Опасность поражения человека электрическим током при замыкании фазы на корпус электроустановки

Оценка опасности поражения электрическим током в электрических сетях с защитным занулением зависит не только от возможной в данной ситуации величины протекающего через тело человека тока, но также в большой степени и от интервала времени действия этого тока. В связи с этим для различных интервалов времени действия поражающего тока нормативно введены предельно допустимые значения этого тока (I_hд) в зависимости от времени его действия. Аналогично введены предельно до­пустимые значения напряжения прикосновения (U_hд), расцениваемые как безопасные. В табл. 1 согласно ГОСТ 12.1.030-81* для напряжений сети с напряжением до 1000 В приведены значения I_hд и U_hд в зависимости от продолжительности действия электрического тока (T_д) для систем элек­троснабжения производственного (П) и бытового (Б) назначений, рабо­тающих в аварийных режимах замыкания одной из фаз на корпус.

Таким образом, оценка опасности поражения электрическим током в электрической сети с занулением корпусов электроустановок сводится к определению возможных значений тока, протекающего по телу человека, прикасающегося к корпусам аварийных электроустановок, и времени сра­батывания АОУ (например, времени выгорания плавкого предохранителя) с последующим сравнением их с предельно допустимыми значениями, приведёнными в табл. 8.

Время действия тока, протекающего по телу человека, определяется выбором типа АОУ и рассматривается ниже.

Уровень тока, протекающего по телу человека, определяется осо­бенностями аварийных режимов в конкретной электрической сети с зану­лением. Практически, как правило, случаются два типа аварийных режи­мов в электрической сети с занулением:

· замыкание одной из фаз на корпус электроустановки;

· замыкание одной из фаз на землю.

Т а б л и ц а 8

Предельно допустимые значения I_hд и U_hд для различных интервалов вре­мени действия электрического тока

Анализ опасности поражения электрическим током при замыкании одной из фаз на корпус электроустановки рассмотрим для случая тран­шейной прокладки силового четырёхжильного кабеля с применением по­вторного заземления нулевого защитного проводника в точке ввода сило­вого кабеля в здание. Эквивалентная схема электрической сети для указанного случая представлена на рис. 11.

Рис. 11. Эквивалентные схемы электрической сети для случая замыкания одной из фаз на корпус электроустановки

Схема на рис. 11 содержит обозначения:

R₀ – сопротивление заземлителя нейтрали;

Z_Т /3 – приведённое к одной фазе электрической сети значение мо­дуля комплекса полного выходного сопротивления трансформатора элек­трической подстанции;

Z_ФС = R_ФС + jω _сL_ФС – комплекс сопротивления фазного проводника МСК, R_ФС и L_ФС – соответственно активная и индуктивная составляю­щие;

ω _с = 2π f_с – круговая частота напряжения сети (f_с = 50 Гц);

Z_ФР = R_ФР + jω _сL_ФР – комплекс сопротивления фазных проводников кабеля разводки электропитания внутри здания, R_ФР и jω _сL_ФР – соответ­ственно активная и индуктивная составляющие;

Z_NС = R_NС + jω _сL_NС – комплексное сопротивление шины нулевого проводника МСК, измеренное от точки заземления нейтрали на подстан­ции до точки подключения повторного заземления, R_NС и jω _сL_NС – соот­ветственно активная и индуктивная составляющие;

Z_NР = R_NР + jω _сL_NР – комплексное сопротивление шины нулевого проводника кабеля разводки внутри здания, измеренное от точки подклю­чения НЗП к контуру повторного заземления до лабораторного распреде­лительного щита, R_NР и jω _сL_NР – соответственно активная и индуктивная составляющие;

R₀ и R_П – активные сопротивления заземляющих устройств ней­трали и повторного заземления НЗП;

R_доп – сумма возможных дополнительных активных сопротивлений в цепи каждой из фаз. В качестве дополнительных сопротивлений могут рассматриваться, например, активные сопротивления плавких предохра­нителей, переходные сопротивления контактов коммутирующих уст­ройств и т. п.

В рассматриваемой сети корпуса электроустановок подключены к дополнительной распределительной шине нулевого защитного провод­ника (РШНЗП), соединённой с точкой подключения нулевого проводника МСК к повторному заземляющему устройству.

С учётом сделанных допущений справедлива эквивалентная схема на рис.11. Обозначим:

Z_Ф = R_ФС + R_ФР + jω _с (L_ФС + L_ФР) – общее комплексное сопротивле­ние фазной шины электрической сети в контуре замыкания на корпус электроустановки;

Z_N = R_NС + R_NР + jω _с (L_NС + L_NР) – общее комплексное сопротивление шины нулевого провода электрической сети в контуре замыкания на кор­пус электроустановки.

Эквивалентная схема на рис.11 может быть описана системой урав­нений комплексных переменных (токов и напряжений):

İ _Ф – İ _N – İ _П = 0;

İ _Ф = (Ú _ф – Ú _НЗП) / (Z_ФР + Z_NР + Z_Т/ 3 + R_доп);

İ _П = Ú _НЗП / (R₀ + R_П).

На практике всегда выполняется условие | Z_Ф | < < R₀ + R_П, что позво­ляет получить упрощённое решение данной системы уравнений относи­тельно падения напряжения на шине нулевого провода:

U_НЗП = U_фZ_NC (Z^*)^-1 , (1)

где обозначено: Z^* = Z_Ф + Z_N + Z_Т /3 +R_доп.

Величина напряжения прикосновения, отсчитываемого относи­тельно потенциала земли без учёта места расположения человека (коэф­фициент α ₁) и дополнительных сопротивлений растекания тока с ног че­ловека и сопротивления обуви (коэффициент α ₂) [5], может рассматриваться как максимально возможная. В данном случае напряже­ние прикосновения (рис. 11) представляет сумму падений напряжения на сопротивлении повторного заземления и комплексном сопротивлении РШНЗП:

Ú _{пр max} = Ú _П + Ú _NР;

U_п = U_нзпR_п/(R₀ + R_п)^-1 ;

U_NP = U_фZ_NP (Z^*)^-1 .

Подставляя в полученные выражения значение Ú _НЗП из формулы (1), находим

U_пр.max = U_ф (k_0п Z_NC +Z_NP)(Z^*)^-1 , (2)

где обозначено: k_0п = R_п (R₀ + R_п) ^-1.

Из полученной формулы следует, что величина напряжения прикос­новения уменьшается с уменьшением составляющих Z_NС и ком­плексного сопротивления нулевого провода и с увеличением значений комплексного сопротивления Z_Ф и суммы активных дополнительных со­противлений R_доп в цепи фазного провода. Снижению уровня напряжения прикосновения способствует также повторное заземление нулевого про­вода (значение коэффициента k_0П уменьшается с уменьшением величины сопротивления повторного заземления).

Для вычисления модуля напряжения прикосновения удобно ввести обозначения:

R _Ф* = R_ФC + R_ФР + R_NС+ R_NР + Z_Т / 3 + R_доп; (3)

L_Ф* = L_ФC + L_ФР + L_NС + L_NР . (4)

С учётом введённых обозначений (3) и (4) получаем формулу для расчёта максимальной величины напряжения прикосновения:

. (5)

Возможен реальный случай прикосновения к занулённому корпусу электроустановки, находящейся за пределами зоны растекания тока замы­кания на землю (например, при использовании выносного устройства по­вторного заземления). В этом случае следует принять α ₁ = 1, а коэффици­ент α ₂ определяется по следующей формуле [5]:

α ₁ = R_п (R_п + 1, ρ _{о расч})^-1, (6)

где R_h = 1000 Ом – расчётное значение сопротивления тела человека; ρ _{о расч} – расчётное удельное сопротивление основания, на котором предпо­лагается нахождение человека (различные виды грунта или пола) [6], Ом·м.

Требуемый уровень безопасности, обеспечиваемый системой с за­землённым нулевым проводом, рассчитанный по приведённым формулам, должен удовлетворять очевидному условию:

Ú _{пр max} < Ú _{пр. доп}, (7)

где допустимое значение напряжения прикосновения (Ú _{пр. доп}) определя­ется из табл. 8 с учётом времени срабатывания отключающих устройств.