Зануление. Принцип действия. Способы применения

Схема включения человека в цепь

В процессе эксплуатации электроустановок не исключена возможность случайного прикосновения человека к токоведущим частям, находящимся под напряжением. Прикосновение будет наиболее опасным, если человек стоит на земле или проводящем основании (пол, площадка) и обувь его обладает некоторой электропроводностью.

Практически установлено, что на исход поражения существенное влияние оказывает путь прохождения тока в теле человека. Если на пути тока оказываются жизненно важные органы: сердце, легкие, головной мозг, то опасность поражения очень велика. Возможных путей (или петель) тока в теле человека много. Некоторые из них показаны на рис. 3. Наиболее опасными являются следующие пути тока: голова-руки, голова-ноги, рука-рука, рука-ноги). Наименее опасным является путь нога-нога, именуемый нижней петлёй тока и возникающий при попадании человека под шаговое напряжение.

Каждый случай поражения электрическим током имеет свои индивидуальные особенности. Однако с теоретической точки зрения (анализа физической природы источников электроэнергии и количественной оценки параметров контура тока) все множество причин протекания через тело человека тока подразделяется на следующие типовые схемы:
1) двухполюсное прикосновение;
2) однополюсное прикосновение;
3) остаточный заряд;
4) наведенный заряд;
5) заряд статического электричества;
6) напряжение шага;
7) электрический пробой воздушного промежутка.

Прикосновение человека к токоведущим частям может быть однофазным (однополюсным в цепях постоянного тока) или двухфазным (двухполюсным). В обоих случаях образуется электрическая цепь, одним из участков которой окажется тело человека. Путь тока через человека в первом случае может быть «рука - ноги». Во втором случае - «рука - рука». Возможны и другие схемы включения человека в электрическую цепь, например при касании токоведущих частей лицом, шеей, спиной и др. или включение «нога - нога».

При двухфазном (двухполюсном) включении человек оказывается под полным рабочим напряжением электроустановки и ток, проходящий через него, будет равен

I _чел = U_л/R_чел, (9.1)

где U_л - линейное напряжение; R_чел - сопротивление тела человека.

Рис. 1. Схема двухфазного включения человека в цепь

Случаи двухполюсного прикосновения происходят относительно редко - как правило, они являются следствием грубого нарушения правил техники безопасности. Обычно они возникают в электроустановках напряжением ниже 1000 В в процессе работы под напряжением с применением неисправных защитных средств, а также в результате небрежности при эксплуатации электрооборудования с неогражденными голыми токоведущими частями (открытые рубильники, незащищенные клеммные платы, экспериментальные работы и т.п.).

Здесь напряжение прикосновения равно рабочему, и поэтому в сетях переменного тока напряжением выше 100 В ток через тело человека превышает значения порогового неотпуска (16 мА) и фибриляционного (100 мА). Поэтому обычно такой контакт с токоведущими частями завершается летальным исходом (если пострадавшему своевременно не оказана помощь).

При однополюсном (однофазном) прикосновении, которое встречается чаще, ток, протекающий через человека, будет зависеть не только от напряжения электроустановки и сопротивления тела человека, но и от других факторов: режима нейтрали источника питания, состояния изоляции сети, состояния (электропроводности) пола, обуви человека, влажности воздуха и др.

Если в изделии имеется неисправность типа замыкания фазы на корпус, параметры контура тока Ih, будут идентичными указанным на предыдущей схеме. Именно в этом режиме происходит наибольшая часть травм от электрического тока.

Здесь контур тока Ih замыкается либо через сопротивления утечки ZФ (в сетях, изолированных от земли), либо через сопротивление заземления нейтрали источника электроэнергии RO.
В общем виде режим однофазного прикосновения менее опасен, чем режим двухфазного прикосновения, так как здесь значение напряжения прикосновения ограничивается сопротивлением утечки. Тем не менее в сетях с заземленной нейтралью, а также в сетях с изолированной нейтралью, но имеющих большую емкость, опасность этого режима адекватна опасности режима двухфазного прикосновения.

Глухозаземленная нейтраль - если нейтраль обмотки трансформатора присоединена к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление.

Глухое заземление нейтрали силового трансформатора обеспечивает невозможность появления во вторичной цепи напряжения, большего номинального, даже в случае нарушения изоляции между первичной и вторичной обмотками трансформатора, так как в этом случае соответствующая фаза высоковольтной сети окажется заземленной. Замыкание на землю (на корпус) в этой сети вызовет короткое однофазное замыкание, вследствие чего поврежденный участок сети или поврежденное электрооборудование отключается максимальной токовой защитой.

Рис. 9.2. Схема, поясняющая однополюсное прикосновение человека в сети с глухозаземленной нейтралью

На рис. 9.2 изображена упрощенная схема, поясняющая однополюсное (однофазное) прикосновение человека в четырехпроводной сети напряжением 220/380 В с глухозаземленной нейтралью. Как видно из схемы, прикосновение человека, стоящего на земле (или на заземленной конструкции, полу), обусловливает замкнутую электрическую цепь «обмотка источника питания - провод линии - тело человека - земля - провод рабочего заземления нейтрали трансформатора (генератора)». При этом на человека будет воздействовать фазное напряжение сети 220 В. При хорошей проводимости пола и обуви практически все напряжение будет приложено к человеку по пути «рука - ноги». Если принять (в неблагоприятных условиях) сопротивление тела человека R_чел = 1000 Ом, то через него пройдет ток I_чел = 220/1000 = 0,22 А,

т.е. ток, безусловно смертельно опасный для человека. Если же сопротивления обуви R_об и пола R_п в сумме окажутся соизмеримыми с сопротивлением тела человека, то ток через человека будет меньше. Например, при значительном сопротивлении участка цепи «обувь - пол», порядка 10 000 Ом, ток через человека будет

т. е. значительно менее опасным. Но все же такой ток может вызвать боль и судорожное сокращение мышц и в ряде случаев - невозможность освободиться от воздействия электрического тока. Данный пример показывает, что практически однофазное прикосновение человека в сети с глухозаземленной нейтралью при напряжении 220 В всегда опасно. Оно может быть безопасным для сети 220/380 В, если человек будет стоять на изолирующем основании с большим электрическим сопротивлением (резиновый коврик, пластиковый пол и т. п.).

Зануление – преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником (НЗП) металлических нетоковедущих частей, но которые могут оказаться под напряжением.

Принцип работы зануления: если напряжение (фазовый провод) попадает на соединённый с нулем металлический корпус прибора, происходит короткое замыкание. Сила тока в цепи при этом увеличивается до очень больших величин, что вызывает быстрое срабатывание аппаратов защиты (автоматические выключатели, плавкие предохранители), которые отключают линию, питающую неисправный прибор. В любом случае, ПУЭ регламентируют время автоматического отключения поврежденной линии. Для номинального фазного напряжения сети 380/220 В оно не должно превышать 0,4 с.

Зануление осуществляется специально предназначенными для этого проводниками. При однофазной проводке — это, например, третья жила провода или кабеля.

Для того, чтобы отключение аппарата защиты произошло в предусмотренное правилами время, сопротивление петли «фаза-ноль» должно быть небольшим, что, в свою очередь, накладывает на все соединения и монтаж сети жесткие требования качества, иначе зануление может оказаться неэффективным.

Помимо быстрого отключения неисправной линии от электроснабжения, благодаря тому, что нейтраль заземлена, зануление обеспечивает низкое напряжение прикосновения на корпусе электроприбора. Это исключает вероятность поражения током человека. Поскольку нейтраль заземлена, зануление можно рассматривать как специфическую разновидность заземления.

Различают зануление систем TN-C, TN-C-S и TN-S.

Рис.1. Схема зануления

Ток короткого замыкания проходит по цепи: обмотка трансформатора фазный проводник, предохранитель, корпус аварийного оборудования,

нулевой защитный проводник, обмотка трансформатора.

Автоматическое отключение происходит, если выполняется условие ,

где К – коэффициент кратности плавкой вставки (предохранителя)

ПУЭ:

а) плавкие предохранители, К 3 – автоматическое отключение

б) электромагнитные расцепители К= 1,25 1,4 – без времени выдержки.

Если U= 220 В, то t=0.2 c – время срабатывания токовой защиты.

Область применения зануления:

• электроустановки напряжением до 1 кВ в трехфазных сетях переменного тока с заземленной нейтралью (система TN – S; обычно это сети 220/127, 380/220, 660/380 В);
• электроустановки напряжением до 1 кВ в однофазных сетях переменного тока с заземленным выводом;
• электроустановки напряжением до 1 кВ в сетях постоянного тока с заземленной средней точкой источника

Дата добавления: 2015-04-23