Большой процент травм, вызванных воздействием электрического тока, имеет место при прикосновении человека к металлическим частям или корпусам электроустановок, случайно оказавшимся под напряжением вследствие неисправности изоляции.

Тяжесть электротравмы зависит от тока, протекающего через тело человека, частоты тока, физиологического состояния организма, продолжительности воздействия тока, пути тока в организме и производственных условий.

При этом человек оказывается под напряжением прикосновения - напряжением между двумя точками цепи тока замыкания на землю (на корпус) при одновременном к ним прикосновении

где - ток, протекающий через тело человека, А;

-сопротивление тела человека, Ом.

Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов, протекающих через тело человека, предназначенные для проектирования способов и средств защиты людей, при взаимодействии их с электроустановками нормируются /2/ и при аварийном режиме производственных электроустановок напряжением до 1000 В переменного 50 Гц тока при продолжительности воздействия свыше 1 с не должны превышать
= 20 В и= 6 мА.

Значения напряжений прикосновения и тока, протекающего через тело человека, зависят от ряда факторов: схемы включения человека в электрическую сеть, напряжения сети, схемы самой сети, режима ее нейтрали, степени изоляции токоведущих частей от земли, а также емкости токоведущих частей относительно земли и т.п. Эту зависимость необходимо знать при оценке той или иной сети по условиям техники безопасности, выборе и расчете соответствующих мер защиты и т.п.

При этом принимаем, что сопротивление основания, на котором стоит человек (грунт, пол и пр.), а также сопротивление его обуви незначительны, и равны нулю.

Сопротивление тела человека изменяется в широких пределах (от 400 до 100000 Ом) в зависимости от состояния кожи (сухая, влажная, чистая, поврежденная и т.п.), плотности контакта, площади контакта, тока, протекающего через тело человека и напряжения прикосновения, а также от времени воздействия тока на человека.

При напряжении до 1000 В в нашей стране применяют, в основном, две схемы сетей трехфазного тока - четырехпроводную с заземленной нейтралью напряжением 220/127, 380/220 и 660/380 В и трехпроводную с изолированной нейтралью напряжением 36, 42, 127, 220, 380 и 660 В.

Проанализируем опасность поражения током при нормальном режиме работы сетей.

2.1. Трехфазная четырехпроводная сеть с глухозаземленной нейтралью

Рассмотрим сеть напряжением 380/220 В (рис.1).

Прикосновение человека к корпусу электроустановки, оказавшемуся под напряжением, в четырехпроводной сети

При нормальном режиме работы сети сопротивление изоляции фазных и нулевого проводов относительно земли по сравнению с сопротивлением заземления нейтрали имеют весьма большие значения и с некоторым допущением могут быть приравнены к бесконечности, т.е.
.

В этом случае ток, протекающий через тело человека

где = 220 В - фазное напряжение, т.е. в данном случае напряжение между началом и концом одной обмотки трансформатора.

- сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединена нейтраль трансформатора, Ом.

В соответствии с ПУЭ /1/ наибольшее значение составляет 66 Ом; сопротивление же тела человека, не опускается ниже нескольких сотен Ом. Следовательно, без большой ошибки можно пренебречь значением, т.е.

Таким образом, про прикосновении к корпусу электроустановка, оказавшемуся под напряжением в сети с глухозаземленной нейтралью, человек оказывается практически, под фазным напряжением, т.е. в данном случае под напряжением между фазным и нулевым проводом.

Существуют различные схемы включения человека в электрическую цепь тока:

Однофазное прикосновение – прикосновение к проводнику одной фазы действующей электроустановки;

Двухфазное прикосновение – одновременное прикосновение к проводникам двух фаз действующей электроустановки;

Прикосновение к нетоковедущим частям электроустановок, оказавшихся под напряжением в результате повреждения изоляции;

Включение под напряжение шага – включение между двумя точками земли (грунта), находящимися под разными потенциалами.

Рассмотрим наиболее характерные схемы включения человека в электрическую цепь тока.

Однофазное прикосновение в сети с глухозаземленной нейтралью. Ток, протекающий через тело человека (I h ) при однофазном прикосновении (рис. 6) замкнется по цепи: фаза L 3 – тело человека - основание (пол) – заземлитель нейтрали – нейтраль (нулевая точка).

Рис. 6. Схема однофазного прикосновения в сети

с глухозаземленной нейтралью

По закону Ома: ,

Где R о – сопротивление заземления нейтрали,

R осн - сопротивление основания.

Если основание (пол) токопроводящее, то R осн ≈ 0

Учитывая то, что R о « R h , то

U h = U ф

Такое прикосновение крайне опасно.

Однофазное прикосновение в сети с изолированной нейтралью. Ток, протекающий через тело человека (рис. 7) замкнется по цепям: фаза L 3 – тело человека – пол и далее возращается в сеть через изоляции фаз L 2 и L 1 , т.е. далее ток следует по цепям: изоляция фазы L 2 - фаза L 2 - нейтраль (нулевая точка) и изоляция фазы L 1 - фаза L 1 – нейтраль (нулевая точка). Таким образом, в цепи тока, протекающего через тело человека, последовательно с ним оказываются включенными изоляции фаз L 2 и L 1 .

Рис. 7. Схема однофазного прикосновение в сети

с изолированной нейтралью

Сопротивление изоляции фазы Z имеет активную (R ) и емкостную составляющие (С ).

R – характеризует неидеальность изоляции, т.е. способность изоляции проводить ток, хотя и значительно хуже, чем металлы;

С – емкость фазы относительно земли определяется геометрическими размерами воображаемого конденсатора, «пластинками» которого являются фазы и земли.

При R 1 = R 2 = R 3 = R ф и С 1 = С 2 = С 3 = С Ф ток, протекающий через тело человека:

где Z - полное сопротивление изоляции фазного провода относительно земли.

Если емкость фаз пренебречь С ф = 0 (воздушные сети небольшой протяженности), то:

откуда следует, что величина тока зависит не только от сопротивления человека, но также от сопротивления изоляции фазного провода относительно земли.

Если, например, R 1 = R 2 = R 3 = 3000 Ом, то

; U h = 0,0111000 = 110 В

Двухфазное прикосновение. При двухфазном прикосновении (рис. 8) независимо от режима нейтрали человек окажется под линейным напряжением сети U л и по закону Ома:

при U л =380 В: I = 380/1000 = 0,38 А = 380 мА.

Рис. 8. Схема двухфазного прикосновения человека

Двухфазное прикосновение крайне опасно, такие случаи сравнительно редки и являются, как правило, результатом работы под напряжением в электроустановках до 1000 В, что является нарушением правил и инструкции.

Прикосновение к металлическому корпусу, оказавшемуся под напряжением. Прикосновение к корпусу электроустановки (рис. 9), в которой фаза (L 3) замкнулась на корпус, равносильно прикосновению к самой фазе. Поэтому анализ и выводы для случаев однофазного прикосновения, рассмотренные ранее, полностью применяются для случая замыкания на корпус.

Рис. 9. Схема прикосновения человека к металлическому

корпусу, оказавшемуся под напряжением

Анализ условий электробезопасности

Анализ условий электробезопасности заключается в определении величины тока через тело человека (I h) для конкретного случая.

Сравнивая полученные расчетным путем величины тока через тело человека с величиной условно безопасного тока (10мА) делают вывод об опасности данного случая. Если величина тока через тело человека превышает величину условно-безопасного тока - случай считают опасным. Если нет - не опасным. Так как человек в большинстве случаев пользуется сетью до 1000В, а эти сети, как правило, имеют небольшую протяженность, емкостью фазных проводов относительно земли можно пренебречь, считая, что сопротивление изоляции проводов (R из) относительно земли чисто активным.

Определить величину тока через тело человека можно так:

I h = U пр / R h

Сложность расчета заключается в нахождении напряжения прикосновения (U пр). Для нахождения этой величины прибегают к такому приему: определяют путь тока через тело человека, из которого и находят источник напряжения и сопротивления, через которые протекает ток.

Наиболее характерным бывают две схемы включения: между двумя проводами и между одним проводом и землей.

Применительно к сетям переменного тока первую схему обычно называют двухфазным включением, а вторую однофазным.

9.1.1. Двухфазное включение

Двухфазное включение, как правило, более опасно, поскольку к телу человека прикладывается наибольшее в данной сети напряжение – линейное, и поэтому через тело человека пойдет большой ток (рисунок. 9.1.).

Рисунок 9.1. Двухфазное включение человека в сеть.

где, I h – ток через тело человека

U пр - напряжение прикосновения

Для сети 380/220

Ток опасный для жизни человека

9.1.2. Однофазное включение.

Однофазное включение происходит значительно чаще, но является менее опасным, т.к. напряжение под которым оказывается человек не превышает фазного. Кроме того, на значение тока через тело человека влияет также режим нейтрали источника тока, сопротивление изоляции проводов относительно земли, сопротивление пола, на котором стоит человек, сопротивление обуви человека и другие факторы.

9.1.2.1. Однофазная сеть.

Рисунок 9.3. Схема включения

Рисунок 9.4. Схема замещения

Ток через тело человека можно найти как:

Из выражения можно сделать выводы:

1. Чем больше сопротивление изоляции относительно земли, тем меньше опасность однофазного прикосновения к проводу

2. Прикосновение человека к проводу с большим сопротивлением изоляции более опасно, т.к. напряжение прикосновение будет больше.

9.1 1.2. Трехфазная трехпроводная сеть с изолированной нейтралью:

Рассмотрим два режима сети:

а) Нормальный режим работы (сопротивление изоляции имеют большое (нормированное) значение.

Рисунок 9.5. Однофазное включение в 3 х фазную сеть

с изолированной нейтралью

При равенстве сопротивлений изоляцииR из1 =R из2 =R из3 , величина тока через тело человека определяется выражением

В таких сетях опасность для человека, прикоснувшегося к проводу, при нормальном состоянии сети, зависит от сопротивления изоляции. Чем оно больше, тем меньше опасность. Поэтому, очень важно в таких сетях обеспечивать высокое сопротивление изоляции и контролировать ее состояние для своевременного выявления и устранения возникших неисправностей.

Согласно ПЭУ сопротивление изоляции проводов относительно земли в установках до 1000В не должно быть менее 500к.

б) При аварийном режиме - замыкание одной из фаз на землю через малое сопротивление замыкания - R зм.(рисунок 9.6.)

Рисунок 9.6 Аварийный режим в сети

Обычно R зм лежит в пределах от 50 до 200Ом.

Ток через тело человека, как и в нормальном режиме будет протекать и через сопротивления изоляции проводов относительно земли, но его величина будет значительно меньше, чем ток, протекающий через малое сопротивление замыкания. Поэтому величиной тока, протекающего через сопротивление изоляции, можно пренебречь и считать, что ток протекает только через сопротивление замыкания и тело человека.

Это очень опасно.

9.1.2.3. Трехфазная трехпроводная сеть с глухозаземленной нейтралью:

Глухозаземленной называется нейтраль трансформатора или генератора присоединенная к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление (например, трансформатор тока).

а) Нормальный режим работы

Рисунок 9.7.

Сопротивление заземления нейтрали R о нормируется в зависимости от максимального напряжения сети.

При U л =660В, R о =2Ом, при U л =380В, R о =4Ом, при U л =220В, R о =8Ом

Током, протекающим через тело человека и сопротивлением изоляции проводов можно пренебречь, по сравнению с током, протекающим через тело человека и малое сопротивление заземления нейтрали. Величина этого тока определяется из выражения:

Из выражения видно, что в сети с глухозаземленной нейтралью в период нормальной работы сети прикосновение к одному из проводов более опасно, чем прикосновение к проводу нормально работающей сети с изолированной нетралью.

б) При аварийном режиме работы - когда одна из фаз сети замкнута на землю через малое сопротивление R зм (рисунок 9.8.).

Рисунок 9.8.

Если провести анализ этого случая, то можно сделать следующие выводы:

2. Если принять R о равным 0, то человек окажется под фазным напряжением.

В реальных условиях R зм и R о всегда больше нуля, следовательно, человек, касаясь провода в аварийном режиме сети, попадает под напряжение меньше линейного, но больше фазного.

Схемы включения человека в цепь тока могут быть различными:

· между двумя проводами;

· между проводом и землей;

· между двумя проводами и землей одновременно и т.п.

Однако наиболее характерными являются первые две схемы. Применительно к трехфазным сетям переменного тока первую схему обычно называют двухфазным включением, а вторую – однофазным.

Двухфазное включение, т.е. прикосновение человека одновременно к двум фазам (рис. 11.3.), как правило, более опасно, чем однофазное, поскольку к телу человека прикладывается наибольшее в данной сети напряжение – линейное, и поэтому через человека пойдет больший ток, сила которого определяется по формуле:

где I ч – сила тока, проходящего через тело человека, А; U л = 1,73 U ф – линейное напряжение, т.е. напряжение между фазными проводами сети, в; U ф – фазное напряжение, В; R ч – сопротивление тела человека, Ом.

Рис. 11.3 Схема двухфазного включения

человека в цепь тока в трехфазной сети

Нетрудно видеть, что при двухфазном включении ток, проходящий через человека, практически не зависит от режима нейтрали сети, следовательно, двухфазное включение является одинаково опасным в сети как с изолированной, так и с заземленной нейтралями.

Однофазное включение происходит значительно чаще, нo оно менее опасно, чем двухфазное, поскольку напряжение, под которым оказывается человек, не превышает фазного, т.е. меньше линейного в 1,73 раза. Кроме того, на значение этого тока влияют также режим нейтрали источника тока, сопротивление пола, на котором стоит человек, сопротивление его обуви и некоторые другие факторы.

В сети с заземленной нейтралью (рис. 11.4) последовательно с сопротивлением тела человека (R ч) оказываются включенными сопротивление обуви (R об), сопротивление пола (R n) и сопротивление заземления нейтрали источника тока (R о).

Рис. 11.4 Схема однофазного включения человека в цепь тока в трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью

С учетом этих сопротивлений сила тока (I ч), проходящего через человека, будет отделяться по формуле:

I ч = ,

где R ч – сопротивление тела человека, Ом; R об – сопротивление обуви, Ом; R n – сопротивление пола, Ом; R о – сопротивление заземления нейтрали, Ом.

В сети с изолированной нейтралью (рис.

11.5.), ток, проходящий через человека, возвращается к источнику тока через изоляцию проводов, которая обладает большим сопротивлением. Значение силы тока, проходящего через человека, определяется для этого случая по формуле:

I ч = ,

где R из – сопротивление изоляции одной фазы сети относительно земли, Ом.

В сети с изолированной нейтралью условия безопасности находятся в прямой зависимости не только от сопротивления пола и обуви, но и от сопротивления изоляции проводов относительно земли: чем лучше изоляция, тем меньше ток, протекающий через человека.

Рис. 11.5 Схема однофазного включения человека в цепь тока в трехфазной сети с изолированной нейтралью

Таким образом, при прочих равных условиях однофазное включение человека в сети с изолированной нейтралью менее опасно, чем в сети с заземленной нейтралью. Этот вывод справедлив дня нормальных (безаварийных) условий работы сети. В случае же аварии, когда одна из фаз замкнута на землю, сеть с изолированной нейтралью может оказаться более опасной, так как вследствие старения изоляции, увлажнения и при других неблагоприятных условиях сопротивление изоляции снижается. В результате этого напряжение между любой неповрежденной фазой и землей может увеличиться с фазного до линейного, в то время как в сети с заземленной нейтралью напряжение неповрежденных фаз относительно земли практически не возрастает, т.е. остается в пределах фазного.

Таким образом, безопасность человека обеспечивается высоким качеством изоляции, которое контролируется в процессе профилактических испытаний. Периодический контроль изоляции заключается в том, чтобы определить сопротивление изоляции каждой фазы относительно земли и между фазами на каждом участке, между двумя последовательно установленными предохранителями, аппаратами или за последним предохранителем.

Электрическая изоляция силовой или осветительной электропроводки считается достаточной, если ее сопротивление между проводом каждой фазы и землей, или между разными фазами на участке, ограниченном последовательно включенными плавкими предохранителями, составляет не менее 0,5 МОм (согласно правилам устройства электроустановок).

Оглавление книги Следующая страница>>

§ 3. Опасность поражения человека электрическим током.

Схема однофазного включения человека в сеть трехфазного тока с заземленной нейтралью.

Поражение человека током возникает при замыкании электрической цепи через тело человека. Это происходит в случае прикосновения человека не менее чем к двум точкам электрической цепи, между которыми имеется некоторое напряжение. Включение человека в цепь может произойти по нескольким схемам: между проводом и землей, называемое однофазным включением; между двумя проводами - двухфазное включение. Эти схемы наиболее характерны для трехфазных сетей переменного тока. Возможно также включение между двумя проводами и землей одновременно; между двумя точками земли, имеющими разные потенциалы, и т. п.

Однофазное включение человека в сеть представляет собой непосредственное соприкосновение человека с частями электроустановки или оборудования, нормально или случайно находящимися под напряжением. При этом степень опасности поражения будет различной в зависимости от того, имеет ли электрическая сеть заземленную или изолированную нейтраль, а также в зависимости от качества изоляции проводов сети, ее протяженности, режима работы и ряда других параметров.

При однофазном включении в сеть с заземленной нейтралью человек попадает под фазное напряжение, которое в 1,73 раза меньше линейного, и подвергается воздействию тока, величина которого определяется величиной фазного напряжения установки и сопротивления тела человека (рис. 69). Дополнительное защитное действие оказывает изоляция пола, на котором стоит человек, и обувь.

Рис. 69. Схема однофазного включения человека в сеть трехфазного тока с заземленной нейтралью

Таким образом, в четырех проводной трехфазной сети с заземленной нейтралью цепь тока, проходящего через человека, включает сопротивление его тела, а также сопротивления пола, обуви и заземления нейтрали источника тока (трансформатора и т. п.). При этом величина тока

где U л - линейное напряжение, В; R т - сопротивление тела человека, Ом; R п - сопротивление пола, на котором находится человек, Ом; R об - сопротивление обуви человека, Ом; R 0 - сопротивление заземления нейтрали, Ом.

В качестве примера рассмотрим два случая однофазного включения человека в трехфазную четырехпроводную электрическую сеть с заземленной нейтралью при U л = 380 В.

Случай с неблагоприятными условиями . Человек, прикоснувшийся к одной фазе, находится на сыром грунте или токо-проводящем (металлическом) полу, его обувь сырая или имеет металлические гвозди. В соответствии с этим принимаем сопротивления: тела человека R т =1000 Ом, грунта или пола R п =0; обуви R об = 0.

Сопротивление заземления нейтрали R 0 = 4 Ом в расчет в виду незначительной величины не принимаем. Через тело человека пройдет ток

являющийся опасным для жизни.

Случай с благоприятными условиями . Человек находится на деревянном сухом полу сопротивлением R п = 60 000 Ом, имеет на ногах сухую непроводящую (резиновую) обувь сопротивлением R об = 50 000 Ом. Тогда через тело человека пройдет ток

являющийся длительно допустимым для человека.

К тому же сухие полы и резиновая обувь обладают значительно большим сопротивлением в сравнении с величинами, принятыми для расчета.

Данные примеры показывают большое значение изолирующих свойств пола и обуви для обеспечения безопасности лиц, работающих в условиях возможного контакта с электротоком.