ОБОСНОВАНИЕ РЕЖИМА НЕЙТРАЛИ ДЛЯ АВТОНОМНОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ МОЩНОСТЬЮ ДО 100 кВт
ОБОСНОВАНИЕ РЕЖИМА НЕЙТРАЛИ ДЛЯ АВТОНОМНОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ МОЩНОСТЬЮ ДО 100 кВт
Аннотация
В статье рассмотрено влияние несимметрии на величину тока через тело человека с помощью компьютерной модели автономной системы электроснабжения напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью, выполненной в программной среде «Matlab-Simulink». В результаты проведенного исследование на компьютерной модели представлены результаты моделирования при прикосновении человека к фазе А и изменении несимметрии в сети от 0 до 10% (максимально допустимая величина несимметрии) которые подтверждают влияние несимметрии на величину тока через сопротивление тела человека. Проведённые исследование доказывают в целесообразности изолированного режима нейтрали для обеспечения электробезопасности в автономной системы электроснабжения напряжением до 1000 В.
1. Введение
В
были предложены уточнения в классификацию автономных систем электроснабжения (АСЭ), в частности, введены АСЭ мощностью до 10 кВт и свыше 10 до 100 кВт. Здесь же дано обоснование этим предложениям.Если в АСЭ мощностью до 10 кВт схему электроснабжения рекомендовано выполнять двухпроводными линиями с изолированными от земли проводами, поскольку в таких системах в качестве потребителей электрической энергии применяться будут однофазные электроприемники
, то в АСЭ мощностью до 100 кВт наличие трехфазных потребителей является возможным.Ранее Семеновой М.Н.
было дано обоснование о переводе трехфазных 4-х проводных сетей с глухозаземленного режима нейтрали на изолированный. Однако это предложение касалось сельских электрических сетей напряжением до 1000 В, мощность питающих трансформаторов в которых составляет 160 кВА и более. Заметим также, что в указанных сетях имеется квалифицированный электротехнический персонал, на который возложено не только их эксплуатация, но и обслуживание.Область применения АСЭ мощностью от 10 до 100 кВт в настоящее время обширна. Они могут применяться в следующих случаях:
− при отсутствии централизованного электроснабжения;
− при отсутствии возможности присоединения к централизованной системе электроснабжения;
− удаленные объекты;
− дачи, небольшие дома, торговые палатки;
− удаленные склады, бытовки, домики на базах отдыха;
− для питания удаленного видеонаблюдения и связи;
− для питания пожарной и охранной сигнализации;
− метеостанции;
− автокофейни;
− автотуризм и др.
В основном, такие системы применяются для обеспечения электроэнергией частного домовладения, фермерских хозяйств таких как пасеки, сыроварни, оранжереи и теплицы
, , . В качестве источника питания наиболее широким спросом пользуются фотоэлектрические (солнечные) батареи и ветроэлектрические установки.Предусматривать в структуре подобных предприятий наличие энергослужбы экономически нецелесообразно. На наш взгляд, подобные АСЭ должны быть спроектированы и исполнены таким образом, чтобы величина индивидуального риска поражения электрическим током была менее приемлемого, т.е. менее 10-6.
Оценить опасность поражения электрическим током в той или иной системе электроснабжения можно различными методами: статистическим, аналитическим, компьютерным моделированием
. Компьютерная модель обеспечивает возможность изменения любых параметров. Моделировать можно различные автономные системы электроснабжения (однофазные и трёхфазные), с различными источниками питания, с подключением нагрузки разного вида и мощности. Возможно изменение сопротивления тела человека в зависимости от величины приложенного напряжения и других факторов. На одной компьютерной модели возможно проведение неограниченного числа экспериментов.2. Основные результаты
Проведем оценку опасности поражения электрическим током с помощью разработанной нами компьютерной модели, описанной в
.Компьютерная модель электрической сети разработана в программном комплексе MATLAB с использованием расширения Simulink и библиотекой SimPowerSistems, блоки которой моделируют конкретные устройства: источники энергии, трансформаторы, линии электропередачи и другое оборудование. Созданная компьютерная модель позволяет моделировать такие режимы электрической сети, которые сложно организовать в реальной сети.
В компьютерную модель заложены параметры 4-х проводной сети с изолированной нейтралью и мощностью источника питания 100 кВА.
Разработанная компьютерная модель позволяет проводить исследования различных режимов работы электрической сети напряжением 380 В с изолированной нейтралью при изменении её параметров. Предложенная компьютерная модель сети дает возможность исследовать влияние следующих факторов при прикосновении человека к одной из фаз:
- влияние режима нейтрали сети на величину тока через тело человека;
- влияние параметров изоляции фаз сети на величину тока через тело человека;
- влияние несимметрии в сети на величину тока через тело человека;
- влияние сопротивления пола и обуви на величину тока через тело человека;
- влияние сопротивление грунта на величину тока через тело человека.
В табл. 1 приведены результаты моделирования при прикосновении человека к фазе А и изменении несимметрии в сети от 0 до 10% (максимально допустимая величина несимметрии
, ).Таблица 1 - Влияние несимметрии на величину тока через сопротивление тела человека
Человек прикоснулся к фазе А |
| Несимметрия в сети (%) | ||||
0 | 2,5 | 5 | 7,5 | 10 | ||
Несимметрия на фазе А | Ih, мА | 2,6 | 2,79 | 2,79 | 2,8 | 2,8 |
Iн.п, А | ≈0 | 5,43 | 5,44 | 5,45 | 5,47 | |
UA, В | 241,5 | 243 | 243 | 243 | 243 | |
UB, В | 241,5 | 237,2 | 237,2 | 237,2 | 237,2 | |
UС, В | 241,5 | 245,2 | 245,2 | 245,2 | 245,2 | |
Несимметрия на фазе В | Ih, мА | 2,6 | 2,69 | 2,69 | 2,69 | 2,69 |
Iн.п, А | ≈0 | 5,43 | 5,44 | 5,45 | 5,47 | |
UA, В | 241,5 | 245,2 | 245,2 | 245,2 | 245,2 | |
UB, В | 241,5 | 243 | 243 | 243 | 243 | |
UС, В | 241,5 | 237,2 | 237,2 | 237,2 | 237,2 | |
Несимметрия на фазе С | Ih, мА | 2,6 | 2,58 | 2,58 | 2,58 | 2,58 |
Iн.п, А | ≈0 | 5,43 | 5,43 | 5,43 | 5,43 | |
UA, В | 241,5 | 237,2 | 237,2 | 237,2 | 237,2 | |
UB, В | 241,5 | 245,2 | 245,2 | 245,2 | 245,2 | |
UС, В | 241,5 | 243 | 243 | 243 | 243 | |
Согласно данным табл. 1, ток через тело человека, прикоснувшегося к одной из фаз (в нашем случае к фазе А), при самых неблагоприятных условиях (Rh=1000 Ом, изолирующее сопротивления пола и обуви равны 0) и максимально допустимой несимметрии в любой из фаз, не превышает 3 мА, т.е. меньше порогового неотпускающего тока, что для женщин, что для мужчин. Для достижения электробезопасности стоит ориентироваться именно на величину отпускающего тока, так как ориентация на более высокие значения неприемлема. Ощутимый ток для человека начинается в пределах 0,6 мА для женщин и 1 мА для мужчин. Значения неотпускающего тока равны 12-14 мА и токи фибрилляции составляют 24-28 мА, что соответствует мнению многих исследователей
, .Недостаток сетей напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью общеизвестен
. Если в момент прикосновения человека к одной из фаз (при появлении напряжения на открытых проводящих частях) произойдет замыкание другой фазы на проводящее основание, на котором стоит человек, ток через его тело при указанных выше условиях резко возрастет и может существенно превышать уровень порогового фибрилляционного тока. Для обеспечения безопасности в этом случае необходимо не только выполнить электрическую сеть самонесущим изолированным проводом, но и предусмотреть в ней систему контроля изоляции, основанную на измерении режимных параметров в контролируемой сети.3. Заключение
С помощью компьютерной модели были получены такие значения как: Ih – ток, протекающий через тело человека, Iн.п. – ток, протекающий в нулевом проводе и UA, UВ, UС – напряжения на фазах А, В, С.
Из табл. 1 видно, что с увеличением несимметрии в сети увеличивается ток через тело человека. Самые высокие значения Ih получаются тогда, когда человек прикасается к той фазе, на которой моделируется несимметрия (в нашем случае это фаза А). При несимметрии 10%, ток через тело человека имеет численное значение равное 2,8 мА. Это значение находится в пределах ощутимого тока и не превышает порогового значения неотпускающего, что говорит нам о высокой надежности таких систем. С режимом изолированной нейтрали в автономных системах электроснабжения мощностью до 100 кВт электробезопасность будет обеспечиваться надлежащим уровнем.