12.2.Дія електричного струму при дотику людини до струмопровідних частин в різних мережах

Основи охорони праці

залежності від характеру дотику, типу мережі, схеми включення людини в електричний ланцюг та інш.

Такий аналіз дозволить оцінити небезпеку дотику в тій чи іншій мережі, а потім правильно вибрати необхідні засоби захисту. Для спрощення висновків припустимо, що електричний опір підлоги і взуття невеликі і під час розрахунків до уваги не приймаються.

В процесі розрахунків будемо враховувати електричний опір проводів відносно землі. Опір розподілений по всій довжині електричної мережі від генератора до споживачів і складається з опору ізоляції власне проводу і послідовно з ним включених опорів струмопровідних середовищ – вологи повітря, рослинного покриву на землі, водяної поверхні, стін, заземлених конструкцій та інш. На схемах ці опори зображені зосередженими. Розглянемо випадкові доторкання , які частіше застосовуються (рис.12.2).

Рис.12.2. Схеми дотику до двопровідної мережі: а – двополюсний дотик; б – однополюсний дотик; в – схема заміщення (випадок однополюсного дотику)

Двополюсний дотик у двопровідних мережах – одночасний дотик до двох полюсів електроустановки, що знаходиться під напругою. Такий дотик найбільш небезпечний з усіх можливих у двопровідних мережах (рис.12.2, а). Струм, що протікає крізь людину, залежить від напруги мережі Uм і опору тіла людини:

.

150

Частина ІІІ. Основи техніки безпеки. Пожежна безпека

Випадки двофазного і двополюсного дотиків зустрічаються досить рідко. Вони мають місце в процесі роботи під напругою в щитах, зборках (наприклад, при заміні запобіжників), при використанні інструментів з ушкодженою, забрудненою, що має тріщини, ізоляцією, застосуванні діелектричних рукавичок із проколами і розривами, експлуатації не огороджених стовпчиків електроживлення, при ушкоджених штепсельних роз’ємах і розетках.

Однополюсний дотик до двопровідної мережі – дотик до одного полюса електроустановки, що знаходиться під напругою. Однофазний дотик до двопровідної мережі – дотик до однієї фази електроустановки, що знаходиться під напругою. Однополюсний і однофазний дотики менш небезпечні, ніж двополюсний і двофазний, тому що струм, що протікає крізь людину, зменшується внаслідок послідовно включених з ним опорів ізоляції проводів, підлоги, взуття та інш. З іншого боку, однополюсний і однофазний дотики трапляються частіше, що збільшує небезпеку.

Розглянемо випадок дотику в мережі, показаної на рис.12.2, б. Нам необхідно визначити напругу дотику Uдот, що буде прикладена безпосередньо до тіла людини, і струм Iл, що проходить через неї, при відомій напрузі мережі U і опорах ізоляції проводів щодо землі

r1, r2 і тіла людини Rл.

Звернемося до схеми заміщення (рис.12.2, в)

При дотику людини до проводу 1 його тіло включається паралельно опору ізоляції r1 цього проводу і послідовно з опором ізоляції r2 другого проводу. Зі схеми заміщення:

.

151

Основи охорони праці

Тоді напруга дотику

а струм, що протікає крізь людину,

. (12.3)

Якщо, що r1 = r2 = rіз, де: rіз – опір ізоляції, то

З виразів (12.2)-(12.4) можна зробити два висновки:

1. Чим краща ізоляція проводів електричної мережі, тим менша небезпека однополюсного й однофазного дотику.

Розглянемо приклад, що підтверджує перший висновок. Приклад 12.1. Визначити, як буде змінюватися значення Uдот

при різних опорах ізоляції проводів при випадковому дотику людини до однієї фази двопровідної мережі (рис.12.2, б).

Вихідні дані:

r1 = r2 = rіз = (1,5,10,15)×103 Ом; Rл = 1000 Ом. Розв’язання. Підставляючи вихідні дані у вираз (12.4) знахо-

димо:

при rіз = 1000 Ом В,

при rіз = 5·103 Ом В,

при rіз = 10·103 Ом В,

при rіз = 15·103 Ом В.

152

Частина ІІІ. Основи техніки безпеки. Пожежна безпека

2. При наявності двох проводів з різним опором ізоляції більш небезпечний однофазний дотик до проводу з великим опором ізоляції.

Розглянемо приклад, що підтверджує другий висновок. Приклад 12.2. Визначити значення струму, що протікає крізь

людину при дотику (рис.12.2, б) у двох випадках: а) r1 = 50 кОм, r2 = 20 кОм;

б) r1 =20 кОм, r2 = 50 кОм.

При цьому за умови, що: Rл = 1000 Ом, U = 220 В.

Розв’язання. Підставляючи вихідні дані у вираз (12.3) знахо-

Таким чином, дотик до проводу з великим опором ізоляції більш небезпечний.

Дотик до електричних ланцюгів із залишковим зарядом електричного струму – дотик до електричної мережі, відключеної від джерела живлення.

Залишкові заряди електричного струму мають мережі й електричні ланцюги з великою ємкістю. Усі мережі напругою вище 1000 В, а кабельні навіть до 1000 В, мають велику ємкість жил відносно землі. Значення ємкості залежить від довжини мережі й розгалуженості. У кабельних мережах для напруг 10 кВ ємкість може складати 0,2·10–6 Ф/км, а в повітряних – 0,005·10–6 Ф/км. Після відключення мереж з великою ємкістю від джерела напруги в них залишається заряд електричного струму.

Залишкові заряди мають електричні ланцюги електроустаткування, що містять конденсатори великої ємкості.

При дотику людини в процесі обслуговування до відключеної мережі чи ланцюга з залишковим зарядом через неї відбувається розряд накопиченої енергії. Тривалість розряду тим більша, чим більший заряд. Небезпечним є як двополюсний, так і однополюсний дотик до електроустаткування із залишковим зарядом.

Для забезпечення безпеки необхідно перед роботою розряджати кабельні й повітряні мережі, а також електричні ланцюги, що містять великі ємкості, шляхом підключення їх до індуктивного навантаження.

153

Основи охорони праці

12.3. Замикання електричного струму на землю. Крокова напруга

Електричний струм замикається на землю через провідники, що мають з нею контакт. Причинами замикання і стікання струму в землю є:

-замикання електричної мережі в результаті аварії на заземлений корпус електроустановки;

-падіння проводів на землю;

-пробій чи ушкодження ізоляції електричних кабелів. При замиканні струму на землю відбувається різке зниження потенціалу

– напруга визначається як добуток струму замикання на землю I3 на опір розтікання струму від заземлювача в землі r3:

φ3= I3 r3, де: – потенціал заземлювача, В.

Струм в землі призводить до появи потенціалів на заземлювачі, на металевих частинах комунікацій, що знаходяться поблизу заземлювача, у землі та на її поверхні навколо місця замикання і стікання струму в землю.

Різниця потенціалів поблизу замикання може досягати великих значень і тому є небезпечною для людини, що наближається чи рухається в зоні замикання. Людина при цьому зазнає впливу електричного струму по шляху «нога-нога». Розтікання струму в землі, різниця потенціалів між сусідніми точками, а, отже, і небезпека ураження людини залежать:

-від значення струму замикання на землю;

-провідності ґрунту;

-опору заземлених конструкцій;

-їхньої форми і ступеня зіткнення з ґрунтом;

-напруги в мережі (до 1000 В);

-розгалуженості;

-стану ізоляції та інш.

Слід розглянути, як розтікається електричний струм у землі від проводу, що впав на землю, який закон розподілу потенціалів від місця падіння його і яка небезпека крокової напруги.

Напруга кроку – напруга між двома точками ланцюга електричного струму, що знаходяться одна від одної на відстані кроку і на яких одночасно стоїть людина (мал.12.3).

154

Частина ІІІ. Основи техніки безпеки. Пожежна безпека

Якщо “картина” розтікання струму від проводу, що впав, еквівалентна “картині” від напівкульового заземлювача і що ґрунт однорідний з питомим опором у багато разів більшим, ніж у заземлювача, то густина струму в землі буде зменшуватись і на відстані x від центра напівкульового заземлювача буде дорівнювати:

Рис.12.3. Розподіл потенціалу по поверхні землі навколо напівкульового заземлювача

де: J – густина струму, А/м2.

Розтікання постійного і змінного струмів частотою 50 Гц в однорідному провідному середовищі можна вважати стаціонарним електричним полем. У ньому густина струму і напруженість Е у точці x зв’язані залежністю закону Ома в диференціальній формі

де: Е – напруженість електричного поля, В/м; ρ – питомий опір ґрунту, Ом·м

Спадання напруги dU у шарі dx

.

155

Основи охорони праці

Точки А (φА), ії потенціал, якому відповідає півсфера між точкою з радіусом x і точкою, що відстоїть на нескінченно великій відстані (∞), визначиться при розв’язанні інтеграла:

.

Потенціал точки В на відстані x1 від заземлювача

Позначивши постійний добуток позначивши через k, одер-

жимо рівняння рівносторонньої гіперболи

Тобто напруга від місця падіння електричного дроту по поверхні однорідного ґрунту буде зменшуватися в сторони згідно з гіперболічним законом. Різниця потенціалів, прикладена до двох ніг, що знаходяться на відстані кроку (0,8 м), і називається кроковою напругою. Значення напруги з віддаленням від місця замикання зменшується, а при відстані більше 20 м у мережах до 0,4 кВ стає незначною і небезпеки для людини не становить.

Практично ґрунт не завжди однорідний навколо місця замикання струму. І тоді еквіпотенційні лінії не будуть концентричними окружностями, а потенціал від місця замикання буде змінюватися за якимось іншим складним законом, що залежить від питомого опору ґрунту навколо заземлювача.

Якщо людина потрапила в зону впливу крокової напруги, тоді варто виходити із неї повільними кроками з урахуванням напрямку зниження дії струму. Стрибати на одній нозі чи тікати не слід, тому що при падінні до тіла людини буде прикладатися ще більша напруга, ніж напруга кроку.

Напруга дотику – напруга між двома точками ланцюга, яких людина торкається одночасно. Іншими словами, це спадання напруги на опорі тіла людини при її підключенні в електричний ланцюг

156