії і переходу напруги на неструмовідні частини електроустановки. Такий технічний засіб захисту називається захисним заземленням. Але функції захисного заземлення не обмежуються тільки шунтуванням людини.

При функціонуванні заземлення має місце протікання струму в землі, а, відтак, на її поверхні в радіусі близько 20 м від заземлювача виникає зона підвищених потенціалів відповідно до рис. 3.3, розподіл потенціалів в якій характеризується пунктирною кривою рис. 3.6, б.

Якщо заземлювач знаходиться від споживача енергії на відстані менше 20 м (рис. 3.6, б), то напруга дотику, під яку попадає людина, буде визначатись різницею потенціалів корпуса споживача електроенергії і поверхні землі, де стоїть людина. Таким чином, правильно виконане захисне заземлення не тільки шунтує людину, а і зменшує напругу дотику, як показано на рис. 3.6, б. Чим ближче буде заземлювач до місця знаходження людини при її дотику до корпуса обладнання, що опинився під напругою, тим меншою буде Ц-)от. При знаходженні заземлювача від споживача електроенергії на відстані, більшій 20 м, захисне заземлення буде зменшувати тільки струм, що проходить через людину.

При наявності заземлення у варіанті рис. 3.6, б величина струму, що проходить через людину, визначається як

Іл = г^гтГ' (ЗЛ7)

г> , 'із , ЛЛ 'із

заз

де гзаз— опір заземлюючого пристрою розтіканню струму, Ом.

Вище, переходячи до розгляду правої частини рис. 3.6 (дотик людини до корпусу електроустановки, який знаходиться під напругою в результаті пошкодження ізоляції) ми ототожнювали з дотиком до того ж фазного проводу, а величина струму, що проходить через людину, мала визначатися виразом (3.16).

Але за наявності заземлення корпусу фактична величина струму, що проходить через людину, практично на 2 порядки менше — третя складова в знаменнику виразу (3.17) знаходиться в межах 1О7...1О8 Ом.

Для з'ясування ролі захисного заземлення у даному випадку доцільно порівняти вирази (3.17) і (3.14). Знаменники цих виразів досить подібні, а захисне заземлення можна розглядати як заздалегідь виконане замикання фазного проводу, до якого може доторкнутися людина, на землю, яке реалізується при переході напруги на неструмовідні елементи заземленої електроустановки.

Трифазна чотирипровідна мережа з глухозаземленою ней-траллю. На рис. 3.7 наведена принципова схема трифазної чотири-провідної мережі з глухозаземленою нейтраллю, на якій розглядається два варіанти попадання людини під напругу:

перший варіант (рис. 3.7, а) — доторкання людини до фазного

проводу при непошкоджсній ізоляції інших фазних проводів;

другий варіант (рис. 3.7, б) — доторкання людини до корпусу спо­

живача електроенергії при пошкодженні ізоляції і переході напруги

на неструмовідні частини за відсутності доторкання людини у лівій

частині рис. 3.7.

Нейтраль вторинної обмотки трансформатора, від якого живиться мережа, заземлена через г0 « Кл. При доторканні людини до фазного проводу 1 утворюється мережа струму провід 1 - людина - земля - г0 -фаза 1, в якій всі елементи з'єднані послідовно. Величина струму в цій мережі, а значить і величина струму, що проходить через людину ІЛ, визначиться виразом

В знаменнику цього виразу Кл знаходиться в межах 103 Ом, гзем, г0, ч. і чп — в межах десятків Ом. Тому можна вважати, що людина попадає, практично, під фазну напругу ( Цдот = Иф), а величина струму залежить, в основному, від Кл.

Порівнюючи значення Іл відповідно до (3.18) із значеннями Іл в мережах, ізольованих від землі —вирази (3.12) і (3.16), приходимо до висновку, що величина струму, що проходить через людину, яка потрапила під напругу, в мережі з заземленою нейтраллю на 2 порядки більша. Співставлешія виразів (3.13) і (3.18) свідчить, що в мережі з заземленою нейтраллю при дотиці людини до фазного проводу небезпека ураження людини електричним струмом (Іл) практично така, як і в мережах, ізольованих від землі при доторканні людини до фазного проводу з непошкодженою ізоляцією (до «здорової» фази) при наявності пошкодження ізоляції інших фаз (при наявності «хворих» фаз). Підвищена небезпека ураження електричним струмом в цих обох випадках - вирази (3.13) і (3.18) - обумовлюється одним і тим чинником - відсутністю в мережі струму, що проходить через людину, опору ізоляції.

В трифазній чотирипровідній мережі з глухозаземленою нейтраллю при дотику людини до корпусу електрообладнання, який знаходиться під напругою в результаті замикання на корпус (рис. 3.7, б), виникає, практично, така сама мережа струму замикання на землю, як і у випадку, наведеному на рис. 3.7, а, при величині струму, що проходить через людину, відповідно до (3.18).

Для захисту людини від ураження електричним струмом у даному випадку, як і в мережі, ізольованій від землі (рис. 3.6), здавалося б за доцільне застосування захисного заземлення, як показано пунктиром на рис. 3.7, б.

Тут доречно відзначити, що захисне заземлення застосовується з метою зменшення Іл і ІІдот і не розраховане на аварійне відключення

споживача при замиканні на корпус. Тому корпус певний час може знаходитись під напругою до усунення пошкодження ізоляції або до поглиблення аварійної ситуації і спрацювання інших видів захисту -від короткого замикання, максимального струмового тощо. І якщо в цей період за якихось обставин трапиться пошкодження мережі захисного заземлення, то створиться небезпечна ситуація щодо можливості електротравм. Таким чином, захисне заземлення не є досить надійним захистом щодо профілактики електротравм.

Враховуючи особливості електричної мережі з заземленою нейтраллю і нульовим проводом, більш ефективним засобом попередження електротравм при замиканні на корпус у даному випадку вважається занулення - навмисне електричне з'єднання неструмовідних елементів електроустановки, які можуть опинитися під напругою в результаті замикання на корпус, з нульовим проводом - див. рис. 3.7, б.

При наявності занулення і замиканні на корпус (зк на рис. 3.7) утворюється мережа струму: фазний провід 1 — корпус обладнання— нульовий з'єднувальний провідник — нульовий провід паралельно з землею, який через кожні 200 м повторно заземлюється (пз на рис. 3.7) для забезпечення цілісності мережі струму, — фаза 1. У цій мережі фаза замкнута провідниками за відсутності навантаження, тобто це, практично, коротке замикання фази. Спрацьовує захист від короткого замикання (зпп — запобіжники плавкі на рис. 3.7 або інші автоматичні пристрої) і пошкоджена електроустановка відключається від джерела живлення, що і забезпечує попередження електротравм у подібних випадках.

Таким чином, згідно з зазначеним вище, до основних чинників, які впливають на тяжкість ураження електричним струмом (на Іл) при попаданні людини під напругу, можна віднести:

величину напруги мережі живлення, В;

величину напруги дотику і/аот, В;

конструктивні особливості мережі живлення — кількість фаз і

режим нейтралі;

величину опору і стан ізоляції — перш за все в мережах живлен­

ня, ізольованих від землі;

протяжність і розгалуженність мережі живлення, які впливають

на г^ і ємність відносно землі.

Вплив перелічених чинників і особливостей виробничого середовища експлуатації електроустановок на небезпеку електротравм враховується при розробці нормативних актів з питань електробезпеки, технічних і організаційних заходів і засобів попередження електротравм та електрозахисних засобів.