Анализ опасности трехфазной сети переменного тока напряжение до 1000В с изолированной нейтралью (неполное и глухое замыкание)

Трехпроводные электрические сети с изолированной от земли нейтралью:

Рис - Прикосновение человека к проводу трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью: а - при нормальном режиме; б - при аварийном режиме. Расстояние между проводами и землей - воздух, изоляция провода от тока утечки:

I) Однополюсное прикосновение.

Если изоляция хорошая, то видно, что опасность невелика.

2) При двухполюсном включении

С точки зрения электробезопасности предпочтительнее сеть с изолированной от земли нейтралью, если изоляция соответствует ПУЭ.

32. Аналіз небезпеки трифазної мережі змінного струму напругою до 1000В з глухозаземленной нейтраллю (неповне і глухе замикання).

Прикосновение человека к фазному проводу трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью: а -при нормальном режиме; б - при аварийном режиме

Рассмотрим как и какой ток протекает через человека

R0 < < Rr, Rоб = Rгр = 0 (когда мокро),

тогда при однофазном включении

Двухполюсное включение по аналогии:

33. Вибір режиму нейтрали мережі.

Режим нейтрали влияет на надежность электрической сети, качество электрической энергии, экономичность и безопасность эксплуатации.

В настоящее время принято следующее выполнение электрических сетей:

электрические сети напряжением до 1 кВ – как с изолированной, так и с глухозаземленной нейтралью;

электрические сети напряжением 6, 10 и 35 кВ – с изолированной нейтралью без компенсации емкостной составляющей тока замыкания на землю и с компенсацией. Компенсация емкостного тока замыкания на землю должна применяться при значениях этого тока в нормальных режимах:

- в сетях напряжением 3-20 кВ, имеющих железобетонные и металлические опоры воздушных линий электропередачи, и во всех сетях напряжением 35 кВ – не более 10 А;

- в сетях, не имеющих железобетонные и металлические опоры на воздушных линиях электропередачи:

более 30 А при напряжении 3-6 кВ;

более 20 А при напряжении 10 кВ;

более 15 А при напряжении 15-20 кВ;

- в схемах генераторного напряжения 6-20 кВ блоков генератор-трансформатор – более 5 А.

При токах замыкания на землю более 50 А рекомендуется применение не менее двух заземляющих реакторов;

электрические сети напряжением 110 кВ как с глухозаземленной, так и с эффективным заземлением нейтрали;

электрические сети напряжением 220 кВ и выше должны работать только с глухозаземленной нейтралью.

Физически применение того или иного способа заземления нейтрали обусловлено наличием и величиной емкостного тока однофазного замыкания на землю, который, в свою очередь, пропорционален напряжению и длине электрической сети.

Основным фактором в пользу изолированной нейтрали в электрических сетях напряжением до 1 кВ является бесперебойность электроснабжения трехфазных потребителей.

Главный выигрыш от применения электрических сетей с изолированной нейтралью и компенсацией емкостной составляющей тока замыкания на землю – повышение надежности электроснабжения.

К недостаткам таких сетей следует отнести:

- техническую сложность и высокую стоимость компенсирующего устройства;

- сложность релейной защиты от однофазных замыканий на землю.

При выборе глухого заземления нейтрали в электрических сетях до 1 кВ принимается во внимание простота и надежность защиты предохранителя-ми и автоматическими выключателями в разветвленных сетях и связанная с этим относительная безопасность обслуживания.

В электрических сетях напряжением 110 кВ и выше определяющим в выборе способа заземления нейтрали является фактор стоимости изоляции. В таких сетях применяется эффективное и глухое заземление нейтрали, при которых во время однофазных замыканий напряжение на неповрежденных фазах относительно земли равно примерно 0,8 междуфазного напряжения. Это основное достоинство такого способа заземления нейтрали.

Эффективное заземление нейтрали электрических сетей не только предупреждает возникновение в них дуговых перенапряжений, но и приводит к некоторому облегчению их изоляции по отношению к земле, а тем самым и к снижению затрат на их сооружение.

Трехфазные электрические сети с эффективно заземленной нейтралью отличаются от сетей с глухозаземленной нейтралью в основном требованиями к заземляющему устройству, к числу которых можно отнести следующие:

напряжение на заземляющем устройстве при стекании с него тока замыкания на землю не должно превышать 10 кВ;

заземляющее устройство, которое выполняется с соблюдением требований к его сопротивлению, должно иметь в любое время года сопротивление не более 0,5 Ом.

34. Явища, що виникають при стіканні струму в землю крізь одиночний заземлювач. Рівняння потенційної кривої.

При стекании тока в землю, происходит резкое снижение потенциала заземлившейся токоведущей части до значения - fз(в), равного произведению тока, стекающего в землю - Iз(A), на сопротивление, которое ток встречает на своем пути -R3 * (oм) f3 = I3*R3.

Это явление используется как способ защиты от поражения током при случайном появлении напряжения на металлических нетоковедущих частях, которые с этой целью заземляют.

Но при этом возникают и отрицательные явления - появление потенциала на заземлителе, а также на поверхности грунта вокруг места отекания тока в землю.

Характер распределения потенциала на поверхности земли рассмотрим на примере стекания тока - I3(A) в землю через заземлитель - полушар радиусом r (M).

Рис. - Распределение потенциала на поверхности земли вокруг полушарового заземлителя

Для упрощения считаем, что земля в любой точке обладает одинаковым удельным сопротивлением - r (Ом ∙ м). В этом случае ток в земле будет растекаться по радиусам полушара и величина его будет уменьшаться по мере удаления от заземлителя по закону увеличения площади полусферы через которую проходит ток.

На расстоянии Х от центра полушара плотность тока (А/м2) будет равна:

Потенциал точки А, расположенный на расстоянии Х от центра заземлителя будет равен

f = 0 при Х =. Обычно область нулевого потенциала начинается на расстоянии 20 м от заземлителя.

Максимальный потенциал будет при Х = min, т.е. при Х = r,

Решив совместно два уравнения (9.3) и (9.42), получим.

Из (9.4) тогда подставив в (9.3) это значение получим: Обозначив через К имеем: - т.е. получим уравнение равносторонней гиперболы. Следовательно, потенциал на поверхности земли вокруг заземлителя изменяется по закону гиперболы.

Напряжение шага или шаговое напряжение есть разность потенциалов fx и fx+a двух точек на поверхности земли в зоне растекания тока, находящиеся на расстоянии шага а = 0,8 м.

Напряжение шага при одиночном заземлителе.

Через тело человека в этом случае будет протекать ток:

Напряжение прикосновения характеризуется отрезком АВ и зависит от формы кривой и расстояния Х между человеком, касающимся к заземленному оборудованию и заземлителю. Чем дальше от заземлителя находится человек, тем больше Unp, наоборот- при Х=20м, Unp = f3, наиболее опасно.

При Х = 0, т.е. человек стоит на заземлителе, Unp=0, т.е. это безопасный случай, хотя человек и находится под потенциалом f3. В остальных случаях Unp возрастает от 0 до f3.

Напряжение прикосновения при одиночном заземлителе: 1 - потенциальная кривая; II - кривая, характеризующая изменение напряжения прикосновения Uпр при изменении расстояния от заземлителя x

Через тело человека в этом случае протекает ток:

35. Дайте визначення поняття «зона розтікання струму». Розгляньте напругу дотику.

Зона растекания тока - зона земли, за пределами которой электрический потенциал, обусловленный токами замыкания на землю, может быть условно принят равным нулю.

Напряжение прикосновения - напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек

Так, например, если человек стоит на грунте и касается заземленного корпуса оказавшегося под напряжением, то напряжение прикосновения численно равно разности потенциалов корпуса и точек почвы, где находятся ноги человека.

Напряжение прикосновения увеличивается по мере удаления от места заземления и за пределами зоны растекания тока равно напряжению на корпусе оборудования относительно земли.

36. Розгляньте напругу кроку. Вирівнювання потенціалів.

Напряжение шага - напряжение между двумя точками цепи тока, находящихся одна от другой на расстоянии шага, на которых одновременно стоит человек.

Человек, находящийся в зоне растекания тока, может оказаться под напряжением, не касаясь каких-либо частей электроустановки. При замыкании на землю одного из проводов сети распределение потенциала изображено на рис.

а — длина шага.

Напряжением шага называется напряжение между двумя точками цепи тока, находящимися одна от другой на расстоянии шага.

Если обе ноги человека находятся на одной линии равного потенциала, то напряжение шага равно нулю.

Наибольшее значение Um будет в случае, когда человек одной ногой стоит на заземлителе, а другой — на расстоянии шага от него.

При воздействии Um ток через человека протекает по пути «нога-нога», но если этот ток достигает величины, вызывающей судороги в мышцах ног, то человек может упасть и ток будет протекать по пути «руки-ноги». Судороги ног возникают при Um 90 В. кроме того, при падении, человек может касаться точек грунта с большей разностью потенциалов, т.к. рост человека всегда больше длины его шага. По условиям электробезопасности запрещено приближаться к месту замыкания на землю одного из проводов сети на расстояние менее 4-5м в закрытых распределительных устройствах и 8-10м — на открытых подстанциях. Защитными средствами от напряжения шага служат диэлектрические боты, галоши, сапоги.