Исследование опасности поражения человека током в трёхфазных электрических сетях напряжением до 1000 В

Цель работы:

Ознакомиться с приёмами исследования опасности поражения током в трёхфазных сетях переменного тока напряжением до 1000 в и изучить технические способы защиты от такого поражения.

Порядок выполнения

  1. Ознакомиться с общими сведениями.
  2. Оценить согласно варианту (табл. 1) по величине тока, проходящего через тело человека, опасность прикосновения к фазе двух типов трёхфазных электросетей:
  • четырёхпроводной с глухозаземлённой нейтралью
  • трёхпроводной с изолированной нейтралью

В каждой сети рассмотреть с использованием эквивалентных схем по два случая прикосновения:

  • с учётом сопротивления обуви (Rоб) и пола (Rпол);
  • без учёта сопротивления Rоб и Rпол (принять их равными нулю) и сделать вывод о влиянии этих сопротивлений на степень поражение электрическим током.

3. Сравнить между собой трёхфазные электросети по степени опасности поражения человека током.

4. Ознакомиться и законспектировать сведения о причинах поражения электрическим током и технических способах и средствах защиты от поражения ими.

Общие сведения

Известно, что электрическая энергия удобнее и безопаснее любой из известных форм энергий. Однако и при её использовании существуют определённая вероятность поражения человека током.

Все случаи поражения человека током являются результатом замыкания электрической цепи через его тело, или, иначе говоря, результатом прикосновения человека к двум точкам цепи, между которыми существует напряжение. Опасность такого прикосновения оценивается силой тока (Ih), проходящего через тело человека. Величину силы тока определяет закон Ома:

где U - напряжение, под которое попал человек, В;

R - полное сопротивление участка цепи, элементом которой стал человек, Ом.

Из формулы (1) видно, что сила зависит от двух величин – напряжение и сопротивления. Такая зависимость подсказывает два главных подхода в обеспечении безопасности человека от поражения током – снижение напряжения и увеличение сопротивления. Однако, это самые общие соображения.

Углубляясь же в анализ условий поражения человека током, можно отметить, что степень поражения человека электрическим током зависит от того:

  • в какую электрическую сеть он включился;
  • каким оказалось включение.

В системе энергоснабжения используются два вида электросетей:

  • трёхфазная электросеть с глухозаземлённой нейтралью (4-х проводная);
  • трёхфазная электросеть с изолированной нейтралью (3-х проводная).

Глухозаземлённой нейтралью называется нейтраль трансформатора или генератора, присоединённая к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление (2 – 8 Ом).

Изолированной нейтралью называется нейтраль трансформатора или генератора, не присоединённая к заземляющему устройству или присоединённая через аппараты, компенсирующие ёмкостный ток в сети, трансформатор напряжения или другие аппараты, имеющие большое сопротивление.

Прикосновение (включение) к токоведущим элементам в трёхфазных сетях может быть однофазным и двухфазным.

Однофазное включение – это прикосновение к одной фазе электроустановки, находящейся под напряжением.

При этом электрическая цепь тока, проходящего через человека, включает в себя, кроме сопротивления тела человека (Rh), также сопротивление пола (Rпол), сопротивление обуви (Rоб) и заземление нейтрали источника тока (Rо).

В случае прикосновения человека к фазному проводу трёхфазной сети с глухозаземлённой нейтралью ток будет:

, (2)

где U ф - фазное напряжение, В = 220;

U л - линейное напряжение, В = 380;

А в случае прикосновения человека к фазному проводу трёхфазной сети с изолированной нейтралью ток будет:

, (3)

где R u - сопротивление изоляции проводов.

Двухфазное включение - это одновременное прикосновение к двум фазам электроустановки, находящейся под напряжением. При этом человек находится под линейным напряжением, которое в раза больше фазного. Такое включение наиболее опасно. Силу тока, проходящего через тело человека, определяют при этом соотношением:

, (4)

где, обозначения те же.

Задачи

N 1. Определить по варианту (табл. 1) силу тока, проходящего через тело человека, при однофазном его прикосновении к неизолированным токоведущим частям трёхфазной электросети с глухозаземлённой нейтралью с учётом и без учёта сопротивлений пола и обуви. После расчётов сделать вывод об их влиянии на степень поражения электрическим током.

N 2. Определить по варианту (табл. 1) силу тока, проходящего через тело человека, при однофазном его прикосновении к неизолированным токоведущим частям электросети с изолированной нейтралью с учётом и без учёта сопротивлений пола и обуви. По результатам расчётов сделать вывод о влиянии сопротивлений пола и обучи на степень опасности поражения током, а также сравнить по степени электробезопасности оба типа электросетей.

Таблица 1

Показатели Варианты
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Сопротивление тела человека, R h (кОм) 1.2 0.9 1.1 1.0 1.3 0.8 0.9 1.25 1.5 1.35
Сопротивление изоля-ции проводов, R u (кОм) 500 700 600 550 750 800 900 1200 850 1000
Сопротивление пола R пол (кОм) 1.4 1.6 2.2 2.0 1.8 1.5 2.5 2.4 3.0 3.5
Сопротивление обуви, R об (кОм) 1.5 7.5 5.5 6.0 2.5 3.0 4.0 1.9 5.0 4.8

Основные причины поражения человека электрическим током

  1. Случайное прикосновение или приближение на опасное расстояние к токоведущим частям электроустановки.
  2. Прикосновение к незаземлённым корпусам машин и трансформаторов с повреждённой изоляцией.
  3. Несоблюдение правил технической эксплуатации электроустановок.
  4. Работа с неисправными ручными электроинструментами.
  5. Работа без защитных изолирующих и предохранительных приспособлений.
  6. Шаговое напряжение на поверхности земли в результате обрыва токонесу-щего провода.

Технические способы защиты от поражения электрическим током.

  1. Защитное заземление – это преднамеренное электрическое соединение с землёй или её эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Суть заземления заключается в том, что все конструкции из металла, могущие оказаться под напряжением, соединяют с заземляющим устройством через малое сопротивление. Это сопротивление должно быть во много раз меньше, чем сопротивление человека (R h = 1000 кОм). В случае замыкания на корпус аппарата основная часть тока пройдёт через заземляющее устройство (рис. 4).
  2. Защитное зануление - это преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Такое электрическое соединение превращает всякое замыкание токоведущих частей на землю в однофазное короткое замыкание, а это обеспечивает срабатывание «защиты» (предохранителей, автоматов и пр.), отключение повреждённой установки от питающей сети (рис. 5).
  3. Защитное отключение . При нём используют реле напряжения, соеди-нённое с металлическими нетоковедущими частями оборудования, которые могут оказаться под напряжением. При замыкании фазы на корпус, при снижении сопротивления изоляции фаз или при появлении в сети более высокого напряжения происходит автоматическое отключение электроустановки от источника питания (рис. 6).
  4. Выравнивание потенциалов . Для этого снижают напряжение (сближают потенциалы) между точками электрической цепи, к которым человек может прикоснуться и на которых может стоять.
  5. Малые напряжения (не более 420 В) уменьшают опасность поражения человека электрическим током. Их используют для питания электроинструмента, светильников местного освещения, переносных ламп в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных.
  6. Электрическое разделение сети . Сеть разделяют на отдельные, не связанные между собой участки, с использованием раздельных трансформаторов (на каждый электроприёмник свой трансформатор). Эти трансформаторы электроприёмники от общей сети и, следовательно, предотвращают воздействие на них токов утечки, замыканий на землю. Тем самым исключаются условия, которые могут привести к электротравме.
  7. Изоляция - обеспечивает недоступность к токоведущим частям электроустановки. Исправная изоляция – основное условие электробезопасности. Однако в процессе эксплуатации изоляция подвергается воздействиям, приводящим её к старению. Главное из них – нагревание её рабочими и пусковыми токами, токами короткого замыкания или от посторонних источников. Нужен периодический контроль её состояние. Сопротивление изоляции не должно быть менее 0.5 мОм.
  8. Ограждение токоведущих частей чаще всего предусматривается конструкцией электрооборудования. Корпуса, кожухи, щитки препятствуют случайным прикосновениям к ним. Голые провода, шины, открытые приборы и аппараты помещают в шкафы, ящики или закрывают сплошным или сетчатым ограждением (высотой 1.7 – 2 м).
  9. Блокировка не позволяет открыть ограждения, когда электроустановка под напряжением и автоматически снимает напряжение при раскрытии ограждения.
  10. Сигнализация световая и звуковая применяется в электроустановках в сочетании с другими мерами защиты от поражения электрическим током.
  11. Средства защиты при обслуживании электроустановок. К ним относятся: изолирующие штанги, измерительные и электроизмерительные клещи, указатели напряжения, диэлектрические перчатки и инструменты с изолирующими ручками, а так же диэлектрические колпаки, галоши, коврики, изолирующие подставки, переносные заземления, оградительные устройства, плакаты и знаки безопасности. Кроме перечисленных электрозащитных средств при необходимости применяются индивидуальные средства защиты (очки, каски, противогаз, рукавицы, предохранительные монтёрские пояса, страховочные канаты).

Электрический ток, проходя через тело человека, оказывает тепловое, химическое и биологическое воздействия.

Тепловое действие проявляется в виде ожогов участков кожи тела, перегрева различных органов, а также возникающих в результате перегрева разрывов кровеносных сосудов и нервных волокон.

Химическое действие ведет к электролизу крови и других содержащихся в организме растворов, что приводит к изменению их физико-химических составов, а значит, и к нарушению нормального функционирования организма.

Биологическое действие электрического тока проявляется в опасном возбуждении живых клеток и тканей организма. В результате такого возбуждения они могут погибнуть.

Различают два основных вида поражения человека электрическим током: электрический удар и электрические травмы.

Электрическим ударом называется такое действие тока на организм человека, в результате которого мышцы тела начинают судорожно сокращаться. При этом в зависимости от величины тока и времени его действия человек может находиться в сознании или без сознания, но при нормальной работе сердца и дыхания. В более тяжелых случаях потеря сознания сопровождается нарушением работы сердечнососудистой системы, что ведет даже к смертельному исходу. В результате электрического удара возможен паралич важнейших органов (сердца, мозга и пр.).

Электрической травмой называют такое действие тока на организм, при котором повреждаются ткани организма: кожа, мышцы, кости, связки. Особую опасность представляют электрические травмы в виде ожогов. Такой ожог появляется в месте контакта тела человека с токоведущей частью электроустановки или электрической дугой. Бывают также такие травмы, как металлизация кожи, различные механические повреждения, возникающие в результате резких непроизвольных движений человека. В результате тяжелых форм электрического удара человек может оказаться в состоянии клинической смерти: у него прекращается дыхание и кровообращение. При отсутствии медицинской помощи клиническая смерть (мнимая) может перейти в смерть биологическую. В ряде случаев, однако, при правильной медицинской помощи (искусственном дыхании и массаже сердца) можно добиться оживления мнимоумершего.

Непосредственными причинами смерти человека, пораженного электрическим током, является прекращение работы сердца, остановка дыхания вследствие паралича мышц грудной клетки и так называемый электрический шок.

Прекращение работы сердца возможно в результате непосредственного действия электрического тока на сердечную мышцу или рефлекторно из-за паралича нервной системы. При этом может наблюдаться полная остановка работы сердца или так называемая фибрилляция, при которой волокна сердечной мышцы приходят в состояние быстрых хаотических сокращений.

Остановка дыхания (вследствие паралича мышц грудной клетки) может быть результатом или непосредственного прохождения электрического тока через область грудной клетки, или вызвана рефлекторно вследствие паралича нервной системы.

Электрический шок представляет собой нервную реакцию организма на возбуждение электрическим током, которая проявляется в нарушении нормального дыхания, кровообращения и обмена веществ. При длительном шоковом состоянии может наступить смерть.

Если оказана необходимая врачебная помощь, то шоковое состояние может быть снято без дальнейших последствий для человека.

Из вышесказанного становится понятно, что на тяжесть поражения человека электрическим током влияет много факторов. Наиболее неблагоприятный исход поражения будет в случаях, когда прикосновение к токоведущим частям произошло влажными руками в сыром или жарком помещении.

Поражение человека электрическим током в результате электрического удара может быть различным по тяжести, т. к. на степень поражения влияет ряд факторов: величина тока, продолжительность его прохождения через тело, частота, путь, проходимый током в теле человека, а также индивидуальные свойства пострадавшего (состояние здоровья, возраст и др.). Основным фактором, влияющим на исход поражения, является величина тока, которая, согласно закону Ома, зависит от величины приложенного напряжения и сопротивления тела человека. Большую роль играет величина напряжения, т. к. при напряжениях около 100 В и выше наступает пробой верхнего рогового слоя кожи, вследствие чего и электрическое сопротивление человека резко уменьшается, а ток возрастает.

Обычно человек начинает ощущать раздражающее действие переменного тока промышленной частоты при величине тока 1-1,5 мА и постоянного тока 5-7 мА. Эти токи называются пороговыми ощутимыми токами. Они не представляют серьезной опасности, и при таком токе человек может самостоятельно освободиться от воздействия.

При переменных токах 5-10 мА раздражающее действие тока становится более сильным, появляется боль в мышцах, сопровождаемая судорожным их сокращением. При токах 10-15 мА боль становится трудно переносимой, а судороги мышц рук или ног становятся такими сильными, что человек не в состоянии самостоятельно освободиться от действия тока.

Основным фактором, определяющим величину сопротивления тела человека (принято считать 1000 Ом), является кожа, ее роговой верхний слой, в котором нет кровеносных сосудов. Этот слой обладает очень большим удельным сопротивлением, и его можно рассматривать как диэлектрик. Внутренние слои кожи, имеющие кровеносные сосуды, железы и нервные окончания, обладают сравнительно небольшим удельным сопротивлением.

Внутреннее сопротивление тела человека является величиной переменной, зависящей от состояния кожи (толщины, влажности) и окружающей среды (влажности, температуры и т. д.).

При повреждении рогового слоя кожи (ссадина, царапина и пр.) резко снижается величина электрического сопротивления тела человека и, следовательно, увеличивается проходящий через тело ток. При повышении напряжения, приложенного к телу человека, возможен пробой рогового слоя, отчего сопротивление тела резко понижается, а величина поражающего тока возрастает.

Переменные токи 10-15 мА и выше и постоянные токи 50-80 мА и выше называются неотпускающими токами, а наименьшая их величина 10-15 мА при напряжении промышленной частоты 50 Гц и 50-80 мА при постоянном напряжении источника называется пороговым неотпускающим током.

Переменный ток промышленной частоты величиной 25 мА и выше воздействует не только на мышцы рук и ног, но также и на мышцы грудной клетки, что может привести к параличу дыхания и вызвать смерть. Ток 50 мА при частоте 50 Гц вызывает быстрое нарушение работы органов дыхания, а ток около 100 мА и более при 50 Гц и 300 мА при постоянном напряжении за короткое время (1-2 с) поражает мышцу сердца и вызывает его фибрилляцию. Эти токи называются фибрилляционными. При фибрилляции сердца прекращается его работа как насоса по перекачиванию крови. Поэтому вследствие недостатка в организме кислорода происходит остановка дыхания, т. е. наступает клиническая (мнимая) смерть. Токи более 5 А вызывают паралич сердца и дыхания, минуя стадию фибрилляции сердца. Чем больше время протекания тока через тело человека, тем тяжелее его результаты и больше вероятность летального исхода.

Большое значение в исходе поражения имеет путь тока. Поражение будет более тяжелым, если на пути тока оказывается сердце, грудная клетка, головной и спинной мозг.

Путь тока имеет еще то значение, что при различных случаях прикосновения будет различной величина сопротивления тела человека, а следовательно, и величина протекающего через него тока.

Наиболее опасными путями прохождения тока через человека являются: "рука - ноги", "рука - рука". Менее опасным считается путь тока "нога - нога".

Как показывает статистика, наибольшее число несчастных случаев происходит вследствие случайного прикосновения или приближения к голым, незащищенным частям электроустановок, находящихся под напряжением. Для защиты от поражения током голые провода, шины и другие токоведущие части либо располагают в недоступных местах, либо защищают ограждениями. В некоторых случаях для защиты от прикосновения применяют крышки, короба и т. п.

Поражение током может возникнуть при прикосновении к нетоковедущим частям электроустановки, которые оказываются под напряжением при пробое изоляции. В этом случае потенциал нетоковедущей части оказывается равным потенциалу той точки электрической цепи, в которой произошло нарушение изоляции.

Опасность поражения усугубляется тем, что прикосновение к нетоковедущим частям в условиях эксплуатации является нормальной рабочей операцией, поэтому поражение всегда является неожиданным.

Влияние на уровень электробезопасности режима нейтрали трехфазных электрических сетей

Место соединения концов фаз источника питания (генератора или трансформатора) называется нейтралью (точка 0).

Режимы нейтрали:

  1. заземленная нейтраль,
  2. изолированная нейтраль,
  3. компенсированная нейтраль.

Заземленная нейтраль

Ток однофазного короткого замыкания в сети с заземленной нейтралью достаточно велик и сопровождается возникновением дуги, что делает невозможным использование таких сетей в угольных шахтах и помещениях, опасных в отношении взрыва и пожара. Поэтому сети с заземленной нейтралью могут использоваться в помещениях, не опасных в отношении взрыва и пожара. Защита от короткого замыкания осуществляется плавкими вставками или реле максимальной токовой защиты, что удешевляет эксплуатационные расходы. Напряжение поврежденной фазы при однофазном замыкании падает до 0, напряжения неповрежденных фаз меняются незначительно, поэтому нет повышенных требований к изоляции.

На промышленных предприятиях используется наиболее распространенная система 220/380 В с заземленной нейтралью. В случае прикосновения к фазному проводу через тело человека будет протекать ток
что очень опасно.

Прикосновение тела человека к фазному проводу в сети с заземленной нейтралью всегда опасно.

Изолированная нейтраль

При однофазном замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью ток короткого замыкания определяется сопротивлением изоляции, которое, в свою очередь, определяется активным и емкостным сопротивлением. При хорошем состоянии изоляции и небольшой длине кабелей (емкость кабеля невелика) сопротивление изоляции достаточно велико, ток однофазного замыкания небольшой - возможно возникновение искрения при отсутствии дугового разряда, что делает возможным применение таких сетей во взрывоопасных и пожароопасных помещениях.

Прикосновение к фазному проводу в сети с изолированной нейтралью может быть безопасным при хорошем состоянии изоляции, так как ток через тело человека определяется сопротивлением изоляции.

Ток с одной из фаз проходит через тело человека, через сопротивление изоляции на другие фазы. В сети 220/380 В при сопротивлении изоляции 60 кОм ток через человека:

что безопасно.

При большой длине кабельных линий суммарная емкость сети увеличивается, сопротивление изоляции снижается, прикосновение человека к фазному проводу может стать опасным. Кроме того, в случае пробоя изоляции одной из фаз и прикосновения к другой фазе на тело человека воздействует линейное напряжение и в токовой цепи отсутствует сопротивление изоляции, что гораздо опаснее. Поэтому необходим непрерывный контроль изоляции и немедленное отключение участка сети при пробое одной из фаз или опасном снижении сопротивления.

Компенсированная нейтраль

Нейтральная точка соединяется с землей через индуктивное сопротивление , примерно равное емкостному сопротивлению изоляции Хс, что приводит к образованию "электрической пробки", при которой емкостная проводимость сравнивается с проводимостью индуктивной.

Поскольку они соединены параллельно, суммарная проводимость становится равной примерно 0, а это соответствует бесконечно большому сопротивлению. Величина тока, протекающего через тело человека при прикосновении его к фазному проводу в сети с компенсированной нейтралью, существенно уменьшается.

Знание процессов, протекающих в электроустановках, позволяет энергетикам безопасно эксплуатировать оборудование любого напряжения и вида тока, выполнять ремонтные работы и техническое обслуживание электрических систем.

Избежать случаев поражения током электроустановки помогает информация, излагаемая в , ПТБ и ПТЭ - основных документов, созданных лучшими специалистами на основе анализа несчастных случаев с людьми, пострадавшими от опасных факторов, сопровождающих работу электрической энергии.

Обстоятельства и причины попадания человека под действие электрического тока

Руководящие документы по безопасности выделяют три группы причин, объясняющих поражение работников электрическим током:

1. непреднамеренное, нечаянное приближение к токоведущим частям с напряжением на расстояние, меньшее безопасного или прикосновение к ним;

2. возникновение и развитие аварийных ситуаций;

3. нарушения требований, указанных в руководящих документах, предписывающих правила поведения работников в действующих электроустановках.

Оценка опасностей поражения человека заключается в определении расчетами величин токов, которые проходят через тело пострадавшего. При этом приходится учитывать много ситуаций, когда контакты могут возникнуть в случайных местах электроустановки. К тому же, приложенное к ним напряжение изменяется в зависимости от многих причин, включающих условия и режимы работы электрической схемы, ее энергетические характеристики.

Условия поражения человека током электроустановки

Чтобы через тело пострадавшего стал протекать ток, необходимо создать электрическую цепь подключением его минимум к двум точкам схемы, обладающей разностью потенциалов - напряжением. На электрическом оборудовании возможны проявления следующих условий:

1. одновременное двухфазное или двухполюсное прикосновение к различным полюсам (фазам);

2. однофазное или однополюсное прикосновение к потенциалу схемы, когда человек имеет непосредственную гальваническую связь с потенциалом земли;

3. случайное создание контакта с проводящими элементами электроустановки, которые оказались под напряжением в результате развития аварии;

4. попадание под действие напряжения шага, когда разность потенциалов создана между точками, на которых одновременно находятся ноги или другие части тела.

При этом может возникнуть электрический контакт пострадавшего с токоведущей частью электроустановки, который рассматривается ПУЭ как прикосновение:

1. прямое;

2. либо косвенное.

В первом случае он создается непосредственным контактом с токоведущей частью, включенной под напряжение, а во втором - при прикосновениях к не изолированным элементам схемы, когда на них прошел опасный потенциал в случае развития аварии.

Чтобы определить условия безопасной эксплуатации электроустановки и подготовить для работников внутри нее рабочее место, необходимо:

1. проанализировать случаи вероятного создания путей прохождения электрического тока через организм обслуживающего персонала;

2. сравнить его максимально возможную величину с действующими минимально допустимыми нормативами;

3. принять решение о выполнении мер обеспечения электрической безопасности.

Особенности анализа условий поражения людей в электроустановках

Для оценки величины тока, проходящего через тело пострадавшего в сети постоянного или переменного напряжения, используются следующие виды обозначений для:

1. сопротивлений:

    Rh - у тела человека;

    R0 - для устройства заземления;

Rиз- слоя изоляции относительно контура земли;

2. токов:

Ih - через тело человека;

Iз - замыкания на контур земли;

Uc - цепи постоянного либо однофазного переменного токов;

Uл - линейных;

Uф - фазных;

Uпр - прикосновения;

Uш - шага.

При этом возможны следующие типовые схемы подключения пострадавшего к цепям напряжения в сетях:

1. постоянного тока при:

    однополюсном касании контакта проводника с потенциалом, изолированным от контура земли;

    однополюсном касании потенциала схемы с заземлённым полюсом;

    двухполюсном контакте;

2. трехфазных сетей при;

    однофазном контакте с одним из потенциальных проводников (обобщенный случай);

    двухфазном контакте.

Схемы поражения в цепях постоянного тока

Однополюсный контакт человека с потенциалом, изолированным от земли

Под действием напряжения Uc по последовательно созданной цепочке из потенциала нижнего проводника, тела пострадавшего (рука-нога) и контур земли через удвоенное сопротивление изоляции среды протекает ток Ih.

Однополюсный контакт человека с заземленным потенциалом полюса


В этой схеме ситуацию усугубляет подключение к контуру земли одного потенциального провода с сопротивлением R0, близким к нулю и значительно меньшим, чем у тела пострадавшего и слоя изоляции внешней среды.

Сила искомого тока приблизительно равна отношению напряжения сети к сопротивлению человеческого тела.

Двухполюсный контакт человека с потенциалами сети


Напряжение сети напрямую прикладывается к телу пострадавшего, а ток через его организм ограничивается только его собственным незначительным сопротивлением.

Общие схемы поражения в цепях переменного трехфазного тока

Создание контакта человека между фазным потенциалом и землей

В общем случае между каждой фазой схемы и потенциалом земли имеется свое сопротивление и создается емкость. Нейтраль обмоток источника напряжения имеет обобщенное сопротивлением Zн, величина которого в разных системах заземления цепи меняется.


Формулы расчета проводимостей каждой цепочки и общей величины тока Ih через фазное напряжение Uф представлены на картинке формулами.

Образование контакта человека между двумя фазами

Наибольшую величину и опасность представляет ток, проходящий через цепочку, созданную между непосредственными контактами тела пострадавшего с фазными проводами. При этом часть тока может пройти по пути через землю и сопротивления изоляции среды.


Особенности двухфазного прикосновения

В цепях постоянного и трехфазного переменного токов создание контактов между двумя различными потенциалами наиболее опасно. При такой схеме человек попадает под действие наибольшего напряжения.

В схеме с источником питания постоянного напряжения величина тока через пострадавшего вычисляется по формуле Ih=Uc/Rh.

В трехфазной сети переменного тока это значение вычисляется по соотношению Ih=Uл/Rh=√3 Uф/Rh.

Считая, что среднее электрическое сопротивление тела человека составляет 1 килоом , рассчитаем ток, который возникает в сети постоянного и переменного напряжения 220 вольт.

В первом случае он составит: Ih=220/1000=0,22А. Этой величины в 220 мА достаточно для того, чтобы пострадавший подвергся судорожному сжатию мышц, когда без посторонней помощи он освободиться от воздействия случайного прикосновения уже не в состоянии - удерживающий ток.

Во втором случае Ih=(220· 1,732)/1000 =0,38А. При таком значении в 380 мА возникает смертельная опасность поражения.

Также обращаем внимание на то, что в сети переменного трехфазного напряжения положение нейтрали (может быть изолирована от земли или наоборот - подсоединена накоротко) очень мало влияет на величину тока Ih. Его основная доля идет не через цепочку земли, а между потенциалами фаз.

Если человек применил средства защиты, обеспечивающие его надежную изоляцию от контура земли, то они в подобной ситуации окажутся бесполезными и не помогут.

Особенности однофазного прикосновения

Трехфазная сеть с глухо заземленной нейтралью

Пострадавший прикасается к одному из фазных проводов и попадает под разность потенциалов между ним и контуром земли. Такие случаи происходят чаще всего.


Хотя напряжение фазы относительно земли меньше чем линейное в 1,732 раза, такой случай остается опасным. Ухудшить состояние пострадавшего может:

    режим нейтрали и качество ее подключения;

    электрические сопротивления диэлектрического слоя проводов относительно потенциала земли;

    вид обуви и ее диэлектрические свойства;

    сопротивление грунта в месте нахождения пострадавшего;

    другие сопутствующие факторы.

Значение тока Ih в этом случае можно определить по соотношению:

Ih=Uф/(Rh+Rоб+Rп+R0).

Напомним, что сопротивления: человеческого тела Rh, обуви Rоб, пола Rп и заземления у нейтрали R0, принимаются в Омах.

Чем меньше величина знаменателя, тем сильнее создается ток. Если работник носит токопроводящую обувь, например, промочил ноги или подошвы подбиты металлическими гвоздями, и вдобавок находится на металлическом полу или сырой земле, то можно считать, что Rоб=Rп=0. Так обеспечивается самый неблагоприятный случай для жизни пострадавшего.

Ih=Uф/(Rh+R0).

При фазном напряжении в 220 вольт получим Ih=220/1000=0,22 А. Или ток смертельной опасности 220 мА.

Теперь рассчитаем вариант, когда работник использует средства защиты: диэлектрическую обувь (Rоб=45 кОм) и изолирующее основание (Rп=100 кОм).

Ih=220/(1000 +45000+10000)=0,0015 А.

Получили безопасную величину тока 1,5мА.

Трехфазная сеть с изолированной нейтралью

Здесь отсутствует прямая гальваническая связь нейтрали источника тока с потенциалом земли. Фазное напряжение приложено к сопротивлению слоя изоляции Rиз, обладающей очень высокой величиной, которая контролируется при эксплуатации и постоянно поддерживается в исправном состоянии.


Цепь протекания тока через тело человека зависит от этой величины в каждой из фаз. Если учесть все слои сопротивления току, то его величину можно просчитать по формуле: Ih=Uф/(Rh+Rоб+Rп+(Rиз/3)).

Во время самого неблагоприятного случая, когда созданы условия максимальной проводимости через обувь и пол, выражение примет вид: Ih=Uф/(Rh+(Rиз/3)).

Если рассматривать сеть 220 вольт с изоляцией слоя в 90 кОм, то получим: Ih=220/(1000+(90000/3)) =0,007 А. Такой ток в 7 мА будет хорошо ощущаться, но смертельную травму обеспечить не сможет.

Обратим внимание, что мы в рассматриваемом примере умышленно упустили сопротивление грунта и обуви. Если их учесть, то ток снизится до безопасной величины, порядка 0,0012 А или 1,2 мА.

Выводы:

1. в схемах с изолированной нейтралью безопасность работников обеспечить проще. Она напрямую зависит от качества диэлектрического слоя проводов;

2. при одинаковых обстоятельствах прикосновения к потенциалу одной фазы схема с заземленной нейтралью представляет наибольшую опасность, чем с изолированной.

Рассмотрим случай касания металлического корпуса электрического прибора, если внутри него пробита изоляция диэлектрического слоя у потенциала фазы. Когда человек прикоснется к этому корпусу, то через его тело пойдет ток на землю и далее через нейтраль к источнику напряжения.

Схема замещения показана на картинке ниже. Сопротивлением Rн обладает создаваемая прибором нагрузка.


Сопротивление изоляции Rиз совместно с R0 и Rh ограничивает ток междуфазного прикосновения. Он выражается соотношением: Ih=Uф/(Rh+Rиз+Rо).

При этом, как правило, еще на стадии проекта, выбирая материалы для случая, когда R0=0 стараются соблюдать условие: Rиз>(Uф/Ihg) -Rh.

Величина Ihg называется порогом неощутимого тока, значение которого человек не будет чувствовать.

Делаем вывод: сопротивление диэлектрического слоя всех токоведущих частей относительно контура земли определяет степень безопасности электроустановки.

По этой причине все подобные сопротивления нормированы и учтены утвержденными таблицами. С этой же целью нормируют не сами сопротивления изоляции, а токи утечек, которые через них протекают при испытаниях.

Напряжение шага

В электроустановках по разным причинам может возникнуть авария, когда потенциал фазы непосредственно касается контура земли. Если на воздушной ЛЭП один из проводов под действием различного типа механических нагрузок оборвался, то как раз в этом случае и проявляется подобная ситуация.


При этом в месте контакта провода с землей образуется ток, который создает вокруг точки касания зону растекания - площадку, на поверхности которой появляется электрический потенциал. Его величина зависит от тока замыкания Iз и удельного состояния почвы r.


Человек, оказавшийся в границах этой зоны, попадает под действие напряжения шага Uш, как показано на левой половинке картинки. Площадь зоны растекания ограничивается контуром, где потенциал отсутствует.

Значение напряжения шага рассчитывается по формуле: Uш=Uз∙β1∙β2.

В ней учитывается напряжение фазы в месте растекания тока - Uз, которое уточняется коэффициентами характеристик растекания напряжения β1 и влияния сопротивлений обуви и ног β2. Величины β1 и β2 публикуются в справочниках.

Значение тока сквозь тело пострадавшего вычисляется выражением: Ih=(Uз∙β1∙β2)/ Rh.

На правой части рисунка в положении 2 пострадавший создает контакт с замкнувшим на землю потенциалом провода. Он оказывается под влиянием разности потенциалов между точкой касания рукой и контуром земли, которая выражается напряжением прикосновения Uпр.

В этой ситуации ток вычисляют по выражению: Ih=(Uф.з.∙α )/ Rh

Значения коэффициента растекания α могут меняться в пределах 0÷1 и учитывают характеристики, влияющие на Uпр.

В рассмотренной ситуации действуют те же выводы, что и при создании однофазного контакта пострадавшим в нормальном режиме эксплуатации электроустановки.

Если же человек расположен за пределами зоны растекания тока, то он находится в безопасной зоне.

Оболочка электротехнического изделия (ЭТИ) имеет защиту IP 32. Укажите, что характеризует вторая цифра по системе защиты IP в данном случае.

Первая цифра означает степень защиты от соприкосновения персонала с частями, расположенными внутри оболочки и степень защиты от попадания внутрь твердых тел или пыли.

Вторая цифра означает степень защиты от попадания воды. Степень защиты от соприкосновения персонала с находящимися частями, расположенными внутри оболочки и степень защиты от попадания внутрь твердых тел или пыли имеет семь классов.

Классы 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6

Класс 0 – специальная защита отсутствует.

Класс 1 – защита от проникновения внутрь оболочки большого участка поверхности тела (например, рук) и твердых тел размером более 50 мм.

Класс 2 – защита от проникновения внутрь оболочки пальцев или предметов длиной до 80 мм и твердых тел размером более 12 мм.

Класс 3 – защита от проникновения внутрь оболочки инструментов, проволоки диаметром более 2,5 мм и твердых тел размером более 2,5 мм.

Класс 4 – защита от проникновения внутрь оболочки проволоки и твердых тел размером более 1 мм.

Класс 5 – защита от проникновения внутрь оболочки пыли, концентрация которой вызывает нарушение работы ЭТИ.

Класс 6 – защита от проникновения пыли.

Степень защиты ЭТИ от попадания воды внутрь оболочки имеет девять классов защиты.

Классы 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8

Класс 0 – защита отсутствует.

Класс 1 – защита от капель при вертикальном попадании на оболочку.

Класс 2 – защита от капель при наклонном попадании на оболочку.

Класс 3 – защита от дождя.

Класс 4 – защита от брызг.

Класс 5 – защита от водной струи.



Класс 6 – защита от волн воды.

Класс 7 – защита при погружении в воду.

Класс 8 – защита при длительном погружении в воду.

Примеры .

1. ПЭВМ имеет степень защиты IP30. Класс 3 – защита от случайного проникновения внутрь оболочки (корпуса) системного блока мелких деталей. Класс 0 – отсутствие защиты оболочки (корпуса) системного блока от воздействия капель воды.

2. Устройство электродуговой сварки. Степень защиты IP44. Класс 4 – защита от проникновения твердых тел внутрь оболочки. Класс 4 – защита от водяных брызг.

В первом случае надо защитить трансформатор внутри устройства. Во втором случае работа устройства производится вне помещения.

Оболочка электротехнического изделия (ЭТИ) имеет защиту IP 44. 122.Укажите, что характеризует первая цифра по системе защиты IP в данном случае.

Устройство электродуговой сварки. Степень защиты IP44. Класс 4 – защита от проникновения твердых тел внутрь оболочки. Класс 4 – защита от водяных брызг.

Оболочка электротехнического изделия (ЭТИ) имеет защиту IP 53. Укажите, что характеризует первая цифра по системе защиты IP в данном случае.

Оболочка электротехнического изделия (ЭТИ) имеет защиту IP 54 (например, пульт управления, расположенный непосредственно на станке с ЧПУ). Укажите, что характеризует вторая цифра по системе защиты IP в данном случае.

Электротехнические устройства со степенью защиты IP54 является достаточно защищенным и может применяться как в обычных условиях, так и на улице, где возможно попадание на устройство воды и пыли.

При этом, степень защиты IP54 обеспечивает меньшую защиту от влаги, чем IP55, а именно: IP 54 обеспечивает защиту от воды и других жидкостей только в виде капель и не защищает от струй воды. Таким образом,изделие со степенью защиты IP54 можно использовать во влажных помещениях и на улице, оно можеть попасть под дождь, однако его нельзя поливать, например из шланга, так как IP 54 обеспечивает защиту только от брызг и капель, попадающих на корпус с любого направления.

Часто степень защиты IP 54 применяется для электротехнических изделий предназначенных для использования на улице, а именно:

влагозащищенные розетки (степень защиты IP 54 обеспечивается специальной подпружиненной крышкой, предотвращающей попадание капель в контакные отверстия розетки); определенные типв уличных светильников (степень защиты IP 54 обеспечивается специальным уплотнением в разъеме корпуса светильника)

электротехнические шкафы (степень защиты IP 54 обеспечивается специальным устройством двери и упругим уплотнением, расположенном в месте примыкания двери к корпусу шкафа)

Устройства со степенью защиты IP54 обеспечивают частичную защиту от проникновения пыли в корпус устройства и полностью защищают от случайного прикосновения к токоведущим частям устройства, что позволяет их использовать как в промышленном, так и в бытовом применении.

К какому классу помещений по степени опасности поражения электрическим током относятся помещения с химически активной средой?

Помещения с химически активной средой - по условиям производства в помещении постоянно или длительно содержатся пары или отложения, действующие разрушающие на изоляцию и токоведущие части электрооборудования.

126.Укажите принцип работы защитного заземления (контурного или выносного) в случае пробоя фазы на корпус электрооборудования: Превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание, т.е. замыкание между фазным и нулевым проводами с целью создания большого тока, способного обеспечить срабатывание защиты тем самым автоматически отключить поврежденную установку от питающей сети.

127.Укажите принцип работы контурного защитного заземления в случае пробоя фазы на корпус оборудования:

Снижение до безопасных значений напряжений и прикосновения и шага, обусловленных замыканием на корпус. Это достигается уменьшением потенциала заземлённого оборудования, а также выравниванием потенциалов за счёт подъёма потенциала основания, на котором стоит человек, до потенциала, близкого по значению к потенциалу заземленного оборудования. (Трехфазные трехпроводные сети напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью и выше 1000 В с любым режимом нейтрали).

128.Электроустановка эксплуатируется в сети с заземленной нейтралью (заземленный нейтральный провод). Сеть однофазная, U Ф = 220В. Происходит пробой на корпус оборудования. При расчете принять: расчетное сопротивление тела человека R Ч = 1000 Ом и сопротивление заземления R З = 4 Ом.

Определить величину силы тока, проходящую через тело человека при случайном прикосновении к корпусу неисправного оборудования.

При U ф = 220 В; R ч = 1000 Ом; R н = 4 Ом

Последствия – паралич сердца .

130.Согласно ПУЭ минимальное допустимое сопротивление изоляции фаз проводов по отношению к земле в сети с изолированной нейтралью при всех включенных электроустановках должно быть: ……………………………………

В соответствии с требованиями «Правил устройства электроустановок» (ПУЭ) сопротивление изоляции фазных проводов относительно земли должно быть R из 500000 Ом.³0,5 МОм³

В сетях с изолированной нейтралью опасность для человека, прикоснувшегося к одному из фазных проводов в период нормальной работы сети, главным образом зависит от сопротивления изоляции проводов относительно земли. С увеличением сопротивления изоляции опасность поражения электрическим током уменьшается.

При аварийном режиме работы этой же сети, когда имеет место замыкание фазы на землю, напряжение в нейтральной точке может достигать фазного напряжения, напряжение неповрежденных фаз относительно земли становиться равным линейному напряжению. В этом случае, если человек прикоснется к одной фазе, он окажется под линейным напряжением, через него пойдет ток по пути «рука-нога». В данной ситуации на исход поражения сопротивление изоляции проводов не играет никакой роли. Такое поражение током чаще всего приводит к летальному исходу.

На предприятиях, где сети разветвленные и имеют значительную протяженность, а следовательно, большую емкость, система с изолированной нейтралью теряет свое преимущество, так как увеличивается ток утечки, снижается сопротивление участка фаза-земля. С точки зрения электробезопасности в таких случаях предпочтение отдается сети с заземленной нейтралью.

Двухфазное (двухполюсное) прикосновение более опасно, поскольку к телу человека прикладывается наибольшее в данной сети напряжение. Ток через человека рассчитывается по формуле:

прикосновение человека к двум фазам Для сети постоянного тока 220 В ток через тело человека будет равен:

Этот ток является неотпускающим и человек не может освободиться от него без посторонней помощи.

10.Ток, проходящий через тело человека , п 2-х проводной сети изолированной от земли (схема, формула).


Очевидно, что чем лучше изоляция проводов относительно земли , тем меньше опасность однофазного (и двухфазного) прикосновения к проводу .

11.Ток, проходящий через тело человека , п ри однофазном прикосновении в однофазной двухпроводной сети с заземлённым проводом (схема, формула).


где:
- сопротивление заземления провода. Очевидно, что при
человек оказывается практически под полным напряжением сети, а ток через тело человека имеет наибольшее значение.

12.Ток, проходящий через тело человека , п ри однофазном прикосновении в 3-х фазной сети с заземлённой нейтралью (схема, формула).


(2.3)

13.Ток, проходящий через тело человека , п ри однофазном прикосновении в 3-х фазной сети с изолированной нейтралью (схема, формула).


(2.5)

14.Замыкания на корпус в электроустановках.

Замыканием на корпус называется случайное электрическое соединение токоведущей части с металлическими нетоковедущими частями электроустановки.

15.Замыкания на землю в электроустановках.

Замыканием на землю называется случайное электрическое соединение токоведущей части непосредственно с землей или нетоковедущими проводящими конструкциями и предметами, не изолированными от земли.

16.Классификация электроустановок и помещений.

Условно электроустановки можно разделить на: -электроустановки до 1 кВ; -электроустановки выше 1 кВ; -электроустановки с малым напряжением (не более 42 В); -электроустановки с малыми токами замыкания на землю (I з 500А); -электроустановки с большими токами замыкания на землю (I з 500А). В отношении опасности поражения людей электрическим током помещения различаются на:

* Помещения без повышенной опасности, в которых отсутствуют условия, создающие повышенную и особую опасность;

* Помещения с повышенной опасностью, характеризующиеся наличием одного из следующих условий:

Сырость или токопроводящая пыль;

Токопроводящие полы (металлические, земляные, железобетонные, кирпичные и т.п.);

высокая температура;

Возможность одновременного прикосновения человека к металлоконструкциям зданий, имеющих соединение с землей, технологическим аппаратом, механизмам и т.п., с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования (открытым проводящим частям), с другой.

* Особо опасные помещения, характеризуются наличием одного из следующих условий:

Особая сырость;

Химически активная или органическая среда;

Одновременно два или более условий повышенной опасности.

"