Аварийный режим работы сети

Практические занятия 6 и 7

Анализ опасности сетей типа TNC, TNS

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

Рис. 1. Однофазное прямое прикосновение в сети с заземленной нейтралью типа TN-C при нормальном режиме работы

Действительно, 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, протекающего через тело человека при прикосновении к фазному проводу при нормальном режиме работы сети TN-C (рис. 1) , принимает вид:

где R₀ - сопротивление рабочего заземления нейтрали.

Напряжение прикосновения в этом случае определяется из уравнения:

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

Рис. 2. Прикосновение к исправному проводу в сети с заземленнойной нейтралью типа TN-C при аварийном режиме работы

При аварийном режиме, когда один из фазных проводов сети, например, провод L2 (рис. 2), замкнут на землю через относительно малое активное сопротивление R_зм, а человек прикасается к исправному фазному проводу, напряжение прикосновения рассчитывается следующим образом:

Здесь учтено, что Y_L1, U_L2 и U_PEN малы по сравнению с U₀, а U_L3 – по сравнению с U₀ и U_зм, т.е. ими можно принебречь 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 R_зм равно нулю, то напряжение прикосновения

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 R_зм 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 U_hвсегда меньше линейного, но больше фазного, то есть

С учетом того, что всегда R_зм > R₀, напряжение прикосновения U_h в большинстве случаев незначительно превышает значение фазного напряжения, что менее опасно для человека, чем в аналогичной ситуации в сети типа IT.

Рис. 3. Прикосновение к неисправному проводу в сети с заземленной нейтралью типа TN-C при аварийном режиме работы

При аварийном режиме работы сети типа TN-C, когда человек касается провода, замкнувшегося на землю L3 (рис. 3), ток через тело человека будет определяться, также, как и в сети типа IT, 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 TN-C зависит только от сопротивления растеканию тока R_ЗМ, сопротивления заземления нейтрали R₀ и сопротивления тела человека R_h. Если принять во внимание, что обычно R_ЗМ<< R_h, 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.

Примеры решения задач

Нормальный режим работы сети

Задача 1

Определить ток, протекающий через тело человека I_h при прямом однофазном прикосновении к проводу сети типа TN-C при нормальном режиме работы. Параметры сети: U_ф=220 В, R_h=2 кОм; С_L1 =С_L2 =С_L3 =0,3 мкФ; R_L1 =R_L2 =R_L3 =R=50 кОм; R₀=4 Ом.

Решение:

Поскольку сопротивление фазных проводов относительно земли много больше сопротивления заземления нейтрали, ток проходящий через тело человека определяется выражением:

Ответ: 110 мА.

Аварийный режим работы сети

Задача 2

В сети напряжением 380/220 В, 50 Гц с заземленной нейтралью типа TN-C произошло замыкание на землю фазного провода, при этом: R_зм =18 Ом ; R₀ =4 Ом ; R_h =1 кОм .

Какой ток протекает через тело человека при прикосновении к поврежденной фазе, если человек находится на расстоянии 40 м от места замыкания на землю?

Принципиальная схема, соответствующая условию задачи, приведена ниже.

Решение:

1. Рассчитаем ток замыкания на землю по формуле:

При этом учтено, что R_h и R_зм включены параллельно и R_h>> R_зм.

2. Определим напряжение поврежденного фазного провода относительно земли по формуле:

3. Рассчитаем ток через тело человека по формуле:

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

Ответ задачи: I_h=180 мА - справедлив в том случае, когда человек стоит вне зоны растекания тока с поврежденного провода.

Задача 3

Оцените опасность прикосновения человека к исправному проводу сети типа T-N-C (трехфазная четырехпроводная с глухозаземленной нейтралью) напряжением 220/380 В, работающей в аварийном режиме (один из фазных проводов сети замкнулся на землю через малое активное сопротивлением R_ЗМ=15 Ом.

Сеть короткая и симметричная. Сопротивления фазных проводов относительно земли R_L₁=R_L₂=R_L₃=R=63 кОм, емкости фазных проводов относительно земли С_L₁=С_L₂=С_L₃=С=0. Сопротивление тела человека R_h=1000 Ом. Сопротивление заземления нейтральной точки источника тока R₀=4 Ом.

Решение:

Напряжение прикосновения для представленной выше схемы в действительной форме имеет вид:

Учитывая, что

предыдущее выражение можно записать как

При этом выражение для определения тока через тело человека имеет вид

Ответ задачи: I_h=254 мА.

Задание на самостоятельную работу

Задача №1

Сеть типа T-N-C (трехфазная четырехпроводная с глухозаземленной нейтралью) напряжением 220/380 В. Человек прикасается к фазному проводу. Оценить опасность такого прикосновения, если:

1. сеть работает в нормальном режиме;

2. аварийный режим работы сети (одна из фаз сети замкнулась на землю через малое активное сопротивление r_ЗМ=7 Ом) и человек касается неисправного фазного провода.

Дано: Сеть короткая и симметричная. Сопротивления фазных проводов относительно земли R_L₁=R_L₂=R_L₃=R=63 кОм. Сопротивление заземления нейтральной точки источника тока R₀=4 Ом. Сопротивление тела человека R_h=1000 Ом.

Задача №2

Сеть типа T-N-C (трехфазная четырехпроводная с глухозаземленной нейтралью) напряжением 220/380 В. Аварийный режим работы сети (один из фазных проводов замкнулся на землю через малое активное сопротивление r_ЗМ=7 Ом). Человек касается нулевого провода находясь на расстоянии L₁=25 м от места размещения заземлителя нейтральной точки источника тока и на расстоянии L₂=0 м от места касания поврежденным проводом земли.

Определить ток через тело человека.

Задача №3

Оцените опасность прикосновения человека к аварийному фазному проводу сети типа T-N-C (замкнулся на землю через малое сопротивление r_ЗМ=18 Ом) напряжением 220/380 В.

Дано: Сеть короткая и симметричная. Сопротивления фазных проводов относительно земли R_L₁=R_L₂=R_L₃=R=63 кОм. Сопротивление тела человека R_h=1000 Ом. Сопротивление заземления нейтральной точки источника тока R₀=4 Ом. Расстояние между местом, где стоит человек, и местом соприкосновения аварийного провода с землей L=0 м.

Как изменится величина тока через тело человека, если расстояние между человеком и местом соприкосновения аварийного провода с землей увеличится до 25 м?

Задача №4

Аварийный режим работы сети типа TN-S (трехфазная пяти проводная с глухозаземленной нейтралью) напряжением 220/380 В (один из проводов сети замкнулся на землю через малое активное сопротивление r_ЗМ=7 Ом). Человек прикасается к поврежденной фазе. Определить напряжение прикосновения и ток через тело человека.

Дано: Сеть короткая и симметричная. Сопротивления фазных проводов относительно земли R_L₁=R_L₂=R_L₃=R=45 кОм. Сопротивление тела человека R_h=1000 Ом. Сопротивление заземления нейтральной точки источника тока R₀=4 Ом.

Как изменится ток через тело человека, если человек стоит на основании с сопротивлением R_осн= 9000 кОм?

Задача №5

Оцените опасность поражения человека электрическим током (определив величину тока через тело человека) при прикосновении к фазному проводу сети TN-S (трехфазная пяти проводная с глухозаземленной нейтралью) напряжением 220/380 В, работающей в аварийном режиме (один из проводов сети замкнулся на землю через малое активное сопротивление r_ЗМ=18 Ом):

1. Прикосновение к исправному проводу;

2. Прикосновение к поврежденному проводу.

Дано: Сеть короткая и симметричная. Сопротивления фазных проводов относительно земли R_L₁=R_L₂=R_L₃=R=60 кОм. Сопротивление тела человека R_h=1000 Ом. Сопротивление заземления нейтральной точки источника тока R₀=4 Ом.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: