Протекание постоянного тока по телу человека вызывает болевое ощущение в месте прикосновения и в суставах конечностей. Как правило, воздействие постоянного тока на организм человека вызывает ожоги или болевой шок, который в тяжелых случаях может привести к остановке дыхания или сердца.

В случае прикосновения человека к однофазным или двухфазным сетям переменного тока при любом режиме сети относительно земли (изолированная от земли, с заземленным полюсом, с заземленной средней точкой), т.к. в этом случае ток, протекающий через человека, определяется только электрическим сопротивлением его тела.

Степень опасности и исход поражения электрическим током зависят: от схемы «подключения» человека в электрическую цепь; на электрической сети:

трехфазная четырехпроводная с заземленной нейтралью;

трехфазная с изолированной нейтралью.

Поражение человека электрическим током может быть вызвано однополюсным (однофазным) или двухполюсным (двухфазным) прикосновением к токоведущей части установки.

Однофазное подключение является менее опасным, чем двухфазное, однако оно возникает значительно чаще и является основной причиной электротравматизма. На исход поражения в этом случае оказывает решающее влияние режим нейтрали электросети.

При прикосновении к одной из фаз сети с изолированной нейтралью последовательно с сопротивлением человека оказываются включенными сопротивления изоляции и емкости относительно земли двух других неповрежденных фаз.

Схема прикосновения человека к одной фазе сети с заземленной нейтралью

С увеличением сопротивления изоляции опасность поражения электрическим током уменьшается.

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

Примеры свидетельствуют о том, что при прочих равных условиях однофазное подключение человека в сеть с изолированной нейтралью менее опасно, чем в сеть с заземленной нейтралью.

Наиболее опасным является двухфазное подключение человека в электрическую сеть, так как он попадает под линейное напряжение сети вне зависимости от режима нейтрали и условий эксплуатации сети.

7.9. Продолжитель­ность воздействия тока.

Продолжительность воздействия тока часто является фактором, от которого зависит конечный исход поражения. Чем продолжительнее воздействие электрического тока на организм человека, тем тяжелее последствия поражения. Через 30с сопротивление тела человека протеканию тока падает примерно на 25 %, а через 90с - на 70 %.

Установлено, что поражение электрическим током возможно лишь в стоянии полного покоя сердца человека, когда отсутствуют сжатие (систола) или расслабление (диастола) желудочков сердца и предсердий. Поэтому при малом времени воздействие тока может не совпадать с фазой полного расслабления, однако всё, что увеличивает темп работы сердца, способствует повышению вероятности остановки сердца при ударе током любой длительности. К таким причинам следует отнести: усталость, возбуждение, голод, жажду, испуг, принятие алкоголя, наркотиков, некоторых лекарств, курение, болезни и т.п.

II. ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ

3. Анализ электробезопасности различных электрических сетей

Исход поражения человека электрическим током, определяемый током, протекающим через тело человека I h и напряжением прикосновения U h , существенно зависит от типа сети, питающей потребители электроэнергии и ее параметров, в том числе:

• напряжения и частоты сети;
• режима нейтрали сети;
• схемы включения человека в электрическую цепь;
• сопротивления изоляции фазных проводов сети относительно земли;
• емкости фазных проводов сети относительно земли;
• режима работы сети.

Типовые схемы включения человека в электрическую цепь

Существуют различные “схемы включения” человека в электрическую цепь тока (типовые “схемы включения” показаны на рис.3.5. на примере сети IT):

Рис. 3.5. Типовые схемы включения человека в электрическую цепь

двухфазное прикосновение (прямое) – одновременное прикосновение к двум фазным проводникам, действующей электроустановки (поз.1 на рис.3.5.);

однофазное прикосновение (прямое) – прикосновение к проводнику одной фазы действующей электроустановки (поз.2 на рис.3.5.);

косвенное прикосновение к открытым проводящим частям, оказавшимся под напряжением в результате повреждения изоляции (прикосновение к корпусу потребителя электроэнергии с поврежденной изоляцией) (поз.3 на рис.3.5.).

При анализе электробезопасности различных сетей обычно рассматривают две первые ситуациии. При двухфазном прикосновении ток через тело человека и напряжение прикосновения определяются по формулам:

(3.1.)

U - действующее значение фазного напряжения сети; G h - проводимость тела человека .

Из выражений (3.1.) и (

3.2. ) следует, что при двухфазном прикосновении человек попадает под линейное напряжение сети вне зависимости от типа сети, режима нейтрали, режима работы сети, проводимости фазных проводов Y L1 , Y L2 , Y L3 относительно земли. Такая схема включения человека в электрическую цепь представляет большую опасность.

Случаи двухфазного прикосновения происходят сравнительно редко и являются, как правило, результатом работы под напряжением в электроустановках до 1 кВ, что является нарушением правил и инструкций выполнения работ.

Рис. 3.6. Обобщенная схема для анализа трехфазных сетей

(3.3)

(3.4)

Y L1 , Y L2 , Y L3 , Y PEN , Y 0 - полные проводимости фазных и PEN- проводов относительно земли и заземления нейтрали в комплексной форме:

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.

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).

Поражение человека электрическим 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 - двухфазным включением .

Однофазное включение представляет собой непосредственное соприкосновение человека с частями электроустановки или оборудования, нормально или случайно находящимися под напряжением. При однофазном включении в сеть с изолированной и заземленной нейтралью человек попадает под фазное напряжение, которое в 1,73 раза меньше линейного, и подвергается воздействию тока, который зависит от фазного напряжения установки, сопротивления телачеловека, обуви, пола, заземления нейтрали, изоляции.

При однофазном включениив трехфазную четырехпроводную сеть с заземленной нейтралью силу тока, проходящего через тело человека, можно выразить как:

I ч =U ф /(R ч +r п +r о +r н) => I ч R ч = U ф R ч /(R ч +r п +r о +r н)

где U ф –фазное напряжение. В; R ч -сопротивление тела человека, Ом; r п - сопротивление пола, на котором находится человек. Ом; r о -сопротивление обуви. Ом; r н - сопротивление заземления нейтр. Ом; U пр - напряжение прикосновения, В.

В качестве примера рассмотрены два случая однофазного включения человека в трехфазную четырехпроводную электрическую цепь с заземленной нейтралью при линейном напряжении

U ф = 380В; U л =220 В = U ф = 1,73 U ф

Случай с неблагоприятными условиями. Человек, прикоснув­шийся к одной фазе, находится на сыром грунте или токопроводящем (металлическом) полу, его обувь сырая или имеет металлические гвозди. В соответствии с этим принимаются сопротивления: тела человека = 1000 Ом; грунта или пола r п = 0; обуви r о = 0. Сопротивление заземления нейтрали r н = 4 Ом (в расчете ввиду незначительного значения можно пренебречь).

Через тело человека пройдет смертельно опасный ток:

I ч =U ф /R ч = U л /(1,73 R ч)= 220/1000 = 0,22 А = 220 мА;

U пр = U ф = 220 В.

Случай с благоприятными условиями. Человек находится на деревянном сухом полу сопротивлением r п = 100000 Ом, на его ногах сухая токонепроводящая (резиновая) обувь сопротивлением r о = = 45000 Ом. Тогда через тело человека пройдет пороговый, длительно допустимый для человека ток:

I ч =220/(1000+100000+45000)=220/146000=0,0015А=1,5мА

U пр =220*1000/146000=1,5В

Данные примеры иллюстрируют значение изолирующих свойств пола и обуви для обеспечения безопасности лиц, работающих в условиях возможного контакта с электрическим током.

Двухфазное включение представляет собой одновременное прикосновение человека к двум различным фазам одной и той же сети, находящейся под напряжением. При этом человек оказывается включенным на полное линейное напряжение установки. Сила тока, действующего на человека, зависит от линейного напряжения и сопротивления тела человека R ч . При двухфазном включении сопротивление изоляции проводов не оказывает защитного действия:

I ч =1,73 U ф /R ч =380/1000=0,38А=380мА U пр =I ч R ч =380 В

Такое значение силы тока (напряжения) является смертельно опасным для жизни человека. При этом режим нейтрали для двухфазного включения практически не имеет значения. Случаи двухфазного включения сравнительно редки: они наиболее вероятны при работах под напряжением, когда токоведущие части различных фаз расположены на незначительном расстоянии друг от друга.

По технологическим требованиям предпочтение часто отдается четырехпроводной сети, она использует два рабочих напряжения -линейное и фазное. Так, от четырехпроводной сети 380 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, то есть на фазное напряжение 220 В. При этом значительно дешевле электроустановка за счет применения меньшего числа трансформаторов, меньшего сечения проводов и т п.

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 1 000В вплоть до 35 кВ сети по технологическим причинам имеют изолированную нейтраль, а выше 35 кВ - заземленную.

Помещения по степени опасности можно отнести: к 1-му классу - конторские помещения и лаборатории с точными приборами, сборочные цехи приборных заводов, часовых заводов и т п.; ко 2-му классу - складские неотапливаемые помещения, лестничные клетки с токопроводящими полами и др.; к 3-му классу - все цехи машиностроительных заводов: гальванические, аккумуляторных батарей и т. п. К ним же относятся участки работы вне помещений.

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, .