Анализ опасности поражения электрическим током в различных сетях. Анализ схем включения человека в электрическую цепь Анализ опасности поражения током в электрических сетях

Прохождение тока через человека, является следствием его прикосновения не менее, чем к двум точкам электрической цепи, между которыми есть некоторая разность потенциалов (напряжение).

Опасность такого прикосновения неоднозначна и зависит от ряда факторов:

схемы включения человека в электрическую цепь;

напряжения сети;

схемы самой сети;

режима нейтрали сети;

степени изоляции токоведущих частей от земли;

ёмкости токоведущих частей относительно земли.

Классификация сетей напряжением до 1000 В

Однофазные сети

Однофазные сети разделятся на двухпроводные и однопроводные.

Двухпроводные

Двухпроводные сети делятся на изолированные от земли и с заземлённым проводом.

Изолированные от земли

С заземлённым проводом

Данные сети широко используются в народном хозяйстве, начиная с питания малым напряжением переносного инструмента и заканчивая питанием мощных однофазных потребителей.

Однопроводные

В случае однопроводной сети, роль второго провода выполняет земля, рельс и т.д.

Однофазная сеть. Однопроводная

Основное применение данные сети получили в электрифицированном транспорте (электровозы, трамваи, метро и т.д.).

Трёхфазные сети

В зависимости от режима нейтрали источника тока и наличия нейтрального или нулевого проводника могут быть выполнены по четырём схемам.

Нейтральная точка источника тока - точка, напряжения на которой относительно всех фаз одинаковы по абсолютному значению.

Нулевая точка источника тока - заземлённая нейтральная точка.

Проводник,присоединённый к нейтральной точке, называется нейтральным проводником (нейтралью), а к нулевой точке - нулевым проводником.

1. Трехпроводная сеть с изолированной нейтралью

2. Трёхпроводная сесть с заземлённой нейтралью

3. Четырёх проводная сеть с изолированной нейтралью

4. Четырёх проводная сеть с заземлённой нейтралью

При напряжении до 1000В в нашей стране используются схемы «1» и «4».

Схемы включения человека в электрическую цепь

Двухфазное прикосновение - между двумя фазами электрической сети. Как правило, наиболее опасное т.к., имеет место быть линейное напряжение. Однако данные случаи довольно редки.

Однофазное прикосновение - между фазой и землёй. При этом предполагается наличие электрической связи между сетью и землёй.

Подробнее о схемах включения человека в цепь см. Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках.

Однофазные сети

Изолированная от земли

Нормальный режим

Чем лучше изоляция проводов относительно земли, тем меньше опасность однофазного прикосновения к проводу.
Прикосновение человека к проводу с большим электрическим сопротивлением изоляции более опасно.

Аварийный режим

При замыкании провода на землю, человек прикоснувшийся к исправному проводу, оказывается под напряжением, равным почти полному напряжению линии, независимо от сопротивления изоляции проводов.

С заземлённым проводом

Прикосновение к незаземлённому проводу

В данном случае, человек оказывается практически под полным напряжением сети.

Прикосновение к заземлённому проводу

В нормальных условиях прикосновение к заземлённому проводу практически не опасно.

Прикосновение к заземлённому проводу. Аварийный режим работы

При коротком замыкании напряжение на заземлённом проводе может достигать опасных значений.

Трёхфазные сети

С изолированной нейтралью

Нормальный режим

Опасность прикосновения определяется полным электрическим сопротивлением проводов относительно земли, с увеличением сопротивления, опасность прикосновения уменьшается.

Аварийный режим

Напряжение прикосновения практически равно линейному напряжению сети. Наиболее опасный случай.

С заземлённой нейтралью

Нормальный режим

Человек в данном случае оказывается практически под фазным напряжением сети.

Аварийный режим

Величина напряжения прикосновения лежит между линейным и фазным напряжением, зависит от соотношения между сопротивлением замыкания на землю и сопротивлением заземления .

Меры обеспечения электробезопасности

Исключение контакта человека с токоведущими частями.
Релаизуется посредством расположения токоведущих частей в недосягаемых местах (на высоте, в кабельных каналах, коробах, трубах и т.д.)

Использование малых напряжений (12, 24, 36 В).
Например, для питания ручного инструмента в помещениях с повышенной опасностью поражения электрическим током.

Использование двойной изоляции.
Например, выполнение корпуса электроустановки из диэлектрика.

Применение средств индивидуальной защиты.
Перед применением СИЗ необходимо обязательно убедиться в их исправности, целостности, а также проверить сроки предыдущей и последующей поверки инструмента.

Основные защитные средства обеспечивают непосредственную защиту от поражения электрическим током.
Дополнительные защитные средства не могут самостоятельно обеспечить безопасность, но могут помочь при использовании основных средств.

Контроль изоляции оборудования и сетей.
- Выходной контроль.
- Плановый.
- Внеочередной и т.д.

Защитное разделение сетей.
Позволяет уменьшить ёмкость линий вблизи потребителей электрической энергии.

Защитное заземление - преднамеренное электрическое соединение металлических нетоковедущих частей, могущих оказаться под напряжением, с землёй или её эквивалентом (популярно о заземлении на geektimes.ru).

В сетях до 1000 В защитное заземление применяется в сетях с изолированной нейтралью.
Принцип действия заключается в уменьшении до безопасного значения напряжения прикосновения.

Когда заземление невозможно, в целях защиты выравнивают потенциал основания на котором стоит человек и оборудования, путём повышения. Например, соединение ремонтной корзины с фазным проводником ЛЭП.

Заземлители делятся на:
a. Искусственные, предназначенные для целей заземления непосредственно.
b. Естественные, находящиеся в земле металлические предметы иного назначения, которые могут быть использованы в качестве заземлителей. Исключения по критерию взырвопожароопасности (газопроводы и т.д.).

Сопротивление заземления должно быть не более нескольких Ом. При этом со временем в результате коррозии сопротивление заземлителя возрастает. Поэтому его величина должна периодически контролироваться (зима/лето).

Защитное зануление - преднамеренное соединение металлических нетоковедущих частей, могущих оказаться под напряжением, с многократно заземлённым нулевым защитным проводником.

Область применения - электроустановки с заземлённой нейтралью с напряжением до 1000В.

Принцип действия - превращение замыкания на корпус оборудования в однофазное короткое замыкание, с последующим отключением оборудования по превышению максимально допустимой силы тока.

Токовая защита реализуется либо с помощью автоматических выключателей, либо плавких предохранителей. Особое внимание необходимо уделить выбору толщины нулевого защитного провода, достаточной для проведения тока короткого замыкания.

Применение УЗО (устройств защитного отключения).

Данный вид защиты срабатывает, когда токи входящий и выходящий в отслеживаемом контуре не совпадают по величине т.е., когда имеет место быть утечка тока. Например, при прикосновении человека к фазному проводу, часть тока уходит мимо основного контура в землю, что и вызывает отключение питания оборудования в контролируемом контуре. Подробнее, .

Анализ опасности поражения электрическим током в различных сетях

Поражение человека электротоком возможно лишь при его непосредственном контакте с точками электроустановки, между которыми существует напряжение, или с точкой, потенциал которой отличается от потенциала земли. Анализ опасности такого прикосновения, оцениваемой величиной проходящего через человека тока или напряжением прикосновения, зависит от ряда факторов: схемы включения человека в электросеть, ее напряжения, режима нейтрали, изоляции токоведущих частей, их емкостной составляющей и т. п.

При изучении причин поражения током необходимо различать прямой контакт с токоведущими частями электроустановок и косвенный. Первый, как правило, возникает при грубейших нарушениях правил эксплуатации электроустановок (ПТЭ и ПТБ), второй - в результате аварийных ситуаций, например при пробое изоляции.

Схемы включения человека в электрическую цепь могут быть различными. Однако наиболее распространенными являются две: между двумя различными проводами - двухфазное включение и между одним проводом или корпусом электроустановки, одна фаза которой пробита, и землей - однофазное включение.

Статистика показывает, что наибольшее число электротравм происходит при однофазном включении, причем большинство из них - в сетях напряжением 380/220 В. Двухфазное включение является более опасным, поскольку в данном случае человек находится под линейным напряжением, при этом сила тока, проходящего через человека, составит (в А)

где Uл - линейное напряжение, т.е. напряжение между фазными проводами, В; Uф - фазное напряжение, т.е. напряжение между началом и концом одной обмотки (или между фазным и нулевым проводом), В.

Как видно из рис. 8.1, опасность двухфазного включения не зависит от режима нейтрали. Нейтралью называется точка соединения обмоток трансформатора или генератора, не присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная к нему через аппараты с большим сопротивлением (сеть с изолированной нейтралью), либо непосредственно соединенная с заземляющим устройством - сеть с глухозаземленной нейтралью.

При двухфазном включении ток, проходящий через тело человека, не уменьшится при изолировании человека от земли с использованием диэлектрических галош, бот, ковриков, полов.

При однофазном же включении человека в сеть сила тока во многом определяется режимом нейтрали. Для рассматриваемого случая сила тока, проходящего через человека, составит (в А)

, (8.3)

где w - частота; С - емкость фаз относительно земли

Рис. 8.1. Включение человека в трехфазную сеть с изолированной нейтралью:
а - двухфазное включение; б - однофазное включение; Ra, Rt, Rc - электросопротивление изоляции фаз относительно земли. Ом; Са, Сb, Сс - емкость проводов относительно земли, Ф, Ia, Ib, IС токи, стекающие на землю через сопротивление изоляции фаз (токи утечки)

Для упрощения формулы принято, что Ra = Rb = Rc = Rиз, а Са = Cb = Cc = С.

В производственных условиях изоляция фаз, изготовленная из диэлектрических материалов и имеющая конечную величину, в процессе старения, увлажнения, покрытия пылью изменяется у каждой фазы неодинаково. Поэтому расчет безопасных условий, который в значительной степени осложняется, необходимо вести с учетом реальных значений сопротивления R и емкостей С для каждой фазы. Если емкость фаз относительно земли мала, т. е. Са = Cb = Сс = 0 (например, в воздушных сетях небольшой протяженности), то

Iч = Uф/(Rч+Rиз/3), (8.4)

Если же емкость велика (Са = Сь = Сс не равно 0) и Rиз велико (например, в кабельных линиях), то сила тока, протекающего через тело человека, будет определяться только емкостной составляющей:

, (8.5)

где Хс = 1/wС- емкостное сопротивление, Ом.

Из приведенных выражений видно, что в сетях с изолированной нейтралью опасность поражения человека током тем меньше, чем меньше емкостная и выше активная составляющая фазных проводов относительно земли. Поэтому в таких сетях весьма важно постоянно контролировать Rиз для выявления и устранения повреждений.

Рис. 8.2. Включение человека в трехфазную сеть с изолированной нейтралью при аварийном режиме. Пояснения в тексте

Если емкостная составляющая велика, то высокое сопротивление изоляции фаз не обеспечивает необходимой защиты.

В случае аварийной ситуации (рис. 8.2), при замыкании одной из фаз на землю, сила тока, проходящего через человека, будет равна (в А)

Если принять, что Rзм = 0 или Rзм << Rч (что бывает в реальных аварийных условиях), то, исходя из приведенного выражения, человек окажется под линейным напряжением, т. е. попадет под двухфазное включение. Однако чаще всего R3M не равно 0, поэтому человек будет находиться под напряжением, меньшим Uл, но большим Uф, при условии, что Rиз/3 >> Rзм.

Замыкание на землю существенным образом изменяет и напряжение токоведущих частей электроустановки относительно земли и заземленных конструкций здания. Замыкание на землю всегда сопровождается растеканием тока в грунте, что, в свою очередь, приводит к возникновению нового вида поражения человека, а именно попадание под напряжение прикосновения и напряжение шага. Такое замыкание может быть случайным или преднамеренным. В последнем случае проводник, находящийся в контакте с землей, называется заземлителем или электродом.

В объеме земли, где проходит ток, возникает так называемое """поле (зона) растекания тока". Теоретически оно простирается до бесконечности, однако в реальных условиях уже на расстоянии 20 м от заземлителя плотность тока растекания и потенциал практически равны нулю.

Характер потенциальной кривой растекания существенным образом зависит от формы заземлителя. Так, для одиночного полусферического заземлителя потенциал на поверхности земли будет изменяться по гиперболическому закону (рис. 8.3).

Рис. 8.3. Распределение потенциала на поверхности земли вокруг полушарового заземлителя (ф - изменение потенциала заземлителя на поверхности земли; фз -максимальный потенциал заземлителя при силе тока замыкания на землю I3; r - радиус заземлителя)

Рис. 8.4. Напряжение прикосновения при одиночном заземлителе (ф3 - суммарное сопротивление грунта растеканию тока от заземлителя):
1 - потенциальная кривая; 2 - кривая, характеризующая изменение Uпр по мере удаления от заземлителя; 3 - пробой фазы на корпус

В зависимости от места нахождения человека в зоне растекания и его контакта с электроустановкой б, корпус которой заземлен и находится под напряжением, человек может попасть под напряжение прикосновения Uпр (рис. 8.4), определяемое как разность потенциалов между точкой электроустановки, которой касается человек ф3, и точкой грунта, на которой он стоит - фосн (в В)

Uпр = ф3 - фосн = ф3 (1 - фосн/ф3), (8.7)

где выражение (1 - фосн/ф3) = а1 представляет собой коэффициент напряжения прикосновения, характеризующий форму потенциальной кривой.

Из рис. 8.4 видно, что напряжение прикосновения будет максимальным при удалении человека от заземлителя на 20 м и более (электроустановка в) и численно равно потенциалу заземлителя Uпр = ф3, при этом а1 = I. Если же человек стоит непосредственно над заземлителем (электроустановка а), то Unp = 0 и а1 =0. Это самый безопасный случай.

Выражение (8.7) позволяет вычислить Unp без учета дополнительных сопротивлений в цепи человек - земля, т. е. без учета сопротивления обуви, сопротивления опорной поверхности ног и сопротивления пола. Все это учитывается коэффициентом а2, поэтому в реальных условиях величина напряжения прикосновения будет еще меньше.

Поражение человека током в результате электрического воздействия, т. е. прохождения тока через человека, являются следствием его прикосновения к 2-м точкам электрической цепи, между которыми существует некоторое напряжение. Опасность такого прикосновения оценивается, как известно, током, проходящим через тело человека или напряжением, под которым он оказывается. Следует отметить, что напряжение прикосновения зависит от ряда факторов: схемы включения человека в электрическую цепь, напряжения сети, схемы самой сети, режима ее нейтрали, степени изоляции токоведущих частей от земли, а также емкости токоведущих частей относительно земли и т. п.

Следовательно, указанная выше опасность не является однозначной: в одном случае включение человека в электрическую цепь будет сопровождаться прохождением через него малых токов и будет не очень опасным, в других случаях токи смогут достигать значительных величин, способных привести к смертельному исходу. В настоящей статье рассматривается зависимость опасности включения человека в электрическую цепь, т. е. значения напряжения прикосновения и тока, протекающего через человека, от перечисленных факторов.

Эту зависимость необходимо знать при оценке той или иной сети по условиям техники безопасности, выборе и расчёте соответствующих мер защиты, в частности заземления, зануления, защитного отключения, устройств контроля изоляции сети и т. п.

При этом во всех случаях, кроме особо оговоренных, будем считать, что сопротивление основания, на котором стоит человек (грунт, пол и пр), а также сопротивление его обуви незначительны и поэтому их можно принять равными нулю.

Итак, наиболее характерными схемами включения человека в электрическую цепь при случайном прикосновении к токоведущим проводникам являются:

1. Включение между двумя фазными проводниками цепи,

2. Включение между фазой и землей.

Само собой, во втором варианте предполагается, что рассматриваяемая сеть электрически связана с землёй за счёт, например, заземления нейтрали источника тока или по причине плохой изоляции проводов относительно земли, либо же по причине наличие между ними большой ёмкости.

Двухфазное прикосновение считается наиболее опасным, поскольку в этом случае к телу человека приложено линейное напряжение 380 вольт, а проходящий через тело ток не зависит от схемы сети и режима её нейтрали.

Двухфазные прикосновения происходят очень редко и связаны в основном, с работой под напряжением:

На электрощитах, сборках и ВЛ;

При использовании неисправных средств индивидуальной защиты;

На оборудовании с неограждёнными токоведущими частями и т. п.

Однофазное прикосновение обычно считается менее опасным, поскольку проходящий в этом случае через человека ток ограничен влиянием ряда факторов. Но оно случается на практике намного чаще двухфазного. Поэтому темой данной статьи является анализ только случаев однофазного прикосновения в рассматриваемых сетях.

При поражении человека электрическим током необходимо принять меры к освобождению пострадавшего от тока и немедленно приступить к оказанию ему первой помощи.

Освобождать человека от действия тока необходимо как можно быстрее, но при этом надо соблюдать меры предосторожности. Если пострадавший находится на высоте, должны приниматься меры по предупреждению его падения.

Прикосновение к человеку, находящемуся под напряжением , опасно, и при ведении спасательных работ необходимо строго соблюдать определенные предосторожности от возможного поражения током лиц, проводящих эти работы.

Наиболее простым способом освобождения пострадавшего от тока является отключение электроустановки или той ее части, которой касается человек . При отключении установки может погаснуть электрический свет, поэтому при отсутствии дневного света необходимо иметь наготове другой источник света - фонарь, свечу и т. д.

После освобождения пострадавшего от тока необходимо установить степень поражения и в соответствии с состоянием пострадавшего оказать ему медицинскую помощь. Если пострадавший не потерял сознание, необходимо обеспечить ему отдых, а при наличии травм или повреждений (ушибы, переломы, вывихи, ожоги и т. д.) необходимо оказать ему первую помощь до прибытия врача или доставить в ближайшее лечебное учреждение.

Если пострадавший потерял сознание, но дыхание сохранилось, необходимо ровно и удобно уложить его на мягкую подстилку - одеяло, одежду и т. д., расстегнуть ворот, пояс, снять стесняющую одежду, очистить полость рта от крови, слизи, обеспечить приток свежего воздуха, дать понюхать нашатырный спирт, обрызгать водой, растереть и согреть тело.

При отсутствии признаков жизни (при клинической смерти отсутствует дыхание и пульс, зрачки глаз расширены из-за кислородного голодания коры головного мозга) или при прерывистом дыхании следует быстро освободить пострадавшего от стесняющей дыхание одежды, очистить рот и делать искусственное дыхание и массаж сердца.

Анализ опасности поражения практически сводится к определению значения тока, протекающего через тело человека в различных условиях, в которых он может оказаться при эксплуатации электроустановок, или напряжения прикосновения. Опасность поражения зависит от ряда факторов: схемы включения человека в электрическую цепь, напряжения сети, схемы самой сети, режима ее нейтрали, степени изоляции токоведущих частей от земли, емкости токоведущих частей относительно земли и т. п.

Каковы схемы включения человека в электрическую цепь?

Наиболее характерными являются две схемы включения: между двумя фазами электрической сети, между одной фазой и землей. Кроме того, возможно прикосновение к заземленным нетоковедущим частям, оказавшимся под напряжением, а также включение человека под шаговое напряжение.

Что называется нейтралью трансформатора (генератора) и каковы режимы ее работы?

Точка соединения обмоток питающего трансформатора (генератора) называется нейтральной точкой, или нейтралью. Нейтраль источника питания может быть изолированная и заземленная.

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

Изолированной называется нейтраль генератора или трансформатора, не присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная к нему через большое сопротивление (приборы сигнализации, измерения, защиты, заземляющие дугогасящие реакторы).

Что положено в основу выбора режима нейтрали?

Выбор схемы сети, а следовательно, и режима нейтрали источника тока производят исходя из технологических требований и условий безопасности.

При напряжении до 1000 В широкое распространение получили обе схемы трехфазных сетей: трехпроводная с изолированной нейтралью и четырехпроводная с заземленной нейтралью.

По технологическим требованиям предпочтение часто отдается четырехпроводной сети, она использует два рабочих напряжения - линейное и фазное. Так, от четырехпроводной сети 380 В можно питать как силовую нагрузку - трехфазную, включая ее между фазными проводами на линейное напряжение 380 В, так и осветительную, включая ее между фазным и нулевым проводами, т. е. на фазное напряжение 220 В. При этом становится значительно дешевле электроустановка за счет применения меньшего числа трансформаторов, меньшего сечения проводов и т. п.

По условиям безопасности выбирают одну из двух сетей исходя из положения: по условиям прикосновения к фазному проводу в период нормального режима работы сети более безопасной является сеть с изолированной нейтралью, а в аварийный период - сеть с заземленной нейтралью. Поэтому сети с изолированной нейтралью целесообразно применять, когда имеется возможность поддерживать высокий уровень изоляции сети и когда емкость сети относительно земли незначительна. Это могут быть мало разветвленные сети, не подверженные воздействию агрессивной среды и находящиеся под постоянным надзором квалифицированного персонала. Примером могут служить сети небольших предприятий, передвижные установки.

Сети с заземленной нейтралью применяют там, где невозможно обеспечить хорошую изоляцию электроустановок (из-за высокой влажности, агрессивной среды и пр.) или нельзя быстро отыскать и устранить повреждение изоляции, когда емкостные токи сети вследствие значительной ее разветвленности достигают больших значений, опасных для жизни человека. К таким сетям относятся сети крупных промышленных предприятий, городские распределительные и пр.

Существующее мнение о более высокой степени надежности сетей с изолированной нейтралью недостаточно обоснованно.

Статистические данные указывают, что по условиям надежности работы обе сети практически одинаковы.

При напряжении выше 1000 В вплоть до 35 кВ сети по технологическим причинам имеют изолированную нейтраль, а выше 35 кВ - заземленную.

Поскольку такие сети имеют большую емкость проводов относительно земли, для человека одинаково опасно прикосновение к проводу сети как с изолированной, так и с заземленной нейтралью. Поэтому режим нейтрали сети выше 1000 В по условиям безопасности не выбирается.

Какова опасность двухфазного прикосновения?

Под двухфазным прикосновением понимается одновременное прикосновение к двум фазам электроустановки, находящейся под напряжением (рис. 1).

Рис. 1. Схема двухфазного прикосновения человека к сети переменного тока

Двухфазное прикосновение более опасно. При двухфазном прикосновении ток, проходящий через тело человека по одному из самых опасных для организма путей (рука-рука), будет зависеть от прикладываемого к телу человека напряжения, равного линейному напряжению сети, а также от сопротивления тела человека:

• U л - линейное напряжение, т. е. напряжение между фазными проводами сети;
• R чел - сопротивление тела человека.

В сети с линейным напряжением U л = 380 В при сопротивлении тела человека R чел = 1000 Ом ток, проходящий через тело человека, будет равен:

Этот ток для человека смертельно опасен. При двухфазном прикосновении ток, проходящий через тело человека, практически не зависит от режима нейтрали сети. Следовательно, двухфазное прикосновение одинаково опасно как в сети с изолированной, так и с заземленной нейтралью (при условии равенства линейных напряжений этих сетей).

Случаи прикосновения человека к двум фазам происходят сравнительно редко.

Чем характеризуется однофазное прикосновение?

Однофазным прикосновением называется прикосновение к одной фазе электроустановки, находящейся под напряжением.

Оно происходит во много раз чаще, чем двухфазное прикосновение, но менее опасно, поскольку напряжение, под которым оказывается человек, не превышает фазного. Соответственно меньше оказывается и ток, проходящий через тело человека. Кроме того, на этот ток большое влияние оказывают режим нейтрали источника тока, сопротивление изоляции проводов сети относительно земли, сопротивление пола (или основания), на котором стоит человек, сопротивление его обуви и некоторые другие факторы.

Какова опасность однофазного прикосновения в сети с заземленной нейтралью?

Рис. 2. Схема прикосновения человека к одной фазе трехфазной сети с заземленной нейтралью

В сети с заземленной нейтралью (рис. 2) цепь тока, проходящего через тело человека, включает в себя сопротивления тела человека, его обуви, пола (или основания), на котором стоит человек, а также сопротивление заземления нейтрали источника тока. С учетом указанных сопротивлений ток, проходящий через тело человека, определяется из следующего выражения:

• U ф - фазное напряжение сети, В;
• R чел - сопротивление тела человека, Ом;
• R об - сопротивление обуви человека, Ом;
• R п - сопротивление пола (основания), на котором человек стоит, Ом;
• R o - сопротивление заземления нейтрали источника тока, Ом.

При наиболее неблагоприятных условиях (человек, прикоснувшийся к фазе, имеет на ногах токопроводящую обувь - сырую или подбитую металлическими гвоздями, стоит на сырой земле или на проводящем основании - металлическом полу, на заземленной металлоконструкции), т. е. когда R об = 0 и R п = 0, уравнение принимает вид:

Поскольку сопротивление нейтрали R o обычно во много раз меньше сопротивления тела человека, то им можно пренебречь. Тогда

Однако при этих условиях и однофазное прикосновение, несмотря на меньший ток, весьма опасно. Так, в сети с фазным напряжением U ф = 220 В при R чел = 1000 Ом ток, проходя через тело человека, будет иметь значение:

Такой ток смертельно опасен для человека.

Если человек имеет на ногах непроводящую обувь (например, резиновые галоши) и стоит на изолирующем основании (например, на деревянном полу), то

• 45 000 - сопротивление обуви человека, Ом;
• 100 000 - сопротивление пола, Ом.

Ток такой силы не опасен для человека.

Из приведенных данных видно, что для безопасности работающих в электроустановках большое значение имеют изолирующие полы и непроводящая ток обувь.

Каковы особенности однофазного прикосновения в сети с изолированной нейтралью?

В сети с изолированной нейтралью (рис. 3) ток, проходящий через тело человека в землю, возвращается к источнику тока через изоляцию проводов сети, которая в исправном состоянии обладает большим сопротивлением.

С учетом сопротивлений обуви R об и пола или основания R п, на котором стоит человек, включенных последовательно сопротивлению тела человека R чел, ток, проходящий через тело человека, определяется уравнением:

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

Рис. 3. Схема прикосновения человека к одной фазе трехфазной сети с изолированной нейтралью

При наиболее неблагоприятном случае, когда человек имеет проводящую ток обувь и стоит на токопроводящем полу, т. е. при R об = 0 и R п = 0, уравнение значительно упростится:

Для этого случая в сети с фазным напряжением U ф = 220 В и сопротивлением изоляции фазы R из = 90 000 Ом при R чел = 1000 Ом ток, проходящий через человека, будет равен:

Этот ток значительно меньше тока (220 мА), вычисленного нами для случая однофазного прикосновения при аналогичных условиях, но в сети с заземленной нейтралью. Он определяется в основном сопротивлением изоляции проводов относительно земли.

Какая сеть является более безопасной - с изолированной или заземленной нейтралью?

При прочих равных условиях прикосновение человека к одной фазе сети с изолированной нейтралью менее опасно, чем в сети с заземленной нейтралью. Однако этот вывод справедлив лишь для нормальных (безаварийных) условий работы сетей, при наличии незначительной емкости относительно земли.

В случае же аварии, когда одна из фаз замкнута на землю, сеть с изолированной нейтралью может оказаться более опасной. Объясняется это тем, что при такой аварии в сети с изолированной нейтралью напряжение неповрежденной фазы относительно земли может возрасти с фазного до линейного, в то время как в сети с заземленной нейтралью повышение напряжения окажется незначительным.

Однако современные электрические сети ввиду их разветвленности и значительной протяженности создают большую емкостную проводимость между фазой и землей. В этом случае опасность прикосновения человека к одной и двум фазам практически одинакова. Каждое из этих прикосновений весьма опасно, так как ток, проходящий через тело человека, достигает очень больших значений.

Что такое напряжение шага?

Под напряжением шага понимается напряжение между двумя точками цепи тока, находящихся одна от другой на расстоянии шага, на которых одновременно стоит человек. Величина шага обычно принимается равной 0,8 м.

Для некоторых животных (лошади, коровы) величина напряжения шага больше, чем для людей, и путь тока захватывает грудную клетку. По этим причинам они более подвержены поражениям шаговым напряжением.

Шаговое напряжение возникает вокруг места перехода тока от поврежденной электроустановки в землю. Наибольшая величина будет около места перехода, а наименьшая - на расстоянии более 20 м, т. е. за пределами, ограничивающими поле растекания тока в грунте.

На расстоянии 1 м от заземлителя падение напряжения составляет 68% полного напряжения, на расстоянии 10 м - 92%, на расстоянии 20 м потенциалы точек настолько малы, что практически могут быть равны нулю.

Такие точки поверхности почвы считаются находящимися вне зоны растекания тока и называются «землей».

Опасность напряжения шага увеличивается, если человек, подвергшийся его воздействию, падает. И тогда напряженйе шага возрастает, так как путь тока проходит уже не через ноги, а через все тело.

Случаи поражения людей из-за воздействия напряжения шага относительно редки. Они могут произойти, например, вблизи упавшего на землю провода (в такие моменты до отключения линии нельзя допускать людей и животных на близкое расстояние к месту падения провода). Наиболее опасны напряжения шага при ударе молнии.

Оказавшись в зоне шагового напряжения, выходить из нее следует небольшими шагами в сторону, противоположную месту предполагаемого замыкания на землю, и в частности лежащего на земле провода.

Так как от сопротивления электрической цепи R существен­но зависит величина электрического тока, проходящего через человека, то тяжесть поражения во многом определяется схемой включения человека в цепь. Схемы образующихся при контакте человека с проводником цепей зависят от вида применяемой системы электроснабжения.

Наиболее распространены электрические сети, в которых ну­левой провод заземлен, т. е. накоротко соединен проводником с землей. Прикосновение к нулевому проводу практически не представляет опасности для человека, опасен только фазный провод. Однако разобраться, какой из двух проводов нулевой, сложно - по виду они одинаковы. Разобраться можно используя специальный прибор - определитель фазы.

На конкретных примерах рассмотрим возможные схемы включения человека в электрическую цепь при прикосновении к проводникам.

Двухфазное включение в цепь. Наиболее редким, но и наиболее опасным, является прикосновение человека к двум фазным про­водам или проводникам тока, соединенным с ними (рис. 2.29).

В этом случае человек окажется под действием линейного напряжения. Через человека потечет ток по пути «рука-рука», т. е. сопротивление цепи будет включать только сопротивление тела (Д,).

Если принять сопротивление тела в 1 кОм, а электрическую сеть напряжением 380/220 В, то сила тока, проходящего через че­ловека, будет равна

Это смертельно опасный ток. Тяжесть электротравмы или даже жизнь человека будет зависить прежде всего от того, как быстро он освободится от контакта с проводником тока (разо­рвет электрическую цепь), ибо время воздействия в этом случае является определяющим.

Значительно чаще встречаются случаи, когда человек одной рукой соприкасается с фазным проводом или частью прибора, аппарата, который случайно или преднамеренно электрически соединен с ним. Опасность поражения электрическим током в этом случае зависит от вида электрической сети (с заземленной или изолированной нейтралью).

Однофазное включение в цепь в сети с заземленной нейтралью (рис. 2.30). В этом случае ток проходит через человека по пути «рука-ноги» или «рука-рука», а человек будет находиться под фазным напряжением.

В первом случае сопротивление цепи будет определяться со­противлением тела человека (I_, обуви (R o 6), основания (R ж), на котором стоит человек, сопротивлением заземления нейтрали (R H), и через человека потечет ток

Сопротивление нейтрали R H невелико, и им можно пренебречь по сравнению с другими сопротивлениями цепи. Для оцен­ки величины протекающего через человека тока примем напря­жение сети 380/220 В. Если на человеке надета изолирующая су­хая обувь (кожаная, резиновая), он стоит на сухом деревянном полу, сопротивление цепи будет большим, а сила тока по закону Ома небольшой.

Например, сопротивление пола 30 кОм, кожаной обуви 100 кОм, сопротивление человека 1 кОм. Ток, проходящий через человека

Этот ток близок к пороговому ощутимому току. Человек по­чувствует протекание тока, прекратит работу, устранит неис­правность.

Если человек стоит на влажной земле в сырой обуви или боси­ком, через тело будет проходить ток

Этот ток может вызвать нарушение в работе легких и сердца, а при длительном воздействии и смерть.

Если человек стоит на влажной почве в сухих и целых резино­вых сапогах, через тело проходит ток

Воздействие такого тока человек может даже не почувство­вать. Однако даже небольшая трещина или прокол на подошве сапога может резко уменьшить сопротивление резиновой по­дошвы и сделать работу опасной.

Перед тем как приступить к работе с электрическими устройствами (особенно длительное время не находящимися в эксплуатации), их необходи­мо тщательно осмотреть на предмет отсутствия повреждений изоляции. Электрические устройства необходимо протереть от пыли и, если они влажные - просушить. Мокрые электрические устройства эксплуатиро­вать нельзя! Электрический инструмент, приборы, аппаратуру лучше хра­нить в полиэтиленовых пакетах, чтобы исключить попадание в них пыли или влаги. Работать надо в обуви. Если надежность электрического уст­ройства вызывает сомнения, надо подстраховаться - подложить под ноги сухой деревянный настил или резиновый коврик. Можно использовать рези­новые перчатки.

Второй путь протекания тока возникает тогда, когда второй рукой человек соприкасается с электропроводящими предмета­ми, соединенными с землей (корпусом заземленного станка, ме­таллической или железобетонной конструкцией здания, влажной деревянной стеной, водопроводной трубой, отопительной бата­реей и т. п.). В этом случае ток протекает по пути наименьшего электрического сопротивления. Указанные предметы практически накоротко соединены с землей, их электрическое сопротив­ление очень мало. Поэтому сопротивление цепи равно сопро­тивлению тела и через человека потечет ток

Эта величина тока смертельно опасна.

При работе с электрическими устройствами не прикасайтесь второй рукой к предметам, которые могут быть электрически соединены с землей. Работа в сырых помещениях, при наличии вблизи от человека хорошо прово­дящих предметов, соединенных с землей, представляет исключительно вы­сокую опасность и требует соблюдения повышенных мер электрической безопасности.

В аварийном режиме (рис. 2.30, б), когда одна из фаз сети (другая фаза сети, отличная от фазы, к которой прикоснулся че­ловек) оказалась замкнутой на землю, происходит перераспреде­ление напряжения, и напряжение исправных фаз отличается от фазного напряжения сети. Прикасаясь к исправной фазе, чело­век попадает под напряжение, которое больше фазного, но меньше линейного. Поэтому при любом пути протекания тока этот случай более опасен.

Однофазное включение в цепь в сети с изолированной нейтра­лью (рис. 2.31). На производстве для электроснабжения силовых электроустановок находят применение трехпроводные электри­ческие сети с изолированной нейтралью. В таких сетях отсутст­вует четвертый заземленный нулевой провод, а имеются только три фазных провода. На этой схеме прямоугольниками условно показаны электрические сопротивления r А, r в , r с изоляции про­вода каждой фазы и емкости С А, С в, С с каждой фазы относи__________________________

находящимися под значительно большими напряжениями, а значит, и более опасными. Однако основные выводы и рекомен­дации для обеспечения безопасности практически такие же.

Даже если не учитывать сопротивление цепи человека (человек стоит на влажной земле в сырой обуви), проходящий через человека ток будет безопасен:

Таким образом, хорошая изоляция фаз является залогом обеспечения безопасности. Однако при разветвленных электри­ческих сетях добиться этого нелегко. У протяженных и разветв­ленных сетей с большим числом потребителей сопротивление изоляции мало, и опасность возрастает.

Для протяженных электрических сетей, особенно кабельных линий, емкостью фаз нельзя пренебрегать (CV0). Даже при очень хорошей изоляции фаз (г=оо) ток потечет через человека через емкостное сопротивление фаз, и его величина будет опре­деляться по формуле:

Таким образом, протяженные электрические цепи промыш­ленных предприятий, обладающие высокой емкостью, обладают высокой опасностью, даже при хорошей изоляции фаз.

При нарушении же изоляции какой-либо фазы прикоснове­ние к сети с изолированной нейтралью становится более опас­ным, чем к сети с заземленным нулевым проводом. В аварийном режиме работы (рис. 2.31, б) ток, проходящий через человека, прикоснувшегося к исправной фазе, будет стекать по цепи за­мыкания на земле на аварийную фазу, и его величина будет оп­ределяться формулой:

Так как сопротивление замыкания Д, аварийной фазы на земле обычно мало, то человек будет находиться под линейным напряжением, а сопротивление образовавшейся цепи будет рав­но сопротивлению цепи человека ____, что очень опасно.

По этим соображениям, а также из-за удобства использова­ния (возможность получения напряжения 220 и 380 В) четырех-проводные сети с заземленным нулевым проводом на напряже­ние 380/220 В получили наибольшее распространение.

Мы рассмотрели далеко не все возможные схемы электриче­ских сетей и варианты прикосновения. На производстве вы мо­жете иметь дело с более сложными схемами электроснабжения, тельно земли.

Для упрощения анализа примем г А - г в = г с = г, а С А = L B = С с = С

Если человек прикоснется к одному из проводов или к како­му-нибудь предмету, электрически соединенному с ним, ток по­течет через человека, обувь, основание и через изоляцию и ем­кость проводов будет стекать на два других провода. Таким обра­зом, образуется замкнутая электрическая цепь, в которую, в отличие от ранее рассмотренных случаев, включено сопротивле­ние изоляции фаз. Так как электрическое сопротивление ис­правной изоляции составляет десятки и сотни килоом, то общее электрическое сопротивление цепи значительно больше сопро­тивления цепи, образующейся в сети с заземленным нулевым проводом. Т. е. ток через человека в такой сети будет меньше, и прикосновение к одной из фаз сети с изолированной нейтралью безопаснее.

Ток через человека в этом случае определяется по следую­щей формуле:

где- электрическое сопротивление цепи человека,

со = 2я - круговая частота тока, рад/с (для тока про­мышленной частоты= 50 Гц, поэтому со = ЮОл).

Если емкость фаз невелика (это имеет место для непротя­женных воздушных сетей), можно принять С« 0. Тогда выраже­ние для величины тока через человека примет вид:

Например, если сопротивление пола 30 кОм, кожаной обуви 100 кОм, сопротивление человека 1 кОм, а сопротивление изоляции фаз 300 к Ом, ток, который проходит через человека (для сети 380/220 В), будет равен

Такой ток человек может даже не почувствовать.

Контрольные вопросы

1. Какие типы электрических сетей наиболее распространены на произ­водстве?

2. Назовите источники электрической опасности на производстве.

3. Что такое напряжение прикосновения и шаговое напряжение? Как за­висят их величины от расстояния от точки стекания тока в землю?

4. Как классифицируются помещения по степени электрической опасности?

5. Как воздействует электрический ток на человека? Перечислите и оха­рактеризуйте виды электротравм.

6. Какие параметры электрического тока определяют тяжесть пораже­ния электрическим током? Укажите пороговые величины силы тока.

7. Какой путь протекания электрического тока через тело человека наи­более опасен?

8. Укажите источники наибольшей электрической опасности на произ­водстве, связанном с вашей будущей профессией.

9. Сделайте анализ опасности электрических сетей с заземленной ней­тралью.

10.Дайте анализ опасности электрических сетей с изолированной ней­тралью.

11.Какое прикосновение к проводникам, находящимся под напряжени­ем, наиболее опасно для человека?

12.Почему прикосновение рукой к предметам электрически соединен­ным с землей (например, водопроводной трубой) при работе с элек­трическими устройствами резко увеличивает опасность поражения электрическим током?

13.Почему при ремонте электрической аппаратуры нужно вынимать электрическую вилку из розетки?

14.Почему при работе с электрическими устройствами необходимо на­девать обувь?

15.Как можно уменьшить опасность поражения электрическим током?