Анализ опасности сетей типа TN

Для трехфазной сети с заземленной нейтралью напряжением до 1 кВ типа TN-C (рис. 1.) значения тока, протекающего через тело человека и напряжение прикосновения определяются фазным напряжением сети и не зависят от сопротивления изоляции и емкости проводов относительно земли.

Рис. 5. Однофазное прямое прикосновение в сети с заземленной нейтралью типа TN-C при нормальном режиме работы

Действительно, проводимости фазного и нулевого проводников относительно земли по сравнению с U₀ =1/R₀ проводимостью заземления нейтрали малы (U_L1, U_L2, U_L3 << U₀). При этом выражение для тока, протекающего через тело человека при прикосновении к фазному проводу при нормальном режиме работы сети TN-C (рис. 5), принимает вид:

где R₀ - сопротивление рабочего заземления нейтрали.

Напряжение прикосновения в этом случае определяется из уравнения:

Так как обычно R _{0 <<} R _h, то можно считать, что человек в этом случае попадает практически под фазное напряжение сети.

Рис. 6. Прикосновение к исправному проводу в сети с заземленнойной нейтралью типа TN-C при аварийном режиме работы

При аварийном режиме, когда один из фазных проводов сети, например, провод L 2 (рис. 6), замкнут на землю через относительно малое активное сопротивление R_зм, а человек прикасается к исправному фазному проводу, напряжение прикосновения рассчитывается следующим образом:

Здесь учтено, что Y_L1, U_L2 и U_PEN малы по сравнению с U₀, а U_L3 – по сравнению с U₀ и U_зм, т.е. ими можно принебречь и считать равными нулю.

С учетом того, что

; ; , ,

напряжение прикосновения в действительной форме имеет вид

.

Учитывая, что

,

предыдущее выражение можно записать как

.

При этом выражение для определения тока через тело человека имеет вид

.

Рассмотрим два характерных случая.

1. Если принять, что сопротивление замыкания фазного провода на землю R_зм равно нулю, то напряжение прикосновения

.

Следовательно, в данном случае человек окажется практически под воздействием линейного напряжения сети.

2. Если принять равным нулю сопротивления заземления нейтрали R₀, то

,

т.е. напряжение под которым окажется человек, будет практически равно фазному напряжению.

Однако в реальных условиях сопротивления R_зм и R₀ всегда больше нуля, поэтому напряжение, под которым оказывается человек, прикоснувшийся в аварийный период к исправному фазному проводу трехфазной сети с глухозаземленной нейтралью, т.е. напряжение прикосновения U_h всегда меньше линейного, но больше фазного, то есть

.

С учетом того, что всегда R_зм > R₀, напряжение прикосновения U_h в большинстве случаев незначительно превышает значение фазного напряжения, что менее опасно для человека, чем в аналогичной ситуации в сети типа IT.

Рис. 7. Прикосновение к неисправному проводу в сети с заземленной нейтралью типа TN-C при аварийном режиме работы

При аварийном режиме работы сети типа TN-C, когда человек касается провода, замкнувшегося на землю L3 (рис. 7), ток через тело человека будет определяться, также, как и в сети типа IT, падением напряжения на сопротивлении растеканию тока в месте замыкания на землю R _ЗМ:

где I _ЗМ - ток замыкания на землю; a₁, a₂ - коэффициенты напряжения прикосновения.

При a₁= a₂=1

Ток замыкания на землю в сети TN-C зависит только от сопротивления растеканию тока R _ЗМ, сопротивления заземления нейтрали R₀ и сопротивления тела человека R_h. Если принять во внимание, что обычно R _ЗМ<< R_h, то

В этом случае напряжение прикосновения лишь незначительно отличается от значения фазного напряжения.

Таким образом, прикосновение к неисправному фазному проводу (замкнувшемуся на землю) в сети TN-C практически также опасно, как к исправному. Значение тока, протекающего через тело человека, в этом случае почти такое же, как при прямом однофазном прикосновении в нормальном режиме работы в сети TN-C.

Примеры решения задач