CC BY
11XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ISSN 2500-1582 (print)
2023;8(1):66-71 XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY ISSN 2500-1574 (online)
БЕЗОПАСНОСТЬ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА
Научная статья УДК 621.316
DOI: https://doi.org/10.21285/2500-1582-2023-1-66-71
©0D
Анализ погрешностей в определении напряжения прикосновения, обусловленных неучётом сопротивления замыкания фазы на землю
А.И.Сидоров
Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет),
г. Челябинск, Россия
sidorovai@susu.ru
Аннотация. Одним из способов оценки опасности поражения электрическим током в распределительных электрических сетях является аналитическое определение напряжения прикосновения. В случае аварийного режима в указанных сетях (замыкание одной из фаз на землю) величина напряжения прикосновения в значительной степени зависит от сопротивления в месте замыкания фазы. Учитывая, что замыкание провода воздушной линии, образующей распределительную сеть, может быть на растительность, снег, лёд, талую воду и т. д., принятие сопротивления замыкания равным нулю приведёт к существенной ошибке. В статье приведены возможные погрешности при расчёте напряжения прикосновения в распределительных сетях напряжением до 1000 В с различным режимом нейтрали в случае замыкания одной из фаз на «землю».
Ключевые слова: распределительная электрическая сеть, замыкание фазы на землю, напряжение прикосновения
Дляцитирования: Сидоров А.И. Анализ погрешностей в определении напряжения прикосновения, обусловленных неучётом сопротивления замыкания фазы на землю // XXI век. Техносферная безопасность. 2023. № 1. С. 66-71. https://doi.org/10.21285/2500-1582-2023-1-66-71.
HUMAN LIFE SAFETY
Original article
An analysis of errors in determining contact voltage due to the ignorance of phase-to-ground fault resistance
Alexandr I. Sidorov
South Ural State University (National Research University), Chelyabinsk, Russia sidorovai@susu.ru
Abstract. One of the ways to assess the danger of electric shock in electrical distribution networks is the analytical determination of the touch voltage. In the emergency mode in these networks (phase-to-ground fault), the value of contact voltage depends on phase-to-ground fault resistance. Taking into account that the short circuit of the overhead line wire forming the distribution network can be on vegetation, snow, ice, melt water, etc., taking the short circuit resistance to zero will cause significant errors. The article describes possible errors in the calculation of contact voltage in the distribution networks with voltages up to 1000 V in different neutral modes in case of the phase-to ground fault.
Keywords: distribution electrical network, phase-to-ground closure, touch voltage
For citation: Sidorov A.I. An analysis of errors in determining contact voltage due to the ignorance of phase-to-ground fault resistance. XXI vek. Tekhnosfernaya bezopasnost' = XXI century. Technosphere Safety. 2023;1:66-71. (In Russ.). https://doi.org/10.21285/2500-1582-2023-1-66-71.
ВВЕДЕНИЕ
Оценка уровня электробезопасности в распределительных электрических сетях проводится различными методами: статистическим;
© Сидоров А.И., 2023
логико-вероятностным с использованием теории нечётких множеств; аналитическим; методом моделирования (физического, компьютерного) и другими, детально представленны-
66
https://tb.istu.edu/jour/index
Сидоров А.И. Анализ погрешностей в определении напряжения ... Sidorov A.I. An analysis of errors in determining contac t voltage due...
ми в различных исследованияхипубликаци-ях1^-^. Лля оцевии опаиности ихрнжения иле*хрическимтокомяими Илиеич^ипольих^с^н аниличлчкхкий мхтод.
Ь^^рлиЯхти! яхлвычнзилпчeтиe вовехж-ныа плхрлотич^^тбИ тсиpacчëтeи-чpяжалия прикисновения 1в мecл|лeдyлизeльныxмeтяx напояжeниeмдolёOM В cpaзлтlчмым нежимом eыйт-aляв слун-е нммык-мия оди-й из фоб! и а «ее млю». В даннимслдчаеземля-то, чего касается упавший провод.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИИХ ОБСУХ-ДЕНИи
бии занд^нилоднопиз фхч иссое/стегаох яeтeйхязeиые велияил-сопчотт влсн ия са-ил^^с^ннвис^С^Збхин^г^^ елияет нянапряжеинс чИпкocнoхяния:Haятсi- приведены яасчём ные схемы электрических сетей соевсерован-ной и заземлённой нейералями. П/ссятые здесь оЯшл^^ченни:
Ти- нротодимостьяела человокаи У^и^л чпл^аеим-нтяизoляции ^с^^ных ояилеоегопрзиодолотиосилельно земли;
узм - пpoвoдимocттхднофaзи огя плмыкаччс на зе млю;
у0 - пр оводимость нейтрала.
Для приведённых схем напряжения при-
косновяния (U ) определяются по формулам:
пр
( _ м (1 - g)yзм
U"P = иФ v + v Уо + Узм
для сети с изолированном нейтралью,
(1)
бипр=Ю
(1 -а)узм+Ун
Ум + Узм-М у.
(2)
для сети с заземлены ой нейтралью.
Вуравненися(1) и (2) а - поворотный множитель, а = е]120°.
Выялзим проводиеости, входящие? х пер-ёох и итовас яраененпт, ссреи coатя-хстoyю-щиа випротт-линто. Унхён!, чла модя/\З| выра-жения|1-а| = Vз.Boтнo сите льлыход инё-цао лрасёиясы(1) для семи с ист и моваяно й ёейтралька принёс енд:
U,
п р
Rh
(3)
Для сети с заземленной нейтралью (с учётом
того, что yh << y , yn:
' JU J зм J0
Д 0Узм
уу)///////)//)//Ал
-< *— с -'З^по-3- 1 к—лов^е-1- -н к »—
-( I- B 1 „„„ 1 -fYYi-а-/-< 1-
it- \УА Ув A 1 У '' 1
Ус J Уо 1 Уо<УИ Г л ПА ]yN г \Уа г Ув т Ус
7Z777Zj
А
с
B A
N
а)
б)
Рис. 1. Схемы электрических сетей в аварийном режиме: а - сеть с изолированной нейтралью; б - сеть с заземлённойнейтралью
Fig. 1. The diagramofelectrical networks inemergencymode: a-networkwith isolated neutral; b - network with grounded neutral
1Сидоров А.И. Электробезопасность. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2022. 235 с.
Бобоев Х.Д- cеcпceдeеиЕecы^ыx элпвcичадкдx ceтяпЕ0cc-д0сыёa кнеих пт^^^пяoётгйTecпу-
блики Таджикистан: дис. ... канд. техн. наук.Челябинск: ЮУрГУ, 2022. 175 с.
Долин П.А. Основы техники безопасностивэлектроустановках: учеб. пособ. М.:Энергоатомиздат,1984. 448 с. Ситчихин Ю.В. Повышение безопасности эксплуатации электроустановок 6-10 кВ открытых горных разработок: дис. ... канд. техн. наук. Челябинск: Изд-во ЧПИ, 1988.235 с.
https://tb.istu.edu/jour/index
67
ц
2023;8(1):66-71
XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ XXICENTXRY. TECHNOSPHERE SAFETY
ISSN 2500-1582 (print) ISSN 2500-1574 (online)
tu
пР
л/3+
гзм/ Но
(4)
не только отлична от нуля, нов ряде случ аев может имееоувен от боль шое зналчн лл.
Хераеьоуерввыа, тр едлланелиных на рис. 2 и 3, может ввести читателя в заблуждение и подтолкнуть к выводу, что в сети с заземлённой нейтралью напряжением ео 1000 В сопротивление замыкания фазы н ане млю в ме ньш ей степени влияет на по-греш ность в определении напряжения при-косн овения. Однако это не так. Дело в ве-оинитезнамнлателя: Rh в поверочных расчётах влч нчмаетсе ачичым Ю00 Ом2,а лр еоночнля дчРнтеуюшим Нравичем уснятчсгва леокулоуолановля3, оин двожно рревышать 8 Ом. Следует отметить, что величина сопро-
tUj> 1 + гзм/го Un - линейное напряжениев сети; U -фазноенапряжениесети.
На рис. 2 и 3 показаны изменения погрешностей в о пределении н апряжений n|) икосно-венее, о (Зуслооленнын адн-ёт(нмсоо ротинле-ния замыкания фазы на землю.
Следует отметить, что при гзм = 0 и в сети с и зоноаднанд ой нёНтралью, о соети с заееи-^^нин>й т е^тоеаь/-н напдижн нтя соикосноатпин Н//он й-^нь.1 оонеНнимн напияжинию (пос иоидн-е/и не формул Зи 4).Однаио на пракгокн венн-чина сопротивления замыкания фазы на землю
Y,% 80 70 60 50 40 30 20 10 О
0 0,5 1 1,5 2 2,5
Рис. 2. Погрешность (y) в определении напряжения прикосновения в сети с изолированной нейтралью без учёта Гзм
Fig. 2. Error (y) in determining the contact voltage in a network with an isolated neutral without taking into account
Гз/R
h
Y, % 30 25 20 15 10 5 50
28,1
25 ,3 8
21 ,1 25,
12 ,7
0
гзм/г0
0 0,5 1 1,5 2 2,5
Рис. 3. Погрешность (y) вопределении напряжения прикоснизения в сети с заз2млённой нейтралью без учёта
Fig. 3. Error (y) in determining the contact voltage in a network with a grounded neutral without taking into account
2Сидоров А.И. Основы электробезопасности. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2001. 344 с.
3Правила устройства электроустановок: утв. Приказом Минэнерго России от 20 июня 2003 г. № 242. Министерство энергетики Российской Федерации. М.: Изд-во НЦ, ЭНАС, 2003.
68
https://tb.istu.edu/jour/index
r
ЗМ
Цк
Сидоров А.И. Анализ погрешностей в определении напряжения ... Sidorov A.I. An analysis of errors in determining contact voltage due .
тивлениязамыканияназемлю значительно превышает8 0м!
Зксперименлальноустмновлено, зтооо-еротивоениезнмыкания тдовмдо нрияон-е аыае ы земмёы соатам лямз сот ни и даж е ты -сячл ИТм; дэжепри контакте ссыройземлей (провод был погружён в грязь) оно снизилось до 15-20 Ом [10]. Заметим, что здесь не ука-злны с идлипа, нс ямад^^т^р псовмы^
М.И. В^о^е^оп^ядоЕЗ^ГЮ^О с^н^<алиооны^тллнпл|Э^неы ои повых проектов опор воздушных линий напря-желлем до Мв^00Е> (роо^), п^шёлкшывон^ чоо р^зчетная дленэ п|зомежуточного дляВ0-(°,38 кЕ неп
но, при обрыве фазного провода наибольшая его
тннть,яаходящаяся на земле, не превысит 30 м.
Оыиолнивоа счёты для проводов различны хмарык (ыл А-16 до А-95), он установил, ч то сопротивление замыкания зависит, во сно вном, от длины провода, лежащего на земле. Сопротивление замыкания фазного провода на землю может быть рассчитано по формуле:
ГЗМ = 0,3 р (5)
где р - удельное сопротивление грунта, Ом-м.
ть, что при протекании на зем-ею тыка азного замыкания спекается грунт, сто Ефиводит к росту сопротивления замыкания (рис. 5)4.
-е а-С
- 1-PEN
1 <->
Рис. 4. К определению длины фазного провода, упав-шегоназемлю
Fig. 4. Determinig the length of the phase wire that fell to the ground
Рис. 5. Фрагмент поверхностного слоя земли из зоны контакта с проводом
Fig. 5. The fragment of the surface soil layer from the zone of contact with the wire
а)падение провода на землю
б) падение провода на неизолированный от земли корпус
Рис. 6. Случаи падения оборвавшегося фазного провода ВЛ-0,38 кВ Fig. 6. Falls of the broken phase VL-0.38 kV wire
в)падение провода на дерево
4Сидоров А.И. Обоснование параметров заземления нейтрали и повторных заземлений в системе зануления. Душанбе: Изд-во «Промэкспо», 2019. 124 с.
https://tb.istu.edu/jour/index
69
XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ISSN 2500-1582 (print)
2023;8(1):66-71 xxI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY ISSN 2500-1574 (online)
Сети напряжением до 1000 В с заземлённой нейтралью, образованные воздушными линиями, широко распространены в сельской местности и в посёлках городского типа. Здесь оборванный фазный провод может упасть не только на землю, но и на гараж, ветви деревьев и т. п. (рис. 6)5.
Так, при падении провода на крышу, например, гаража, сопротивление замыкания фазного провода будет равно сопротивлению самозаземления гаража, которое зависит не только от удельного сопротивления грунта, на котором стоит гараж, но и от конструкции последнего. Например, если гараж цельно-
металлический, то при р=100 Ом-м, его сопротивление самозаземления составит 7,4 Ома, а для гаража из железобетонных блоков с металлической крышей, установленного на таком грунте, - 11,8 Ома. Сопротивление деревьев зависит от температуры воздуха [12] и может составлять сотни кОм.
Таким образом, неучёт сопротивления замыкания фазы воздушной линии может приводить к существенной ошибке и, соответственно, к ошибочным выводам при оценке опасности поражения электрическим током в сетях напряжением до 1000 В в случае возникновения в них аварийного режима.
Список источников
1. Манойлов В.Е. Проблемы электробезопасности. М.: Госэнергоиздат, 1961. 294 с.
2. Манойлов В.Е. Основы электробезопасности. Л.: Энергоатомиздат, 1991. 480 с.
3. Щуцкий В.И. Безопасность обслуживания электроустановок углеобогатительных фабрик. М.: Изд-во «Недра», 1979. 256 с.
4. Щуцкий В.И. Электробезопасность на открытых горных работах. М.: Изд-во «Недра», 1996. 266 с.
5. Гладилин Л.В. Электробезопасность в горнодобывающей промышленности. М.: Изд-во «Недра», 1977. 327 с.
6. Гордон Г.Ю. Электротравматизм и его предупреждение. М.: Энергоатомиздат, 1986. 256 с.
7. Cooper W.F. Electrical safety engineering. London: Newnes, 1978. 366 p.
8. Poole D. Grounding and bonding electrical systems.
Tallahassee: Engineer Educators, 2008. [Электронный ресурс]. URL: https://www.engineereducatiors.com/ docs/groundingandbonding2-2.pdf (12.12.22).
9. Milton L. The clampdown on electrical hazards // Professional safety. 1975. № 9. P. 20-24.
10. Кузнецов А.И. Техника безопасности в электрических установках. М.: Госэнергоиздат, 1950. 342 с.
11. Верхоглядов М.И. Обоснование сопротивления повторных заземлений нулевого провода // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1976. № 6. С. 28-30.
12. Зубкова Т.А. Электрическое сопротивление структурных элементов биогеоценозов // Известия Иркутского государственного университета. Серия: Науки о Земле. 2011. Т. 4. № 2. С. 82-89.
References
1. Manoilov V.E. Issues of electrical safety. Moscow: Gosenergoizdat; 1961. 294 p. (In Russ.).
2. Manoilov V.E. Fundamentals of electrical safety. Leningrad: Energoatomizdat; 1991. 480 p. (In Russ.).
3. Shchutskii V.I. Safety of maintenance of electrical installations of coal-processing factories. Moscow: Ne-dra; 1979. 256 p. (In Russ.).
4. Shchutskii V.I. Electrical safety in open-pit mining. Moscow: Nedra; 1996. 266 p. (In Russ.).
5. Gladilin L.V. Electrical safety in the mining industry. Moscow: Nedra; 1977. 327 p. (In Russ.).
6. Gordon G.Y. Electrotraumatism and its prevention. Moscow: Energoatomizdat; 1986. 256 p. (In Russ.).
7. Cooper W.F. Electrical safety engineering. London: Newnes; 1978. 366 p.
8. Poole D. Grounding and bonding electrical systems.
Tallahassee: Engineer Educators; 2008. Available from: https://www.engineereducatiors.com/docs/groundin-gandbonding2-2.pdf [Accessed 12th December 2022].
9. Milton L. The clampdown on electrical hazards. Professional safety. 1975;9:20-24.
10. Kuznetsov A.I. Safety technology in electrical installations. Moscow: Gosenergoizdat; 1950. 342 p. (In Russ.).
11. Verkhoglyadov M.I. Substantiation of the resistance of repeated grounding of the zero wire. Naucno-teh-niceskij progress v sel'skohozâjstvennom proizvodstve = Mechanization and electrification of agriculture. 1976;6:28-30. (In Russ.).
12. Zubkova T.A. Electrical resistance of structural elements of biogeocenoses. Izvestiya Irkutskogo go-sudarstvennogo universiteta. Seriya: nauki o zemle. 2011;4(2):82-89. (In Russ.).
5Сидоров А.И. Электробезопасность. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2022. 235 с.
70
https://tb.istu.edu/jour/index
Сидоров А.И. Анализ погрешностей в определении напряжения ... Sidorov A.I. An analysis of errors in determining contact voltage due ...
Информация об авторе
Сидоров Александр Иванович,
д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Безопасность жизнедеятельности», Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет), 454080, г. Челябинск, пр. им. В. И. Ленина, 76, Россия.
Вклад автора
Автор выполнил исследовательскую работу, на основании полученных результатов провел обобщение, подготовил рукопись к печати.
Конфликт интересов
Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.
Автор прочитал и одобрил окончательный вариант рукописи.
Поступила в редакцию 23.11.2022. Одобрена после рецензирования 25.01.2023. Принята к публикации 07.02.2023.
Information about the author
Аlexandr I. Sidorov,
Dr. Sci. (Eng.), Professor,
Head of the Life Safety Department ,
South Ural State University
(National Research University),
76 Lenin ave., 454080 Chelyabinsk,
Russia.
Contribution of the author
The author carried out research work, based on the results obtained, he generalized, prepared the manuscript for publication.
Conflict of interests
The author declares no conflict of interests.
Author have read and approved the final manuscript.
The article was submitted 23.11.2022. Approved after reviewing 25.01.2023. Accepted for publication 07.02.2023.
https://tb.istu.edu/jour/index
71
