Анализ электробезопасности сетей типа IT и TN-C

Анализ электробезопасности сетей типа IT и TN-C

 

Задача 1.

Как разделяются  электроустановки по условиям электробезопасности  в зависимости от напряжения?

Все электроустановки по условиям электробезопасности  подразделяются на:

· электроустановки напряжением до 1 кВ с заземленной нейтралью;

· электроустановки напряжением 1кВ с изолированной нейтралью;

· электроустановки напряжением выше 1 кВ в сетях с эффективно заземленной нейтралью (с большими токами замыкания на землю);

· электроустановки напряжением выше 1 кВ в сетях с изолированной нейтралью (с малыми токами замыкания на землю).

 

 

 

 

Задача 2.

Определить ток, протекающий через тело человека I_h при однофазном прикосновении к исправному проводу 3-х фазной 3-х проводной сети с изолированной нейтралью в аварийном режиме, если человек находится на расстоянии 30 м от

места замыкания  на землю. 

 

Исходные данные: U=220 В, R_h=1 кОм; С_L1 =С_L2 =С_L3 =0; R_L1 =R_L2 =R_L3 =R=100 кОм; R_зм =100 Ом.

Как изменится  ток, если учесть сопротивление обуви  человека R_об = 50 кОм и пола помещения  R_пол = 50 кОм ?    

 

Ток через тело человека будет равен:

Если учесть сопротивление  обуви человека Rоб = 50 кОм и пола помещения Rпол = 50 кОм, то ток через тело человека будет равным:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 3

Каким сопротивлением относительно земли должны обладать фазные провода сети типа IT, чтобы при прямом однофазном прикосновении значение тока, проходящего через тело человека, не превышало длительно допустимого значения (10 мА).

Исходные данные:   напряжение сети 380/220 В, R_h=1 кОм; С_L1 =С_L2 =С_L3 =0; R_L1 =R_L2 =R_L3 =R.

Ток через тело человека будет равен:

Откуда сопротивление  фазных проводов относительно земли  равно:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 4.

Человек прикоснулся  к PEN-проводу сети типа TN-C напряжением 380/220 В при аварийном режиме работы (фазный провод L3 замкнулся на землю). Определите ток, протекающий через тело человека, если человек находится на расстоянии 40 м от места замыкания на землю.

Исходные данные:   R_h=1 кОм; С_L1 =С_L2 =С_L3 =0; R_L1 =R_L2 =R_L3 =100 кОм; R_зм=18 Ом; R₀=4 Ом.

Рассчитаем ток замыкания  на землю:

Определим напряжение прикосновения:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Так как человек находится  на расстоянии 40 м. от места замыкания, то a1=a2=1

Ток через тело человека равен:

 

 

 

(А)

 

 

 

Задача 5.

В каком случае прикосновение опаснее:

А)

Б) 

При аварийном режиме работы сети  типа IT, когда человек касается провода, замкнувшегося на землю (в моем случае человек касается фазного провода L1) ток через тело человека будет определяться падением напряжения на сопротивлении растеканию тока в месте замыкания на землю R_ЗМ:                                                                       

 

                                          

где   I_ЗМ - ток замыкания на землю;  a₁, a₂ - коэффициенты напряжения прикосновения.

При  a₁= a₂=1              

Ток замыкания на землю  в сети IT зависит от сопротивления изоляции и емкости фазных проводов относительно земли, сопротивления растеканию R_ЗМ,   R_h. Если принять во внимание, что обычно R_ЗМ<< R_h, то

В действительности ток замыкания  на землю будет меньше, что более  безопасно для человека.

Таким образом, прикосновение  к неисправному фазному проводу (замкнувшемуся на землю) в сети IT значительно менее опасно, чем  к исправному. Значение тока, протекающего через тело человека, в этом случае меньше, чем при прямом однофазном прикосновении в нормальном режиме работы.

_{При аварийном режиме работы сети  типа TN-C, когда человек касается провода, замкнувшегося на землю (в моем случае человек касается фазного провода L1) ток через тело человека будет определяться, также, как и в сети типа IT, падением напряжения на сопротивлении растеканию тока в месте замыкания на землю RЗМ:}                                   

                                           

_{где   IЗМ - ток замыкания на землю;  a1, a2 - коэффициенты напряжения прикосновения.}

_{При  a1= a2=1}              

_{Ток замыкания на землю  в сети TN-C зависит  только от сопротивления  растеканию тока RЗМ, сопротивления заземления нейтрали  R0 и сопротивления тела человека Rh. Если принять во внимание, что обычно RЗМ<< Rh, то}

_{В этом случае напряжение прикосновения  лишь незначительно отличается от  значения фазного напряжения.}

_{Таким образом, прикосновение  к неисправному фазному  проводу (замкнувшемуся  на землю) в сети TN-C практически также  опасно, как к исправному. Значение тока, протекающего через тело человека, в этом случае почти такое же,   как при прямом однофазном прикосновении в нормальном режиме работы в сети TN-C.}

Поэтому прикосновение в случае Б) опаснее.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 6.

В каком случае прикосновение опаснее:

А)

Б)

 

При аварийном режиме работы сети IT, когда один из фазных проводов, например, провод L1 в моем случае, замкнулся на землю, опасность поражения током человека, прикоснувшегося к исправному фазному проводу, значительно возрастает. В этом случае ток через тело человека будет равен:                                           

 

                                             

где R_ЗМ - сопротивление растеканию тока в месте замыкания фазного провода  на землю (в моем случае - фазного провода L1).

Так как обычно выполняется  условие    R_ЗМ<<R_h , то:                                              

 

_{При аварийном режиме, когда один из фазных проводов сети TN-C, например, в моем случае провод L1, замкнут на землю через относительно малое активное сопротивление Rзм, а человек прикасается к исправному фазному проводу, напряжение будет равно:}

_{Здесь учтено, что  YL1, UL2 и UPEN малы по сравнению с U0, а UL3 – по сравнению с U0 и Uзм, т.е. ими можно пренебречь и считать равными нулю.}

_{С учетом того, что}

; ; , ,

_{напряжение  прикосновения в  действительной форме  имеет вид}

.

_{Учитывая, что}

,

_{предыдущее  выражение можно  записать как}                                      

 

.                                  

_{При этом выражение для  определения тока через тело человека  имеет вид}                                      

 

.                                        

_{Рассмотрим  два характерных  случая.}

_{1. Если принять,  что сопротивление  замыкания фазного  провода на землю  Rзм равно нулю, то напряжение прикосновения}                                         

 

.                                                 (3.17)

_{Следовательно, в данном случае человек  окажется практически  под воздействием линейного напряжения сети.}

_{2. Если принять равным  нулю сопротивления заземления нейтрали R0, то}

,

_{т.е. напряжение под которым  окажется человек, будет  практически равно  фазному напряжению.}

_{Однако  в реальных условиях сопротивления  Rзм и R0 всегда больше нуля, поэтому напряжение, под которым оказывается человек, прикоснувшийся в аварийный период к исправному фазному проводу трехфазной сети с глухозаземленной нейтралью, т.е. напряжение прикосновения Uh  всегда меньше линейного, но больше фазного, то есть}                                               

 

.                                  

_{С учетом того, что  всегда    Rзм > R0, напряжение прикосновения Uh в большинстве случаев незначительно превышает значение фазного напряжения, что менее опасно для человека, чем в аналогичной ситуации в сети  типа IT. Поэтому прикосновение опаснее в случае А).}  

Задача 7.

В каком случае прикосновение опаснее:

А)

Б)

 

В сетях IT с изолированной нейтралью при нормальном режим работы опасность для человека при прямом однофазном прикосновении зависит от сопротивления изоляции и емкости фазных проводов относительно земли. С увеличением сопротивления изоляции и уменьшении емкости фазных проводов относительно земли опасность уменьшается.

Для трехфазной сети с заземленной  нейтралью напряжением до 1 кВ типа TN-C значения тока, протекающего через тело человека и напряжение прикосновения определяются фазным напряжением сети и не зависят от сопротивления изоляции и емкости проводов относительно земли.

Проводимости фазного  и нулевого проводников относительно земли по сравнению с U₀ =1/R₀  проводимостью заземления нейтрали малы (U_L1, U_L2, U_L3<<U₀). При этом  выражение для тока (3.4), протекающего через тело человека при прикосновении к фазному проводу при нормальном режиме работы сети TN-C (рис. 3.11) , принимает вид [3]:                    

        

                                       

где R₀ - сопротивление рабочего заземления нейтрали.

Напряжение прикосновения в  этом случае определяется из уравнения:                                

 

                                    

Так как обычно R_{0 << Rh , то можно считать, что человек в этом случае попадает практически под фазное напряжение сети.}

Отсюда можно сделать вывод, что прямое прикосновение к фазному  проводу опаснее при нормальной работе сети TN-C, то есть опаснее в  случае А).