2. Классификация сетей. Схемы включения человека в сеть

Электроустановки, и в том числе электрические сети, по условиям электробезопасности разделяют на два класса: до 1 кВ и вы­ше 1 кВ [ ].

Подача электроэнергии к потребителям осуществляется, как правило, по линиям высокого напряжения (более 1 кВ), которое затем понижается с помощью трехфазных трансформаторов до напряжения менее 1 кВ. От вторичных обмоток трансформаторов питаются местные электросети промышленного и бытового назначения.

Вторичные обмотки трехфазных трансформаторов, соединенные в звезду, образуют общую точку – нейтраль. Если нейтраль присоединена к заземлителю непосредственно или через малое сопротивление (рис. 2), то ее называют глухозаземленной. Проводник, присоединенный к глухозаземленной нейтрали, называют нулевым (обозначается буквой N₀ если он рабочий, и PEN, если рабочий и защитный одновременно). Наряду с этим нейтраль может быть изолированной от земли (рис. 3), т. е. не присоединенной к заземлителю или присоединенной через большое сопротивление. Таким образом, трехфазная сеть до 1 кВ в зависимости от режима нейтрали источника тока, а также от наличия нулевого проводника может быть четырехпроводной с глухозаземленной нейтралью (см. рис. 2) или трехпроводной с изолированной нейтралью (см. рис. 3).

Рис. 2 Трехфазная четырехпроводная сеть с глухозаземленной нейтралью: а и б – однофазное прикосновение; в – двухфазное прикосновение; ОН – осветительная нагрузка; СН – силовая нагрузка

На обмотках трансформатора, а также между каждым фазным проводником А, В, С и землей (или нулевым проводником N) действует фазное напряжение U_ф , а между фазными проводниками – линейное U_л. В четырехпроводной сети приняты следующие номинальные значения: U_л/U_ф: 220/127, 380/220, 660/380 В, а в трехпроводной –U_л: 36, 42, 127, 220, 380, 660 В.

Рис. 3 Трехфазная трехпроводная сеть с изолированной нейтралью: a, б – однофазное прикосновение; в – двухфазное прикосновение

Распределенные по длине проводников А, В, С, N активное сопротивление изоляции и емкость каждого из них относительно земли на схемах сетей условно представлены сосредоточенными элементами R и С с соответствующими индексами. Индуктивной составляющей сопротивления изоляции обычно пренебрегают по причине ее незначительности.

В случае прикосновения человека к фазному проводу сети или к корпусу оборудования, например при пробое изоляции (вариан­ты а и б на рис. 2 и 3), через тело человека на землю проходит ток, который затем через землю, сопротивления изоляции провод­ников и заземление нейтрали (при ее наличии) возвращается к ис­точнику питания (обмоткам трансформатора). Такое прикоснове­ние называется однофазным. Реже на практике реализуется двухфазное включение человека в цепь тока (вариант в).

Тяжесть поражения зависит от значения тока, пути протекания его через тело человека, длительности воздействия, индивидуальных особенностей человека и некоторых других факторов.

Допустимые значения тока проходящего через человека по пути «рука – рука» или «рука – ноги», и напряжения прикосновения (напряжения, приложенного непосредственно к телу челове­ка) и в зависимости от продолжительности воздействия τ указа­ны в ГОСТ 12.1.038-82. Некоторые значения этих величин применительно к производственным электроустановкам напряже­нием до 1 кВ приведены ниже.

τ, с 0,01-0,08 0,1 0,2 0,3 0,5 0,7 1,0 Более 1,0

U_пр, В 650 500 250 165 100 70 50 36

I_h, мА 650 500 250 165 100 70 50 6

Указанные значения , и τ позволяют оценивать опасность поражения и разрабатывать средства защиты (зануление, защитное заземление, защитное отключение и др.).

Анализ опасности электрических сетей сводится к определе­нию тока, проходящего через тело человека:

, (1)

где – напряжение между точками 1 и 2, с которыми соприкасается человек непосредственно или через некоторые промежу­точные элементы; – сопротивление в цепи тела человека.

При двухфазном прикосновении:

и . (2)

В этом случае ток определяется линейным напряжением и сопротивлением и практически не зависит от режима нейтрали сети. Достаточное увеличение (например, при использовании диэлектрических перчаток) позволяет избежать поражения. В противном случае Ом и при В достигнет значения 380 мА, что при τ > 0,1 с весьма опасно.

При однофазном прикосновении, если человек обут и стоит на каком-либо основании:

, (3)

где , и – сопротивления тела человека, обуви и основания соответственно.

Ток , зависит от сопротивления и параметров электрической сети. Ниже получены зависимости для вычисления в трехфазных сетях напряжением до 1 кВ с различным режимом нейтрали.