Анализ условий поражения человека электрическим током

Наиболее типичны два случая замыкания цепи тока через тело человека: когда человек касается одновременно двух проводов и когда он касается лишь одного провода. Во втором случае предполагается наличие электрической связи между сетью и землёй (несовершенство изоляции проводов относительно земли, замыкание провода на землю в результате какой-либо неисправности и др.). Применительно к сетям переменного тока первую схему обычно называют двухфазным прикосновением, а вторую – однофазным [23].

Двухфазное прикосновение, как правило, более опасно, поскольку к телу человека прикладывается наибольшее в данной сети напряжение - линейное, а ток, проходящий через человека, оказываясь независимым от схемы сети, режима нейтрали и других факторов, имеет наибольшее значение:

I_ч = U_л / R_ч, (6.1)

где U_л- лине й ное напряжение, т.е. напряжение между фазными проводами сети, В (U_л = Ö3^. U_ф);

U_ф- фазное напряжение, т.е. напряжение между началом и концом одной обмотки источника тока или между фазным и нулевым проводами сети, В;

R_ч- сопротивление тела человека, Ом.

В сети с линейным напряжением U_л = 380 В (U_ф = 220 В) при сопротивлении тела человека R_ч = 10³ Ом ток через человека будет равен 0,38 А. Этот ток для человека смертельно опасен.

Однофазное прикосновение является, как правило, менее опасным, чем двухфазное, поскольку напряжение, под которым оказывается человек, не превышает фазного, т.е. меньше линейного в 1,73 раза. Оно возникает значительно чаще и является основной схемой, при которой происходит поражение людей током. Сила тока, проходящего через человека, при однофазном включении зависит от режима работы нейтрали.

Нейтраль- это точка соединения обмоток трансформатора или генератора, она бывает двух видов:

а) не присоединённая к заземляющему устройству или присоединённая к нему через аппараты с большим сопротивлением (изолированная нейтраль);

б) непосредственно присоединённая к заземляющему устройству (глухозаземлённая нейтраль).

В сети с заземлённой нейтралью цепь тока, проходящего через человека, включает в себя, кроме сопротивления тела человека (R_ч), ещё и сопротивление его обуви (R_об), сопротивление пола, на котором стоит человек (R_п), а также сопротивление заземления нейтрали источника тока (R_о). При этом все эти сопротивления включены последовательно. Ток, проходящий через человека (I_ч), определяется по формуле:

I_ч = U_ф / (R_ч + R_об + R_п + R_о ). (6.2)

Если обувь не токопроводящая (резиновые галоши, R_об= 45 кОм), и человек стоит на изолирующем основании (деревянный пол, R_п= 100 кОм), то I_ч= 1,5mА. Этот ток не опасен для человека. Однако в наиболее неблагоприятном случае (токопроводящая обувь - сырая или подбитая металлическими гвоздями и человек стоит на сырой земле или на металлическом полу, т.е. R_об = 0; R_п = 0, а R_о £ 10 Ом) однофазное включение весьма опасно, т.к. ток, идущий через человека, будет равен 220mА, что является смертельно опасной величиной.

В сети с изолированной нейтралью ток, проходящий через человека в землю, возвращается к источнику тока через изоляцию проводов сети, которая в исправном состоянии обладает большим сопротивлением. Для этого случая ток, проходящий через человека, определяется по формуле:

I_ч = U_ф / [R_ч + R_об + R_п + (R_из/3)], (6.3)

где R_из - сопротивление изоляции одной фазы сети относительно земли, Ом (согласно ПУЭ [23] R_из ³ 0,5 МОм для U_раб < 10³ В и R_из ³ 10 МОм для U_раб > 10³ В).

В сети с изолированной нейтралью условия безопасности находятся в зависимости от сопротивления изоляции проводов относительно земли. Для нормальных (безаварийных) режимов работы сети даже при наиболее неблагоприятном случае, когда R_об = 0 и R_п =0 ток, проходящий через человека не превышает величины 7 mA, а, если учесть, что R_об = 45 кОм и R_п = 100 кОм, то I_ч = 1,25 mA.

В случае же аварии, когда одна из фаз замкнута на землю, сеть с изолированной нейтралью может оказаться более опасной, т.к. в этом случае напряжение неповреждённой фазы относительно земли может возрасти с фазного до линейного, в то время как в сети с заземлённой нейтралью повышение напряжения может быть незначительным. В аварийной ситуации сила тока, проходящая через человека равн а:

I_ч = [U_ф(R_о+ R_зÖ3)]/[(R_ч (R_з+ R_о) + R_о R_з], (6.4)

или _

I_ч = Ö3U_ф/(R_ч + R_о ), (6.5)

где R_з – сопротивление заземления (в соответствии с ПУЭ оно не должно превышать 4 Ом при U_раб< 10³ В);

R_о – сопротивление замыкания.

Выражение (6.4) справедливо для глухозаземлённой нейтрали, а выражение (6.5) – для изолированной нейтрали.

Анализируя различные случаи прикосновения человека к проводам трёхфазных электрических сетей, можно сделать следующие выводы:

1) наименее опасным является однофазное прикосновение к проводу исправной сети с изолированной нейтралью;

2) при замыкании одной из фаз на землю сеть с изолированной нейтралью становится более опасной, чем с заземленной;

3) наиболее опасным является двухфазное прикосновение при любом режиме работы нейтрали.

Режим нейтрали трёхфазной сети выбирается по технологическим требованиям и по условиям безопасности. Согласно ПУЭ [23], при напряжении выше 1000 В применяются две схемы: трёхпроводные сети с изолированной нейтралью и трёхпроводные сети с эффективно заземлённой нейтралью, а при напряжении до 1000 В применяются трёхпроводные сети с изолированной нейтралью и четырёхпроводные сети с глухозаземлённой нейтралью.

Одним из наиболее часто встречающихся видов поражения электрическим током при однофазном включении является одновременное прикосновение человека к проводу или элементу конструкции, находящемуся под напряжением, и заземляющему элементу. В этом случае человек попадает под напряжение прикосновения (U_пр).

Напряжение прикосновения – это разность потенциалов между точкой электроустановки, которой касается человек (j_з) и точкой грунта, на которой он стоит (j_а). Напряжение прикосновения рассчитывается по формуле:

U_пр = j_з - j_а. (6.6)

При удалении человека от заземлителя на 20 м и более U_пр будет максимальным и численно равно потенциалу заземлителя. Если же человек стоит непосредственно над заземлителем, то U_пр = 0. Это самый безопасный случай.

Замыкание на землю существенным образом изменяет и напряжение токоведущих частей установки относительно земли и заземлённых конструкций или частей установки. Замыкание на землю всегда сопровождается растеканием тока в грунте, что приводит к возникновению нового вида поражения человека, а именно попадание под напряжение прикосновения (U_пр) и напряжение шага (U_ш).

Напряжением шага называется напряжение между точками земли, обусловленное растеканием тока замыкания на землю при одновременном касании их ногами человека. Напряжение шага рассчитывается по формуле:

U_ш = (I_зrа)/[2pх(х+а)], (6.7)

где I_з – ток замыкания, рассчитывается по формуле:

I_з = U_ф/R_{раст.тока}; (6.8)

U_ф – фазное напряжение (или напряжение на проводнике), В;

R_{раст.тока} – сопротивление грунта растеканию тока, Ом;

r - удельное сопротивление грунта, Ом×м;

х – расстояние от точки замыкания до ноги человека, м;

а - величина шага, принимается равной 0,7-0,8 м.

Наибольший электрический потенциал будет в месте соприкосновения проводника с землёй. По мере удаления от этого места потенциал поверхности грунта уменьшается и на расстоянии, примерно равном 20 м, может быть принят равным нулю. Ток, обусловленный напряжением прикосновения или шага, равен:

I_ч = U /R_ч+ R_об + R_п + R_о, (6.9)

где U – напряжение прикосновения или шаговое напряжение.

Следует отметить, что условия поражения человека напряжением прикосновения и напряжением шага различны, т.к. ток протекает по разным путям: через грудную клетку – от напряжения прикосновения, и по нижней петле – от напряжения шага. Значительные напряжения шага вызывают судорогу в ногах, человек падает, после чего цепь тока замыкается вдоль всего тела человека.

Дата добавления: 2014-12-25