Меню

Ток через человека в схеме с изолированной нейтралью

Анализ опасности поражения током в различных электрических сетях

Чем определяется опасность поражения током в различных электрических сетях?

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).

Схема двухфазного прикосновения человека к сети переменного тока

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:

ток, проходящий через тело человека

  • Uл — линейное напряжение, т. е. напряжение между фазными проводами сети;
  • Rчел — сопротивление тела человека.

В сети с линейным напряжением Uл = 380 В при сопротивлении тела человека Rчел = 1000 Ом ток, проходящий через тело человека, будет равен:

сети с линейным напряжением

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?

Схема прикосновения человека к одной фазе трехфазной 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:

сети с заземленной нейтралью

  • Uф — фазное напряжение сети, В;
  • Rчел — сопротивление тела человека, Ом;
  • Rоб — сопротивление обуви человека, Ом;
  • Rп — сопротивление пола (основания), на котором человек стоит, Ом;
  • Ro — 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 Rоб = 0 и Rп = 0, уравнение принимает вид:

человек, прикоснувшийся к фазе

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

сопротивление нейтрали

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

ток смертельно опасен для человека

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

человек имеет на ногах непроводящую обувь

  • 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 Rоб и пола или основания Rп, на котором стоит человек, включенных последовательно сопротивлению тела человека Rчел, ток, проходящий через тело человека, определяется уравнением:

С учетом сопротивлений обуви

где Rиз — сопротивление изоляции одной фазы сети относительно земли, Ом.

Схема прикосновения человека к одной фазе трехфазной сети с изолированной нейтралью

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 Rоб = 0 и Rп = 0, уравнение значительно упростится:

При наиболее неблагоприятном случае

Для этого случая в сети с фазным напряжением Uф = 220 В и сопротивлением изоляции фазы Rиз = 90 000 Ом при Rчел = 1000 Ом ток, проходящий через человека, будет равен:

этого случая в сети с фазным напряжением

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.

Читайте также:  Как сделать чтобы рука билась током

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.

Источник

Анализ опасности поражения человека электрическим током

Условия поражения человека электрическим током возникают при включении его в электрическую цепь электроустановки или при попадании в зону действия электрической дуги.

Опасность поражения человека электрическим током характе­ризуют следующие факторы:

  • схема включения человека в цепь электрического тока;
  • напряжение сети, питающей электроустановку;
  • сопротивление проводов сети относительно земли;
  • режим работы сети (нормальный или аварийный);
  • тип сети и режим нейтрали;
  • значение емкости проводов относительно земли.

Следует иметь в виду, что опасность поражения человека элек­трическим током не является однозначной. Анализ опасности по­ражения электрическим током в электроустановках сводится к определению значения токов в цепи тела человека / Л, которое зависит от напряжения прикосновения или шага.

Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) определено понятие «электроустановка». Электроустановкой принято называть совокупность машин, аппаратов, линий и вспомогательного обо­рудования (вместе с сооружениями и помещениями), предназна­ченных для производства, преобразования, трансформации, рас­пределения электрической энергии и преобразования ее в другие виды энергии.

Все электроустановки по условиям электробезопасности под­разделяются:

  • на электроустановки напряжением до 1 кВ с заземленной ней­тралью;
  • электроустановки напряжением 1кВ с изолированной нейтра­лью;
  • электроустановки напряжением выше 1 кВ в сетях с эффек­тивно заземленной нейтралью (с большими токами замыкания на землю);
  • электроустановки напряжением выше 1 кВ в сетях с изолиро­ванной нейтралью (с малыми токами замыкания на землю).

В современной нормативно-технической документации все элек­троустановки напряжением до 1кВ рассматриваются как системы различных типов. Под системой следует понимать совокупность источника электроэнергии, питающей линии и потребителя элек­троэнергии.

Термином «питающие электрические сети» обозначается со­ставная часть системы, включающая в себя источник электроэнер­гии и питающие линии.

Питающие сети различаются по типам систем токоведущих проводников и систем заземления.

Существуют следующие типы систем токоведущих проводни­ков переменного тока:

  • однофазные двухпроводные;
  • однофазные трехпроводные;
  • двухфазные трехпроводные;
  • двухфазные пятипроводные;
  • трехфазные трехпроводные;
  • трехфазные четырехпроводные;
  • трехфазные пятипроводные.

Система TN — система, в которой нейтраль источника элект­роэнергии глухо заземлена, а открытые проводящие части элект­роустановки присоединены к глухозаземленной нейтрали (занулены) при помощи нулевых защитных проводников.

Нейтраль — общая точка обмоток генераторов или трансфор­маторов, питающих сеть; напряжения на выходных зажимах ис­точника электроэнергии, измеренные относительно нейтрали, равны.

Глухозаземленная нейтраль источника электроэнергии — нейт­раль генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока напряжением до 1 кВ, присоединенная к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление.

Изолированная нейтраль — нейтраль генератора или трансфор­матора в сетях трехфазного тока напряжением до 1 кВ, не присо­единенная к заземляющему устройству или присоединенная к нему через приборы сигнализации, измерения, защиты и подобные им устройства, имеющие большое сопротивление.

Проводящие части — части, которые могут проводить электри­ческий ток.

Токоведущие части — проводники или проводящие части, пред­назначенные для работы под напряжением в нормальном режи­ме, включая нулевой рабочий проводник.

Открытые проводящие части — доступные прикосновению про­водящие части электроустановки, не находящиеся под напряже­нием, но которые могут оказаться под напряжением при повреж­дении основной изоляции.

Нулевой проводник — это проводник, соединенный с глухозаземленной нейтралью, предназначенный либо для питания по­требителей электроэнергии, либо для присоединения к откры­тым проводящим частям.

Нулевой рабочий проводник (N-проводник) — нулевой проводник в электроустановках напряжением до 1 кВ, предназначенный для питания электроприемников.

Нулевой защитный проводник (РЕ-проводник) — нулевой про­водник в электроустановках напряжением до 1 кВ, предназначен­ный для присоединения к открытым проводящим частям в целях обеспечения электробезопасности.

Системы заземления электрических сетей могут быть следующих типов: TN—C, T N – S , T N – C – S , IT, ТТ.

Система TN—C — система TN, в которой нулевой защитный и нулевой рабочий проводники совмещены в одном проводнике на
всем ее протяжении (рис. 7.1); при этом совмещенный нулевой и рабочий провод обозначается PEN.

Система TN—S — система TN, в которой нулевой защитный и нулевой рабочий проводники разделены на всем ее протяжении (рис. 7.2).

Система TN—C—S — система TN, в которой функции нулево­го защитного и нулевого рабочего проводников совмещены в од­ном проводнике в какой-то ее части, начиная от источника элек­троэнергии (рис. 7.3).

Система IT — система, в которой нейтраль источника электроэнергии изолирована от земли или заземлена через приборы или устройства, имеющее большое сопротивление, а открытые проводящие части электроустановки заземлены (рис. 7.4). В этом случае защитный заземляющий проводник обозначается так же, как и нулевой защитный проводник, т.е. РЕ-проводник.

Система ТТ — система, в которой нейтраль источника элект­роэнергии глухо заземлена, а открытые проводящие части элект­роустановки заземлены при помощи заземляющего устройства, электрически независимого от глухозаземленной нейтрали источ­ника.

Поскольку далее приведен анализ электробезопасности различ­ных типов электрических сетей, предназначенных для питания потребителей электроэнергии, то для удобства изложения мате­риала в дальнейшем будем пользоваться терминами типа «сеть TN—С», «сеть 1Т» и другими, которые означают совокупность ис­точника электроэнергии с определенным режимом заземления нейтрали и питающей линии с определенной системой токоведу­щих проводников. Например, сеть TN—С означает совокупность источника электроэнергии с глухозаземленной нейтралью и трех­ фазной четырехпроводной питающей линии.

Существуют различные «схемы включения» человека в элект­рическую цепь тока (наиболее характерные «схемы включения» показаны на рис. 7.5. на примере трехфазной сети с изолирован­ной нейтралью):

  • прямое двухфазное (двухполюсное) прикосновение — одно­временное прикосновение к проводникам двух фаз (двум полю­сам) действующей электроустановки (поз. 1 на рис. 7.5);
  • прямое однофазное (однополюсное) прикосновение — при­косновение к проводнику одной фазы (одному полюсу) действу­ющей электроустановки (поз. 2 на рис. 7.5);
  • косвенное прикосновение — прикосновение к открытым про­водящим частям электроустановок, оказавшимся под напряже­нием в результате повреждения изоляции (прикосновение к кор­пусу электроустановки с поврежденной изоляцией) (поз. 3 нарис. 7.5);
  • включение под напряжение шага — включение между двумя точками земли (грунта), находящимся под разными потенциа­лами.

Напряжение прикосновения Uh, В, — это разность потенциалов между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек, или падение напряжения на сопротивлении тела челове­ ка Rh:

где lh— ток, протекающий через тело человека путями: рука-ноги или рука—рука, мА; Rh — активное сопротивление тела че­ловека, Ом (для расчетов обычно принимают Rh = 1 кОм).

Если человек стоит на земле и касается заземленного корпуса электроустановки, на который замкнулся фазный провод (в даль­нейшем будем употреблять стандартизированный термин «призамыкании на корпус»), как это показано на рис. 7.6, то напряже­ние прикосновения может быть записано в виде

где ф3 — потенциал заземленного корпуса, т.е. потенциал рук че­ловека, В; фо,. — потенциал основания в том месте, где стоит человек, т.е. потенциал ног, В.

Потенциал заземленного корпуса определяют по формуле

где l3, — ток замыкания на землю; R3, — сопротивление заземления.
Проведя простые преобразования, выражение (7.1) можно за­писать в виде

где а — коэффициент напряжения прикосновения.

Напряжением шага называется разность потенциалов между двумя точками электрической цепи, которых одновременно каса­ется ногами человек, или падение напряжения на сопротивлении тела человека:

где Uш— напряжение шага, В; lh— ток, протекающий через тело человека по пути нога—нога, мА.

Если человек стоит на земле вблизи заземленного корпуса элек­троустановки, на который замкнулся фазный провод, как это показано на рис. 7.7, то уравнение для определения напряжения шага можно записать в виде

где фх — потенциал точки на поверхности земли на расстоянии от заземлителя, В; фх+а — потенциал точки на поверхности земли на расстоянии (х + а) от заземлителя, В (а — длина шага, обычно принимается равной 1 м).

По аналогии с напряжением прикосновения выражение для напряжения шага можно записать в виде

Источник

Расчет тока через человека при однофазном включении в сеть

При прикосновении к одной фазе в трехпроводной сети с изолированной нейтралью сила тока (рис. 8.2), протекающего через человека, будет опреде­ляться величиной действующего на него напряжения, сопротивления изоляции проводов (rиз) которая в соответствии с ПУЭ не должна быть менее 0,5 МОм, а также электрическим сопротивлением цепи человека (Rч), состоящих из после­довательно соединенных сопротивлений тела человека (rт.ч.), обуви (rоб)и опор­ной поверхности ног (rn) или пола [8]

где Uф – фазное напряжение, В (в сетях 380/220В Uф = 220В);

rт.ч –сопротивление изоляции проводов, Ом.

Рис. 8.2. Однофазное включение в сеть с изолированной нейтралью

Для определения последствий включения в цепь тока расчетное значение тока человека необходимо сравнить с пороговыми значениями (табл. 8.1).

Таблица 8.1 – Ориентировочные пороговые значения электрического тока

Термин Определение Величина тока,
Порог ощущения Электрический ток, вызывающий при прохождении через организм ощутимые раздражения 0,5 – 1,5
Неотпускающий ток Электрический ток, вызывающий при прохождении через человека непреодолимые судорожные сокращения мышц руки, которой зажат проводник 10-15
Фибрилляционный ток Электрический ток, вызывающий при прохождении через организм человека фибрилляцию сердца (судорожные сокращения сердца) 50-80
Смертельный ток Электрический ток, вызывающий при прохождении через организм человека смерть 100 и более

Пример 8.1.Определить силу тока, проходящего через человека, при неблагоприятной и благоприятной ситуациях в случаях однофазного включения в трехпроводную трехфазную сеть напряжением Uл = 380 В с изолированной нейтралью (рис. 8.2).

а) Неблагоприятные условия: человек прикоснулся к одной фазе, стоит на токопроводящем железобетонном полу, обувь сырая. Сопротивления: тела человека rт.ч= 1000 Ом , обуви rоб = 0 Ом, опорной поверхности ног (сопротивление пола) rn = 0 Ом, изоляции rиз= 70000 Oм.

б) Благоприятные условия: человек стоит на нетокопроводящем полу, покрытом линолеумом (r n = 1500000 Ом),

Решение. Определим ток через человека (мА) по формуле (8.1) для неблагоприятных условий

Определим ток через человека (мА) для благоприятных условий

Выводы.Сравниваем полученные значения тока через человека с пороговыми значениями тока (табл. 8.1): в первом случае (при неблагоприятных условиях) ток близок к порогу неотпускающего тока и представляет опасность; во втором случае (при благоприятных условиях) ток, проходящий через человека, не представляет опасности.

Читайте также:  Тпк ток без цензуры

При однофазном включении человека в четырехпроводную сеть с глухозаземлеиной нейтралью (рис. 8.3) проходящий через него ток определяется вели­чиной фазного напряжения установки (Uф), электрическим сопротивлением цепи человека (Rч) и сопротивлением заземления нейтрали (Ro) источника тока [40]

где Rч – сопротивление цепи человека, Ом;

Ro –сопротивлением заземления нейтрали, Ом.

Так как Rч >>R, то в формуле (8.2) R можно не учитывать.

Рис. 8.3. Однофазное включение в сеть с глухозаземленной нейтралью

Пример 8.2.Определить силу тока, проходящего через человека, при однофазном включении в трехфазную четырехпроводную электрическую сеть напряжением Uл = 380 В с заземленной нейтралью.

а) Неблагоприятные условия: человек стоит на токопроводящем железобетонном полу в сырой обуви. Сопротивление тела человека rm =1000 Ом; пола rn = 0, обуви r= 0; заземле­ние нейтрали R=4 Ом (допускаем Ro = ввиду незначительной величины по сравнению с со­противлением тела человека).

б) Благоприятные условия: человек находится на сухом паркетном полу

rn = 30000 Ом, обувь нетокопроводящая сухая (резиновая подошва) rоб = 500000 Ом.

Решение. Определяем по формуле (8.2) ток через человека (мА) для неблагоприятных условий

Определяем ток через человека (мА) для благоприятных условий

Вывод. Сравнивая полученный результат с пороговыми значениями тока (таблица 8.1) заключаем, что в первом случае ток является опасным для жизни (порог смертельного тока 100 мА); а во втором случае ток является безопасной для человека.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Таким образом, ток, проходящий через человека, определяется только величиной сопротивления человека и напряжением сети.

Как показывает анализ случаев электротравматизма, двухфазное включение человека встречается достаточно редко.

Однофазное (однополюсное) включение в сети с изолированной нейтралью.

На рис. 4.2. показана схема включения человека в однофазную сеть с изо-

Рис. 4.2. Схема включения человека в однофазную сеть с изолированной

нейтралью (а) и эквивалентная схема замещения (б)

Из эквивалентной схемы замещения следует, что при равных сопротивлениях изоляции r1 = r2 = R ток, проходящий через тело человека, будет равен:

Из зависимости (2.20) следует, что ток, проходящий через человека, определяется не только сопротивлением человека Rч, но и сопротивлением изоляции R. Так как сопротивление изоляции в качественно выполненных электрических сетях приближается к значениям R = 0,5-1,0 МОм, однофазное прикосновение можно считать безопасным. Например, при Uраб = 220 В, Rч = 1000 Ом, и R = 0,5-10 6 Ом:

что является меньше ощутимого значения тока 0,6 мА.

Угроза поражения электрическим током при таком включении возникает при снижении сопротивления изоляции ниже 20 кОм.

Большее распространение в эксплуатации получили однофазные схемы, в которых один из полюсов источника питания соединен с землей через малое сопротивление (рис. 4.2.).

Учитывая, что r2

Рис. 4.3. Схема включения человека в однофазную сеть

с заземленным полюсом (а) и эквивалентная схема замещения (б)

Трехфазные сети переменного тока могут быть выполнены по схеме с изолированной нейтралью (рис. 4.4).

Рис. 4.4. Схема однофазного включения человека в трехфазную сеть

с изолированной нейтралью

На схеме R1, R2, R3 — сопротивление изоляции; С1, С2, С3 — емкости фаз сети относительно земли.

Это включение образует замкнутую электрическую цепь: обмотка трансформатора первой фазы – провод 1 – человек – земля – активное сопротивление и емкость второй и третьей фаз – провод 2,3 – обмотки трансформатора второй и третьей фаз.

При равенстве изоляции фаз R1 = R2 = R3 = R и емкостей С1 =С2 = С3 = С могут возникнуть два различных по опасности случая поражения электрическим током.

Первый – когда сеть имеет малую протяженность и разветвленность электрических проводов. В этом случае емкость фаз относительно земли можно считать равной нулю, и тогда значение тока, проходящего через человека при однофазном включении, будет определяться зависимостью:

Из выражения (4.7.) следует, что при Uф= 380 В, Rч = 1000 Ом, R = 0,5 МОм ток Iч, проходящий через человека, будет равен 2,2 мА. Такой ток ощущается человеком, но не является опасным.

Из зависимости (4.7.) следует так же, что в этом случае основным фактором, ограничивающим величину тока, проходящего через человека, является сопротивление изоляции. Опасность поражения электрическим током при напряжении Uф= 380 В возникает при снижении сопротивления изоляции ниже 0,15 МОм, при этом величина тока составит 7,45 мА.

Второй случай – когда электрическая сеть обладает большой емкостью, т.е. когда емкостное сопротивление Хс значительно меньше активного сопротивления изоляции R, что имеет место в протяженных кабельных линиях. Ток, протекающий через тело человека при трехфазном включении, можно определить по выражению:

При Uф = 220 В, Rч = 1000 Ом, f = 50 Гц и С = 0,5 мкФ ток Iч, = 110 мА, т.е. достигает значений, вызывающих фибрилляцию сердца. Таким образом, из зависимости (4.8.) следует, что сопротивление изоляции практически не защищает человека от поражения электрическим током.

Трехфазные сети с глухозаземленной нейтралью и нулевым проводом получили наибольшее распространение, так как позволяют не только питать трехфазные электропотребители, но и получать фазное напряжение (фаза – нуль) для обеспечения включения осветительных приборов и ручного электрифицированного инструмента.

Из рис. 4.4. следует, что при таком включении человека в электрическую сеть замкнутая цепь образуется при прохождении тока по фазе 1 – человек – земля – сопротивление Ro — обмотка трансформатора фазы 1. Ток, протекающий через человека в данной цепи, будет определяться зависимостью:

и опасность поражения электрическим током будет всецело определяться напряжением питающей сети Uф и сопротивлением человеческого тела Rч.

В реальных условиях при включении человека по схемам рис.4.5 и 4.6 последовательно сопротивлению Rч включается сопротивление обуви Rоб, сопротивление пола Rп, сопротивление растекания тока с ног человека на землю Rн.

Рис. 4.5.. Схема однофазного включения человека в трехфазную сеть

с глухозаземленной нейтралью

Следовательно, обувь и пол могут существенно повлиять на исход поражения электрическом током. Например, при Rоб = Rп= Rн = 25 кОм ток, проходящий через тело человека, составит:

что может вызвать только явление ощущения тока.

Однако на защитные свойства обуви и пола рассчитывать при ведении аварийно-спасательных работ просто не приходится, так как там имеется большое количество машин, механизмов, железобетонных конструкций, непосредственно связанных с землей. В этих случаях путь тока не проходит через обувь или пол помещения, и тогда, как было рассмотрено выше, единственным элементом, ограничивающим ток, проходящий через человека, будет его сопротивление. То есть при Rоб = Rп = Rн = 0:

При однофазном включении человека в однофазные и трехфазные сети с заземленной нейтралью величина тока, проходящего через человека, также представляет смертельную опасность. Однако в ряде случаев – при наличии обуви с хорошей изоляцией и сухого деревянного пола – опасность поражения электрическим током может быть существенно снижена.

Однофазное включение в сеть с изолированной нейтралью представляет наименьшую опасность по фактору поражения электрическим током при соответствующем контроле за сопротивлением изоляции. Однако это преимущество снижается при росте емкости сети.

Что касается взрыво- и пожароопасности, то сети с изолированной нейтралью менее опасны по этому фактору, поскольку при пробое изоляции или замыкании фазы на землю в них проходят значительно меньшие токи.

Опасность поражения человека при растекании тока в земле. Пробой изоляции, замыкание электрической цепи на землю или преднамеренное соединение электрической цепи на землю вызывают растекание тока в земле. Оно обусловлено появлением разности потенциалов между отдельными точками земли или между заземленным электрооборудованием и землей.

В наиболее простом случае, например при замыкании токоведущего провода на землю, его можно рассматривать в виде контакта полусферы с землей, имеющей однородное удельное сопротивление ρ.

Принято считать, что линии тока в земле идут по радиусам от центра полусферы. Пространство вокруг полусферы (заземлителя), где наблюдается прохождение тока замыкания на землю, называется полем растекания.

Изменение потенциала φ вдоль линий тока на поверхности земли подчиняется закону:

где r – линейное сопротивление грунта, Ом·м, х – расстояние вдоль линии тока, м.

График формулы (4.12.) представляет собой гиперболу, в соответствии с которой определяется распределение потенциалов по поверхности земли (рис. 4.6.). Такое распределение объясняется тем, что сечение земли, через которое проходит ток, возрастает во второй степени от длины радиуса полусферы.

Наибольшее сопротивление растеканию тока оказывают слои земли вблизи заземлителя, поскольку ток здесь проходит по сечению малого размера. С увеличением расстояния по линии тока сечение возрастает, и сопротивление растеканию тока резко падает. Этим и объясняется, что наибольшее изменение потенциала jmax происходит в близи заземлителя. Точки почвы, удаленные от заземлителя более чем на 20 м, практически имеют нулевой потенциал (рис. 4.6.).

Рис. 4.6. Распределение потенциалов при замыкании тока на землю

Напряжение между полусферой и землей Uзпри x = r составляет:

Величина R3 называется сопротивлением растеканию тока в землю. Напряжение прикосновения Unp в свою очередь будет определяться разностью потенциалов между точкой входа тока в землю и какой-либо точкой в поле растекания тока:

Из зависимости (4.15.) и рис. 4.6. следует, что наибольшая величина напряжения прикосновения Uпр будет при х = ¥.

Таким образом, прикасаясь к электрооборудованию, находящемуся в аварийном состоянии и имеющему выносную связь с землей, человек может быть поражен напряжением прикосновения.

При нормальном режиме работы электроустановки допустимо значение Uпр = 2 В, а ток, проходящий через человека, Iч ≤ 0,3 мА. В аварийном режиме, т.е. при пробое изоляции, допустимо значение напряжения прикосновения Uпр = 36 В, и тока, проходящего через человека, Iч = 6 мА (при действии более 1 с). Для электробытовых установок эти параметры не должны превышать соответственно 12 В и Iч = 2 мА.

Другим видом опасности при явлении растекания тока в земле может быть опасность шагового напряжения Uш.

Шаговое напряжение определяется разностью потенциалов, над которой находятся ноги человека (рис. 4.6.). Если одна нога человека касается земли на расстоянии х от точки контакта провода с землей, а другая находится на расстоянии х + а, то шаговое напряжение будет равно:

Наибольшая опасность возникает, если одной ногой человек касается провода, а другая в это время стоит на земле. В этом случае напряжение шага будет иметь максимальное значение:

По мере удаления от заземлителя опасность шагового напряжения снижается и на расстоянии 20 м не представляет опасности.

Опасность шагового напряжения может быть представлена следующим примером. Пусть радиус заземлителя r = 1м, удельное сопротивление грунта ρ = 100 Ом×м, ток короткого замыкания I3 = 100 А, расстояние шага человека а = 0,8 м.

Читайте также:  Лечение токами детей с задержкой развития

В соответствии с (4.14.) сопротивление растеканию тока на землю будет:

Напряжение относительно земли по зависимости (4.14) составит:

Тогда наибольшее значение напряжения шага в соответствии с (4.19) составит:

Дата добавления: 2016-06-22 ; просмотров: 3118 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник



Анализ схем включения человека в электрическую цепь

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 (Ro6), основания (Rж), на котором стоит человек, сопротивлением заземления нейтрали (RH), и через человека потечет ток

Сопротивление нейтрали RH 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 влажныепросушить. 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 подстраховатьсяподложить 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 rА, rв, rс изоляции про­вода каждой фазы и емкости СА, Св, Сс 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 гА — гв = гс = г, а СА = LB = Сс = 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.

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?

Источник