3. Условия поражения электрическим током

Виды существующих электросетей:

Однофазные простейшие

• однофазные однопроводные электросети применяются в установ- ках до 1000 В (на транспорте);

• однофазные двухпроводные электросети изолированные от сети применяются в установках как с напряжением 12-47 В, так и 127-380 В;

Однофазные двухпроводные электрические сети с заземленным вы- водом вторичной обмотки.

Трехфахные электросети

• трехфазные трехпроводные (ЛЭП 6-35 кВ);

• трехфазные трехпроводные с эффективно заземленной нейтралью (в установках свыше 1000 В и ЛЭП);

• трехфазные четырехпроводные электросети с изолированной нейтралью (как правило не используются, так как до 1000 В невозможно обеспечить безопасность обслуживающего персонала, а выше 1000 В неэкономично использовать нейтральный провод);

• трехфазные четырехпроводные электросети с глухозаземленной нейтралью (самая распространенная бытовая и производственная электро- сеть).

Поражение электрическим током происходит в результате:

• прямого прикосновения к неизолированным токоведущим частям, находящимся под напряжением (оголенные провода, шины, клеммы, кон- такты и т. п.) по вине самого пострадавшего или должностного лица, не обеспечившего безопасность;

• косвенного прикосновения к нетоковедущим, но токопроводящим частям оборудования, инструмента или инженерных сооружений, кото- рые при пробое изоляции или иным причинам не связанным с действиями

пострадавшего оказались под напряжением (рассматривается как отказ техники);

• недопустимого приближения человека к металлическим частям, находящимся или оказавшимся под напряжением.

При прямом и косвенном прикосновениях условия поражения опре- деляются видом и параметрами электрической сети, типом прикоснове- ния, применяемым способом и средствами защиты, классом опасности помещения (условия работ) и степенью изоляции человека от земли (под землей понимается точка почвы с нулевым потенциалом).

В зависимости от способа включения человека в электрическую цепь различают:

• однополюсное – если человек, стоя на земле, касается рукой или головой неизолированных токоведущих частей (рис. 8.3 а и 8.4 а), в результате чего электрический ток протекает по пути «рука-нога» или «голова-нога»;

• двухполюсное – если изолированный от земли сопротивлением обуви и пола человек двумя руками или головой и одной рукой касается неизолированных проводов разных фаз или фазного и нулевого провода (рис. 8.3 б, 8.4 б), в результате чего электрический ток протекает по пути «рука-рука» или «голова-рука». Сопротивление цепи будет включать только сопротивление тела ( R_ч ).

Рис. 8.3. Трехфазные электрические цепи с изолированной нейтралью: а – однополюс- ное включение; б – двухполюсное включение; в – включение человека в сеть в аварий-

ном режиме при наличии замыкания одной из фаз на землю; I_ч

• ток, протекающий че-

рез человека; r_a , r_в , r_c , C_a , C_в , C_c

• соответственно омические и емкостные сопротивле-

ния изоляции фаз C, B, A относительно земли; R_ч

• переходное сопротивление в месте

замыкания на землю

Анализ случаев электротравм свидетельствует, что хотя двухполюс- ное включение человека в электрическую цепь встречается довольно ред- ко, оно наиболее опасно для всех видов сетей. Это связано с тем, что со- гласно закону Ома величина тока, проходящего через тело человека, для

однофазной сети равна

^Iч ^{ U} раб

R_ч и для трехфазной сети –

I_ч  U_л

R_ч . То

есть определяется только сопротивлением тела человека и напряжением

сети. При

U_л  U _раб  220 В и

R_ч  1000 Ом

I_÷  220 1000  220 мА, что значи-

тельно превосходит смертельную величину в 100 мА. Таким образом, тя- жесть травмы или даже жизнь человека зависит от того, как быстро он разорвет электрическую цепь (освободится от контакта с проводником тока), ибо в этом случае время воздействия является определяющим [8, 9].

Рис. 8.4. Трехфазные электрические цепи с заземленной нейтралью: а – однопо- люсное включение; б – двухполюсное включение; в – включение человека в сеть в ава-

рийном режиме при наличии замыкания одной из фаз на землю; R_ч

• переходное со-

противление в месте замыкания на землю; R₀ – сопротивление рабочего заземления ну-

левой точки трансформатора на подстанции или генератора; I_ч

• ток, протекающий че-

рез человека; C, B, A, N – фазы

Прямые однополюсные включения во всех сетях с глухозаземлен- ной нейтралью также опасны, так как человек будет находиться под фаз- ным напряжением, а ток проходит по пути «рука-ноги» или «рука-рука». В сетях с изолированной нейтралью поражения не произойдет, так как со- противление между фазами и землей велико и величина тока, проходяще- го через человека, будет малой, равной величине тока утечки.

Косвенные прикосновения, по сути, соответствуют прямым однопо- люсным и величина тока, протекающего через тело человека по петле

«рука-ноги», определяется напряжением прикосновения. Для человека, стоящего на земле и касающегося заземленного оборудования, корпус которого оказался под напряжением, таким напряжением прикосновения



будет являться разность потенциалов руки и ноги. Потенциал руки _р

ра-

вен потенциалу появившемуся на корпусе в результате пробоя изоляции



фазы, а потенциал ног _н

определяется потенциалом земли, который за-

висит от удаленности человека от точки стекания тока в землю (рис. 8.5а) [18] и определяется по выражению

U_пр _р _н [I_з   (1/ r 1/ x)]/(2)_,

где

^I_з ^{– ток, стекающий через заземлитель, А;}  ^{– удельное сопротив-}

ление грунта, Ом·м; r – радиус заземлителя, м; x – расстояние от человека, стоящего на грунте, до заземлителя, м.

Потенциал на поверхности грунта распределяется по гиперболическо-

x

му закону   k / x , где k – постоянная величина, определяемая в зависимо-

сти от электрического сопротивления грунта и величины стекающего тока

замыкания; x – расстояние от точки замыкания до земли (рис. 8.5 б). Следо- вательно, по мере удаления от заземлителя напряжение прикосновения уве- личивается, и за пределами зоны растекания тока (20 м от точки стекания тока с корпуса в землю) фактически равно потенциалу корпуса. Если человек стоит рядом с точкой стекания тока, потенциал земли (потенциал ног) прак- тически равен потенциалу корпуса (потенциалу руки), и напряжение прикос- новения равно нулю, т. е. человек находится в безопасности.

Рис. 8.5. Схемы: а – формирования напряжения прикосновения к заземленным нетоко- ведущим элементам, оказавшимся под напряжением; б – растекания тока в грунте;

в – формирования напряжения шага: I – потенциал растекания тока в грунте; II – напряжение прикосновения; R₃ – сопротивление заземлителя; U_{ш 1} , U_{ш 2} – напряжение

шага; U₃ – напряжение заземлителя; U_{пр 1} , U_{пр 2} , U_{пр 3} – напряжения прикосновения;

х – расстояние от заземлителя до ближней точки касания человеком поверхности зем- ли; a – ширина шага (обычно 80 см)

Если человек находится в зоне растекания тока, то при одновре- менном касании ее поверхности ногами он попадает под обусловленное растеканием тока замыкания на землю напряжение шага, величина кото- рого определяется разностью потенциалов, под которыми находятся его ноги (рис. 8.5 в) [18]

U  

I_ç   _ 1

¹ 

_ 

I _ç    a _.



_ø  ₁  ₂  _2



_ x x  a _

2  x  (x  a) _ç

Напряжение шага зависит от трех факторов: потенциала зазем- лителя; расстояния от человека до заземлителя (с удалением от зазем- лителя напряжение уменьшается и обращается в нуль за пределами зо- ны растекания) и ширины шага (чем она больше, тем выше напряже- ние) [9].

Опасность воздействия напряжения шага на человека заключается в том, что при протекании тока по нижней петле возникают судороги мышц ног, человек падает на землю и цепь тока замыкается вдоль всего тела, а это может вызвать тяжелое поражение организма.

Анализ случаев прикосновения человека к проводам трехфазных электрических сетей показал, что:

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

2. в случае замыкания одной из фаз на землю опасность однофазного прикосновения к исправной фазе больше, чем в исправной сети при любом режиме нейтрали;

3. наиболее опасным является двухфазное прикосновение при лю- бом режиме нейтрали.