Анализ электробезопасности сети с изолированной нейтралью трансформатора(IT)
Данные сети наименее опасны в нормальном режиме работы, т.е. при высоком уровне сопротивления изоляции всех фаз относительно земли (Zиз1, Zиз2, Zиз3) и при однофазном прикосновении человека. Значение тока Ih, протекающего через тело человека, определяется электрическим сопротивлением самого человека Rh (при напряжении 220 ÷ 380 В Rh = 1000 Ом) и, главным образом, сопротивлением изоляции фаз относительно земли Zиз (рис. 9.5, первичная обмотка силового трансформатора здесь и в последующем не указана, но подразумевается).
На рис. 9.5, а пунктиром указан путь тока Ih, протекающего через тело человека Rh, 
Uф – фазное напряжение сети (220 В). На рис. 9.5, б показано, что сопротивление изоляции фаз относительно земли имеет активную Rиз и емкостную Сиз составляющие.
При равенстве сопротивления изоляции относительно земли всех фаз Zиз1 = =Zиз2 = Zиз3 = Zиз значение тока Ih протекающего через тело человека, определяется по формуле
. (9.1)
Напряжение прикосновения Uh во всех случаях
Uh = Ih ·Rh . (9.2)
Р и с. 9.5. Трехфазная сеть с изолированной нейтралью (IT) в нормальном
режиме работы: а - однофазное прикосновение человека; б - сопротивление
изоляции фаз относительно земли
В нормальном режиме работы сети с изолированной нейтралью основное защитное действие оказывает Zиз: чем выше Zиз, тем меньше ток, протекающий через тело человека. На практике величина Zиз имеет значение единиц, в большинстве случаев десятков, нередко и сотен тысяч Ом.
Недостатком сетей с изолированной нейтралью является высокая опасность поражения человека электротоком в аварийном режиме (рис. 9.6), когда человек касается одной фазы, а какая-либо из двух других замкнута на землю (например пробой изоляции Zиз).
На рис. 9.6 Rзм – сопротивление замыкания фазы на землю (обычно имеет значение от единиц до сотни Ом). Практически весь ток, протекающий через сопротивление тела человека Rh, возвращается в сеть через Rзм, так как Rзм << Zиз. Поэтому величину этого тока можно определить по формуле
(9.3)
где Uл = 
Uф – линейное напряжение сети (в данной работе Uл = 380 В).
Р и с. 9.6. Трехфазная сеть с изолированной нейтралью (IT)
в аварийном режиме работы
В аварийном режиме, как видно из формулы (9.3) и рис. 9.6, сопротивление изоляции фаз относительно земли Zиз защитного действия не оказывает.
Ток через тело человека Ih в аварийном режиме работы сети с изолированной нейтралью как минимум на 70 % (а практически в несколько раз) больше тока в нормальном режиме работы этой же сети, поэтому сети с изолированной нейтралью применяются там, где можно обеспечить высокий уровень Zиз (короткие неразветвленные сети, низкие значения относительной влажности и температуры окружающего воздуха, отсутствие химически агрессивной среды, применение приборов постоянного контроля изоляции и т.д.).
9.6. Анализ электробезопасности сети с глухозаземленной нейтралью трансформатора(TN – C )
В нормальном режиме работы такой сети и при однофазном прикосновении человека (рис. 9.7) сопротивление изоляции фаз относительно земли Zиз защитного действия от поражения человека электротоком не оказывает, так как ток Ih, проходящий через его тело, практически весь возвращается в сеть через сопротивление рабочего заземления нейтрали Rо, имеющее малое значение (для данной сети 220/380В Rо = 4 Ом, что на несколько порядков меньше Zиз).
Значение Ih можно определить по следующей формуле
(9.4)
Р и с. 9.7. Трехфазная сеть с глухозаземленной нейтралью
(TN – C) в нормальном режиме работы
В аварийном режиме работы сети (см. рис. 9.8), когда одна из фаз замкнута на землю, а человек касается другой фазы, значение тока через его тело определяется по формуле
. (9.5)
Р и с. 9.8. Трехфазная сеть с глухозаземленной нейтралью
(TN – C) в аварийном режиме работы
На практике Rзм принимает значения в диапазоне от Ro до 10 Ro.
При Rзм = Rо
(9.6)
При Rзм = 10 Ro
(9.7)
Таким образом, значения тока Ih, протекающего, через тело человека находятся в диапазоне от 
до 1,35
. Значит, в аварийном режиме работы сети с глухозаземленной нейтралью Ih может увеличиться по сравнению с нормальным режимом максимум на 35 % (что значительно меньше, чем в сетях с изолированной нейтралью).
Для ориентировочных (оценочных) расчетов значения Ih в аварийном режиме сети с глухозаземленной нейтралью можно использовать более простую формулу для нормального режима (9.7). Она дает приемлемую точность, так как на практике чаще выполняется условие Rзм ≈ 10 Ro.
Исходя из анализа формулы (9.5) можно считать, что практически весь ток Ih, проходящий через тело человека, возвращается в сеть через Ro (что показано пунктиром на рис. 9.8). Часть тока, которая ответвляется через Rзм, а тем более через Zиз2, с достаточной точностью можно не учитывать.
По результатам теоретического анализа сетей напряжением до 1000В можно сделать следующие выводы.
1. Наименее опасной является сеть с изолированной нейтралью в нормальном режиме работы, но она становится наиболее опасной в аварийном режиме, поэтому с точки зрения электробезопасности предпочтительнее является сеть с изолированной нейтралью при условии поддержания высокого уровня Zиз и недопущения работы в аварийном режиме.
2. В сети с глухозаземленной нейтралью не требуется поддерживать высокий уровень Zиз, и в аварийном режиме такая сеть менее опасна, чем сеть с изолированной нейтралью. Сеть с глухозаземленной нейтралью является предпочтительнее с технологической точки зрения , так как позволяет одновременно получать два напряжения: фазное, например 220 В, и линейное, например 380 В (их иногда называют соответственно осветительным и силовым). В сети с изолированной нейтралью можно получить только одно напряжение – линейное.
В связи с вышеизложенным, при напряжениях до 1000В в основном применяют сети с глухозаземленной нейтралью.
9.7. Причины поражения электрическим током
и основные меры защиты
Основные причины несчастных случаевот воздействия электрического тока следующие:
1) случайное прикосновение или приближение на опасное расстояние к токоведущим частям, находящимся под напряжением;
2) появление напряжения на металлических конструктивных частях электрооборудования (корпусах, кожухах и т. п.) в результате повреждения изоляции и других причин;
3) появление напряжения на отключенных токоведущих частях, на которых работают люди, вследствие ошибочного включения установки;
4) возникновение шагового напряжения на поверхности земли в результате замыкания провода на землю.
Основными мерами защиты от поражения токомявляются обеспечение недоступности токоведущих частей, находящихся под напряжением, для случайного прикосновения; электрическое разделение сети; устранение опасности поражения при появлении напряжения на корпусах, кожухах и других частях электрооборудования, что достигается применением малых напряжений, использованием двойной изоляции, выравниванием потенциала, защитным заземлением, занулением, защитным отключением и др.; применение специальных электрозащитных средств — переносных приборов и приспособлений; организация безопасной эксплуатации электроустановок.
Недоступность токоведущих частей электроустановок для случайного прикосновения может быть обеспечена рядом способов: изоляцией токоведущих частей, размещением их на недоступной высоте, ограждением и др.
Электрическое разделение сети - это разделение электрической сети на отдельные электрически не связанные между собой участки с помощью специальных разделяющих трансформаторов. В результате изолированные участки сети обладают большим сопротивлением изоляции и малой емкостью проводов относительно земли, за счет чего значительно улучшаются условия безопасности.
Применение малого напряжения. При работе с переносным ручным электроинструментом (дрелью, гайковертом, зубилом и т. п.), а также ручной переносной лампой человек имеет длительный контакт с корпусами этого оборудования. В результате резко повышается опасность поражения его током в случае повреждения изоляции и появления напряжения на корпусе, особенно если работа производится в помещении с повышенной опасностью, особо опасном или вне помещения.
Для устранения этой опасности необходимо питать ручной инструмент и переносные лампы напряжением не выше 42 В.
Кроме того, в особо опасных помещениях при особенно неблагоприятных условиях (например работа в металлическом резервуаре, работа сидя или лежа на токопроводящем полу и т. п.) для питания ручных переносных ламп требуется еще более низкое напряжение - 12 В.
Двойная изоляция - это электрическая изоляция, состоящая из рабочей и дополнительной изоляции. Рабочая изоляция предназначена для изоляции токоведущих частей электроустановки, обеспечивая ее нормальную работу и защиту от поражения током. Дополнительная изоляция предусматривается дополнительно к рабочей для защиты от поражения током в случае повреждения рабочей изоляции. Двойную изоляцию широко применяют при создании ручных электрических машин. При эксплуатации таких машин заземление или зануление их корпусов не требуется.
9.8. Классификация помещений по опасности поражения
электрическим током
Для защиты от поражения человека электрическим током при устройстве помещений необходимо предусматривать те или иные меры обеспечения безопасности. С целью их оптимального выбора разработана классификация помещений.
Все помещения делятся по степени поражения людей электрическим током на три класса: без повышенной опасности, с повышенной опасностью, особо опасные.
Помещения без повышенной опасности - это сухие, беспыльные помещения с нормальной температурой воздуха и с изолирующими (например деревянными) полами, т. е. в которых отсутствуют условия, свойственные помещениям с повышенной опасностью и особо опасным.
Примером помещений без повышенной опасности могут служить обычные конторские помещения, инструментальные кладовые, лаборатории, а также некоторые производственные помещения, в том числе цехи приборных заводов, размещенных в сухих, беспыльных помещениях с изолирующими полами и нормальной температурой.
Помещения с повышенной опасностью характеризуются наличием одного из следующих пяти условий, создающих повышенную опасность:
сырости, когда относительная влажность воздуха длительно превышает 75%; такие помещения называют сырыми;
высокой температуры, когда температура воздуха длительно (свыше суток) превышает +35° С; такие помещения называются жаркими;
токопроводящей пыли, когда по условиям производства в помещениях выделяется токопроводящая технологическая пыль (например угольная, металлическая и т. п.) в таком количестве, что она оседает на проводах, проникает внутрь машин, аппаратов и т. п.; такие помещения называются пыльными с токопроводящей пылью;
токопроводящих полов - металлических, земляных, железобетонных, кирпичных и т. п.;
возможности одновременного прикосновения человека к имеющим соединение с землей металлоконструкциям зданий, технологическим аппаратам, механизмам и тому подобное, с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования - с другой.
Примерами помещений с повышенной опасностью могут служить лестничные клетки различных зданий с проводящими полами, складские неотапливаемые помещения (даже если они размещены в зданиях с изолирующими полами и деревянными стеллажами) и т. п.
Помещения особо опасные характеризуются наличием одного из следующих трех условий, создающих особую опасность:
особой сырости, когда относительная влажность воздуха близка к 100% (стены, пол и предметы, находящиеся в помещении, покрыты влагой); такие помещения называются особо сырыми;
химически активной или органической среды, т. е. помещения, в которых постоянно или в течение длительного времени содержатся агрессивные пары, газы, жидкости, образующие отложения или плесень, действующие разрушающе на изоляцию и токоведущие части электрооборудования; такие помещения называются помещениями с химически активной или органической средой;
одновременного наличия двух и более условий, свойственных помещениям с повышенной опасностью.
Особо опасными помещениями является большая часть производственных помещений, в том числе все цехи машиностроительных заводов, испытательные станции, гальванические цехи, мастерские и т. п. К таким же помещениям относятся и участки работ на земле под открытым небом или под навесом.