Системы электроустановок напряжением до 1кВ (TN, TN-С, ТN-S, TN-C-S, IT, TT) и области их применения. (ПУЭ п. 1.7.3)

Стр 1 из 6Следующая ⇒

Системы электроустановок напряжением до 1кВ (TN, TN-С, ТN-S, TN-C-S, IT, TT) и области их применения. (ПУЭ п. 1.7.3)

Для электроустановок напряжением до 1 кВ приняты следующие обозначения: первая буква - состояние нейтрали источника питания относительно земли: Т - заземленная нейтраль; I - изолированная нейтраль. Вторая-буква - состояние ОПЧ относительно земли: Т - заземлены; N - присоединены к нейтрали. Последующие (после N) буквы - совмещение или разделение функций нулевого проводника: S - разделены; С – совмещены. Применяются следующие системы:

TN - нейтраль глухо заземлена, а ОПЧ э/у присоединены к нейтрали нулевыми проводниками;

TN-С - система TN, в которой нулевые защитный и рабочий проводники совмещены на всем протяжении;

TN-S - система TN, в которой нулевой защитный и рабочий проводники разделены на всем ее протяжении;

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 питания;

IT - нейтраль источника изолирована или заземлена через большое сопротивление, а ОПЧ заземлены;

ТТ - нейтраль источника глухо заземлена, а ОПЧ э/у заземлены при помощи ЗУ, независимого от нейтрали источника.

Система электроснабжения TN-C-S

Система электроснабжения TN-S

Графики фазных напряжений в трехфазной сети

Действие электрического тока на организм человека

Электрический ток относится к числу наиболее опасных производственных факторов. Доля электротравматизма в общей массе производственных травм с временной утратой трудоспособности не превышает 2 %. Однако, в травматизме со смертельным исходом электротравмы составляют 12, 2 % общего количества летальных исходов. По своей сложности, исходу и последействию

электротравмы относятся к сложнейшим поражениям человеческого организма.

При электротравме на живую ткань действуют как энергия теплового излучения (обычное термическое воздействие), так и энергия электрического поля (тока). Электроожоги излечиваются значительно труднее и медленнее обычных термических.

Электрический ток, проходя по телу человека, вызывает возбуждениевсех нервных окончаний -рецепторов, и раздражение тканей и органов, находящихся на его пути. Реакция на это воздействие проявляется на всех уровнях функциональных систем организма.

С ростом силы тока инициируется все большее количество рефлекторных дуг, нормальное функционирование органов и тканей нарушается, возникают патологические обратные связи и шоковые явления.

Нейронные сети

Для нейронных сетей общими являются принципы дивергенции для афферентных путей и конвергенции для эфферентных. Афферентные волокна периферических рецепторов ветвятся на множество (диапазон количественных значений разветвления очень широк - 1: 15 … 1: 2000 и более) коллатералей (в виде аксонов), идущих к спинальным нервам. В афферентных клетках рецепторов происходит и конвергенция. Количество входов для нейронов ЦНС составляет от десятков до тысяч аксонов. Так на мотонейроне оканчивается в среднем около 6000 коллатератей аксонов.

В итоге, нейрон интегрирует поступающие возбуждающие и тормозящие процессы.

Стереотипные реакции организма на сенсорные стимулы называют рефлексами. Рефлекторная дуга означает нейронную цепь от периферических рецепторов через афферентные цепи к нейронам ЦНС и далее по эфферентному пути (двигательный аксон или постганглионарные волокна вегетативной НС) к периферическому эффектору.

Свойства рефлексов:

· Время рефлекса зависит от интенсивности стимула (нелинейная зависимость);

· Совокупность подпороговых стимулов может суммироваться в надпороговый;

· При сильных стимулах рефлекс распространяется на другие группы мышц, которые ранее не участвовали в рефлексе (иррадиация).

Основные факторы, определяющие исход поражения эл. током

при биологическом действии тока исход поражения зависит от следующих основных факторов

1. силы тока и длительности его протекания через тело человека.

Частота тока

Промышленная частота 50 Гц технологична для электрических машин и электроприводов. Но с точки зрения биологической активности, выбор этой частоты оказался неудачным: наиболее опасен электрический ток в диапазоне частот 25-100 Гц (в этом диапазоне наиболее низкие значения пороговых неотпускающих токов). Постоянный ток примерно в четыре-пять раз безопаснее переменного частотой 50 Гц. Например, человек, удерживая цилиндрические электроды в руках, в состоянии выдержать (по болевым ощущениям) приложенное к нему напряжение не более 20-22В при частоте 50 Гц и не более 100-105В постоянного тока. Такое соотношение опасности действия постоянного и переменного токов зафиксировано и данными табл. 1. Биологическая активность в зоне ощутимых и неотпускающих токов при частоте 400 Гц на 15-25 % ниже, чем при частоте 50 Гц; в зоне фибрилляционных токов биологическая активность при частоте 400 Гц ниже примерно в пять раз. Поражающим фактором является амплитуда тока, а не его действующее значение, по которому обычно сравнивалось действие переменного и постоянного тока.

В 1988 г. исполнилось 100 лет закону штата Нью-Йорк о введении в гуманных целях казни преступников на электрическом стуле при напряжении 1300 В 50 Гц (позже его повысили до 1900 В).

Любопытна история этого закона, суть которой такова. В 1886 г. Дж. Вестингауз продемонстрировал технические преимущества линий передачи электроэнергии переменного тока с применением повышающих трансформаторов. Т. Эдисон и его сторонники, обеспокоенные возможной потерей спроса на ранее разработанные ими линии передачи постоянного тока, стали убеждать общество в опасности применения повышенного переменного напряжения, ставшего к тому времени причиной нескольких смертельных случаев. В полемическом задоре была провозглашена идея электрического стула (“переменный ток является подходящим только для бойни или государственной тюрьмы”). Дж. Вестингауз пытался защищаться, но был вызван на своеобразную дуэль – каждый подключается к предпочитаемому им источнику тока, после чего будут повышать напряжение до тех пор, пока цель дуэли не будет достигнута. Вестингауз не принял этого вызова. Но по настоянию созданной в штате Нью-Йорк комиссии для определения наилучшего способа приведения в исполнение смертных приговоров электрический стул был разработан. Первым 6 августа 1890 г. был казнен Вильям Кеммлер, убивший женщину и расчленивший труп топором.

Рис. 6.4. Зависимость порогового неотпускающего тока от частоты

Рис. 5-3. Распределение плотности тока в зависимости от места возникновения электрической цепи через тело человека

4. Путь электрического тока определяется местом приложения токоведущих частей к телу пострадавшего. Различают пути: рука-рука, рука-нога, нога-нога и др. Если на пути тока, например, рука-рука, оказывается жизненно важные органы – сердце, легкие, - то опасность поражения весьма велика. Когда ток проходит по иным путям, то воздействие его на жизненно важные органы может быть лишь рефлекторным, а не непосредственным. При этом опасность тяжелого поражения сохраняется, но вероятность его существенно снижается.

Нормы электробезопасности

Нормы электробезопасности регламентированы стандартом ГОСТ 12.1.038-82* «Электробезопасность. Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов». Ниже приведены нормы, которыми руководствуются при разработке технических средств защиты от поражения током в производственных условиях (для бытовых условий нормы этого стандарта жестче).

Предельно допустимые значения токов (мА) через тело человека

Длительность воздействия, с	Переменный ток 50 Гц	Переменный ток 400 Гц	Постоянный ток	Выпрямленный ток
				Двухполупериодный	Однополупери-одный
0, 01-0, 08			650	650	650
0.1
0, 2
0, 3
0, 4
0, 5
0, 6
0, 7
0, 8
0, 9
1, 0
Свыше 1, 0

Видно, что в целом нормы учитывают отмеченные выше факторы, влияющие на исход поражения: при возрастании длительности протекания тока снижаются значения допустимых токов; нормы для тока частотой 50 Гц – наиболее жесткие.

Всякая сеть или устройство обладают емкостью относительно земли. Если сеть изолирована от земли и имеет высокое сопротивление изоляции, после снятия рабочего напряжения опасный потенциал на токоведущих частях (обусловленный остаточным зарядом емкости) может сохраняться в течение длительного времени.

При прикосновении человека к токоведущей части в этом случае возникает переходной процесс разряда емкости через его тело. Для однофазной сети ток поражения определяется выражением

где - остаточное напряжение на отключенном участке сети; - сопротивление тела человека; С- емкость полюса относительно земли; - емкость между полюсами сети.

Следовательно, максимальная сила тока поражения зависит от и , а длительность протекания электрического тока определяется величинами емкости.

Из приведенной формулы следует одно из основных правил техники безопасности: после отключения потребителя нельзя браться за токоведущие части, предварительно не разрядив емкости. Для разряда емкостей следует присоединить провод к заземленной конструкции (корпусу) и затем другим концом коснуться токоведущей части. Изменять указанную последовательность операций нельзя, так как при этом ток разряда пройдет через тело человека.

Основная опасность остаточного заряда – вторичные травмы.

Напряжение шага.

Напряжение шага возникает в береговых условиях в сетях с заземленной нейтралью при замыкании фазы на корпус потребителя электроэнергии, при обрыве проводов и замыкании их на землю, при замыкании проводов на заземленные металлические конструкции (например, на опоры линий передачи электроэнергии). Замыкания на корпуса потребителей электроэнергии непосредственной опасности для работающих не представляют, так как безопасность обеспечивается штатными защитными техническими мероприятиями (контурным заземлением в высоковольтных системах, занулением в сетях 380/220 В). Поэтому кратко рассмотрим опасности, связанные с замыканиями проводов на землю (или на заземленные металлические конструкции). В случае обрыва провода (рис. ) образуется контур тока замыкания на землю по цепи: источник электроэнергии (например, фаза ) – фазный провод – зона растекания электрического тока в земле в месте обрыва провода, имеющая сопротивление - зона растекания электрического тока в земле в месте заземления нейтрали источника электроэнергии с сопротивлением - заземляющий проводник ЗП – нейтраль источника электроэнергии 0. Так как сопротивление проводов несоизмеримо мало по сравнению с сопротивлением грунта, то фазное напряжение источника в контуре тока замыкания распределяется на сопротивлениях зон растекания и. нормировано: в сетях 380/220 В его значение не превышает 4 Ом, в высоковольтных сетях – не выше 0, 5 Ом. – величина случайная. Считают, что при контакте провода с асфальтом его значение составляет сотни Ом, при контакте с сырой землей – не превышает 30 Ом. Эти значения существенно больше. Поэтому в контуре тока замыкания напряжение в основном сосредотачивается в зоне растекания тока в земле вблизи места обрыва провода, т.е. электрические потенциалы находятся в соотношении. Сопротивление току замыкания в зоне растеканий тока в земле убывает по мере удаления от места замыкания, так как увеличивается поперечное сечение зоны растекания. В соответствии с этим изменяется и падение напряжения в грунте. Считают, что на расстоянии 20 м от места замыкания электрический потенциал грунта снижается до нуля. Таким образом, вблизи места обрыва провода возникает следующий процесс изменения электрического потенциала на поверхности земли: в месте контакта провода с землей потенциал равен, затем по мере удаления от места контакта он убывает по гиперболе и на расстоянии 20 м от места замыкания достигает нулевого значения.

Когда человек оказывается в такой зоне растекания тока (например, на расстоянии x от места замыкания), его ноги оказываются под электрическими потенциалами разных значений. Напряжением шага и называется разность потенциалов и двух точек на поверхности земли в зоне растекания тока, которые находятся одна от другой на расстоянии а=0, 8 м (длина шага человека) и на которых одновременно стоит человек. увеличивается по мере приближения к месту замыкания. Его значение также зависит от напряжения сети. Так, в сети с вазовым напряжением 3 кВ напряжение шага может превышать 300 В. В соответствии с § 1.1 под таким напряжением в теле человека возникает опасный для его жизни человеческий ток. Если при судорожной реакции ног человек падает, то значение приложенного к нему напряжения возрастает. (Так как части тела касаются более удаленных точек поверхности земли, размер а увеличивается.)

Рис. 9. Схема замещения и графики распределения электрического потенциала.

ГОСТ 12. 1. 009 – 76 напряжением шага называет напряжение между двумя точками цепи тока, находящихся одна от другой на расстоянии шага, на которых одновременно стоит человек. Поэтому следует считать, что напряжение шага может возникнуть не только в зонах растекания тока. Известны случай поражения людей электрическим током в троллейбусе, когда незаземленный корпус троллейбуса находился под напряжением вследствие повреждения кабеля питания.

УЗО

Принцип работы УЗО

Важнейшим функциональным блоком УЗО является дифференциальный трансформатор тока 1 (см. рис. 1). В абсолютном большинстве УЗО, производимых и эксплуатируемых в настоящее время во всем мире, в качестве датчика дифференциального тока используется именно трансформатор тока. В литературе по вопросам конструирования и применения УЗО этот трансформатор иногда называют трансформатором тока нулевой последовательности — ТТНП, хотя понятие «нулевая последовательность» применимо только к трехфазным цепям и используется при расчетах несимметричных режимов многофазных цепей.

Пусковой орган (пороговый элемент) 2 выполняется, как правило, на чувствительных магнитоэлектрических реле прямого действия или электронных компонентах. Исполнительный механизм 3 включает в себя силовую контактную группу с механизмом привода.

В нормальном режиме, при отсутствии дифференциального тока — тока утечки, в силовой цепи по проводникам, проходящим сквозь окно магнитопровода трансформатора тока 1 протекает рабочий ток нагрузки. Проводники, проходящие сквозь окно магнитопровода, образуют встречно включенные первичные обмотки дифференциального трансформатора тока. Если обозначить ток, протекающий по направлению к нагрузке, как I₁, а от нагрузки как I₂, то можно записать равенство:

Равные токи во встречно включенных обмотках наводят в магнитном сердечнике трансформатора тока равные, но векторно встречно направленные магнитные потоки Ф₁ и Ф₂. Результирующий магнитный поток равен нулю, ток во вторичной обмотке дифференциального трансформатора также равен нулю.

Пусковой орган 2 находится в этом случае в состоянии покоя.

При прикосновении человека к открытым токопроводящим частям или к корпусу электроприемника, на который произошел пробой изоляции, по фазному проводнику через УЗО кроме тока нагрузки I₁ протекает дополнительный ток — ток утечки (I_D), являющийся для трансформатора тока дифференциальным (разностным)

Неравенство токов в первичных обмотках (I₁ + I_D в фазном проводнике) и (I₂, равный I₁, в нейтральном проводнике) вызывает неравенство магнитных потоков и, как следствие, возникновение во вторичной обмотке трансформированного дифференциального тока. Если этот ток превышает значение уставки порогового элемента пускового органа 2, последний срабатывает и воздействует на исполнительный механизм 3.

Исполнительный механизм, обычно состоящий из пружинного привода, спускового механизма и группы силовых контактов, размыкает электрическую цепь. В результате защищаемая УЗО электроустановка обесточивается.

Для осуществления периодического контроля исправности (работоспособности) УЗО предусмотрена цепь тестирования 4. При нажатии кнопки «Тест» искусственно создается отключающий дифференциальный ток. Срабатывание УЗО означает, что оно в целом исправно

Рис. 1 Структура УЗО

1 – дифференциальный трансформатор тока;
2 – пусковой орган (пороговый элемент);
3 – исполнительный механизм;
4 – цепь тестирования.