Классификация и схемы электрических систем с напряжением
До 1000 В
Система TN-C – система TN, в которой нулевой защитный и нулевой рабочий проводники совмещены в одном проводнике на всем ее протяжении (см. рис. 4.1); при этом совмещенный нулевой и рабочий провод обозначается PEN.
Рис. 4.1. Система TN-C
Система TN-S – система TN, в которой нулевой защитный и нулевой рабочий проводники разделены на всем ее протяжении (см. рис. 4.2).
Рис. 4.2. Система TN-S
Система TN-C-S – система TN, в которой функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников совмещены в одном проводнике в какой-то ее части, начиная от источника электроэнергии (см. рис. 4.3).
Рис. 4.3. Система TN-C-S
Система IT – система, в которой нейтраль источника электроэнергии изолирована от земли или заземлена через приборы или устройства, имеющее большое сопротивление, а открытые проводящие части электроустановки заземлены (см. рис. 4.4). В этом случае защитный заземляющий проводник обозначается так же, как и нулевой защитный проводник, т.е. PE – проводник.
Рис. 4.4. Система IT
Система TT – система, в которой нейтраль источника электроэнергии глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки заземлены при помощи заземляющего устройства, электрически независимого от глухозаземленной нейтрали источника.
Поскольку нашей целью является анализ электробезопасности отдельных типов электрических сетей, предназначенных для питания потребителей электроэнергии, то для удобства изложения материала в дальнейшем будем пользоваться терминами типа “сеть TN-S" и т.д., которые означают совокупность источника электроэнергии с определенным режимом заземления нейтрали и питающей линии с определенной системой токоведущих проводников, например, сеть TN-C означает совокупность источника электроэнергии с глухозаземленной нейтралью и трехфазной четырехпроводной питающей линии.
Исход поражения человека электрическим током, определяемый током, протекающим через тело человека Ih и напряжением прикосновения Uh, существенно зависит от типа сети, питающей потребители электроэнергии и ее параметров, в том числе:
1. напряжения и частоты сети;
2. режима нейтрали сети;
3. схемы включения человека в электрическую цепь;
4. сопротивления изоляции фазных проводов сети относительно земли;
5. емкости фазных проводов сети относительно земли;
6. режима работы сети.
a. Типовые схемы включения человека в электрическую цепь
Существуют различные “схемы включения” человека в электрическую цепь тока (типовые “схемы включения” показаны на рис. 4.5. на примере сети IT):
Рис. 4.5. Типовые схемы включения человека в электрическую цепь:
-двухфазное прикосновение (прямое) – одновременное прикосновение к двум фазным проводникам, действующей электроустановки (поз.1 на рис. 4.5.);
-однофазное прикосновение (прямое) – прикосновение к проводнику одной фазы действующей электроустановки (поз.2 на рис. 4.5.);
-косвенное прикосновение к открытым проводящим частям, оказавшимся под напряжением в результате повреждения изоляции (прикосновение к корпусу потребителя электроэнергии с поврежденной изоляцией) (поз.3 на рис. 4.5.).
При анализе электробезопасности различных сетей обычно рассматривают две первые ситуациии.
При двухфазном прикосновении ток через тело человека и напряжение прикосновения определяются по формулам:
(4.1.)
(4.2)
где U − действующее значение фазного напряжения сети; Gh − проводимость тела человека.
Из выражений (4.1) и (4.2) следует, что при двухфазном прикосновении человек попадает под линейное напряжение сети вне зависимости от типа сети, режима нейтрали, режима работы сети, проводимости фазных проводов YL1, YL2, YL3 относительно земли. Такая схема включения человека в электрическую цепь представляет большую опасность.
Случаи двухфазного прикосновения происходят сравнительно редко и являются, как правило, результатом работы под напряжением в электроустановках до 1 кВ, что является нарушением правил и инструкций выполнения работ.
При однофазном прикосновении человек попадает под напряжение Uh, значение которого зависит от многих факторов. Эта схема включения человека в электрическую цепь тока является менее опасной, чем двухфазное прикосновение, и на практике она встречается значительно чаще.
Например, электротравмы со смертельным исходом при однофазном прикосновении составляют 70-80% от общего числа, причем, большинство из них происходит в сетях напряжением до 1 кВ.
Далее, при анализе электробезопасности сетей различных типов, будет рассматриваться только однофазное прикосновение.
б. Обобщенная схема для анализа электробезопасности трехфазных сетей любого типа напряжением до 1000 В
В общем виде напряжение прикосновения Uh и ток через тело человека Ih в комплексной форме для случая, когда человек касается одного из фазных проводов трехфазной четырехпроводной сети с нейтралью, заземленной через активное и индуктивное сопротивление (рис. 4.6) (такую схему можно рассматривать как обобщенную для анализа электрбезопасности любого типа сети напряжением до 1 кВ) можно записать в виде [3]:
Рис. 4.6. Обобщенная схема для анализа трехфазных сетей
(4.3)
(4.4)
где YL1, YL2, YL3, YPEN, Y0 − полные проводимости фазных и PEN- проводов относительно земли и заземления нейтрали в комплексной форме: a − фазный оператор трехфазной системы, учитывающий сдвиг фаз. Выражениями (3.3, 3.4) будем пользоваться при определении Ih и Uh для сетей типа IT и TN-C при определенных значениях их параметров.