Л 13 Электробезопасность 2013

Г.Ф. Несоленов. Лекция 13. Электробезопасность. 2013

Rч rт. ч rод rоб rоп,

где rт. ч – сопротивление тела человека, Ом,

rод – сопротивление одежды, если человек прикоснулся к проводнику под напряжением частью тела, защищѐнной одеждой, Ом,

rоб – сопротивление подошвы обуви, Ом,

rоп – сопротивление опорной поверхности, Ом.

Рассмотрим три характерные схемы попадания человека под напряжение

(рис. 1.1).

При прикосновении к одной точке электроустановки, имеющей потенциал, отличный от потенциала опорной поверхности ног (рис. 1.1.)

Uш

Ux

U(x+a)

прикосновении: а – к одной точке электроустановки; б – к двум точкам электроустановки; в – при включении между двумя точками грунта

а) ток протекает через тело человека в землю (однофазное или однополюсное включение под напряжение прикосновения), сопротивление каждой подошвы обуви rоб' и опорной поверхности ноги rоп' соединяются параллельно, а последовательно им подключаются сопротивление одежды rод и тела человека rтч:

При прикосновении к двум точкам электроустановки (рис. 1.1, б) ток протекает по петле «рука – рука» (двухфазное или двухполюсное включение). В схему сопротивления цепи входит только последовательно соединяемые сопротивления человека и одежды:

11

Г.Ф. Несоленов. Лекция 13. Электробезопасность. 2013

Rч rт. ч 2rод.

При включении между двумя точками грунта, находящимися под разными потенциалами (т.е. под напряжением шага) (рис. 1.1, в), ток протекает по петле «нога – нога». Сопротивление тела человека, обуви и опорной поверхности соединяются последовательно:

Тело человека представляет собой сложный комплекс тканей, электрические параметры которых различаются в широких пределах.

Наибольшей проводимостью обладает кровь, мышечная ткань, спиной и головной мозг; наименьшей – кожа, кости, жировая ткань.

Для тока промышленной частоты удельное объѐмное сопротивление, Ом·м, составляет [4]:

от (3 до 20)·103 для кожного покрова человека,

30-60 для жировых тканей,

1,5-3,0 для мышечных тканей,

1-2 для крови,

0,5-0,6 для спинного мозга.

Из этих данных следует, что наибольшим электрическим сопротивлением обладает кожа и особенно еѐ верхний роговой слой, лишѐнный кровеносных сосудов.

Сопротивление тела человека зависит от пола и возраста людей: у женщин это сопротивление меньше, чем у мужчин, у детей – меньше, чем у взрослых, у молодых людей меньше, чем у пожилых. Объясняется это толщиной и степенью огрубения верхнего слоя кожи.

Отмечается, что кратковременное (на несколько минут) снижение сопротивление тела человека (на 20-50 %) вызывают внешние неожиданно возникающие физические раздражения: болевые (удары, уколы), световые и звуковые.

Так как сопротивление тела человека электрическому току не линейно и нестабильно и вести расчѐты очень сложно, условно считают, что сопротивление тела человека стабильно, линейно, активно и составляет 1000 Ом.

Электрическое сопротивление одежды зависит от вида и влажности ткани. Электрическое сопротивление хлопчатобумажной ткани при площади электрода, равной 100 см2, составляет, Ком [5]:

для сухой ткани 10-15,

для влажной 0,5-1,0.

12

Г.Ф. Несоленов. Лекция 13. Электробезопасность. 2013

Электрическое сопротивление обуви зависит от материала подошвы,

влажности помещения и приложенного напряжения (табл. 1.1).

Таблица 1.1. Значения сопротивления обуви при различных материалах подошвы и характеристики помещения по влажности

Примечание: * ПС – помещение сухое, ПВ – помещение влажное и сырое.

Электрическое сопротивление опорной поверхности ног на полу

(сопротивление пола) зависит от материала и степени влажности пола (табл. 1.2).

Таблица 1.2. Зависимость сопротивления опорной поверхности ног от материала пола и его влажности

Электрическое сопротивление опорной поверхности ног на грунте

зависит от вида и влажности грунта (табл. 1.3).

Таблица 1.3. Сопротивление опорной поверхности ног в зависимости от грунта и его влажности

13

Г.Ф. Несоленов. Лекция 13. Электробезопасность. 2013

Электрическое сопротивление растеканию тока с опорной поверхности одной ноги определяется по зависимости:

а если ступни расположены рядом, эквивалентное сопротивление обеих ступней равно

rгр' 2,2 r.

В этих уравнениях: r – удельное сопротивление грунта, Ом·м.

1.3 Анализ опасности прикосновения к токоведущим частям

Анализ опасности прикосновения к токоведущим частям под напряжением имеет целью установление зависимостей, позволяющих определять значения тока, протекающего через человека, в зависимости:

от вида электрических сетей;

разных видов прикосновения к элементам электрических сетей;

электрических параметров сети.

В результате анализа таких зависимостей проводится оценка значение этих параметров на величину тока, проходящего через человека.

Различают следующие схемы прикосновения человека к токоведущим частям под напряжением:

однофазное прикосновение (прикосновение к одной фазе трѐхфазной

сети),

однополюсное прикосновение,

двухфазное прикосновение (одновременное прикосновение к двум фазам

сети),

двухполюсное прикосновение (одновременное прикосновение к двум полюсам электроустановки).

14

Г.Ф. Несоленов. Лекция 13. Электробезопасность. 2013

1.3.1 Однофазные сети и сети постоянного тока

Однополюсное прикосновение (прикосновение к одному полюсу однофазной сети или сети постоянного тока).

К изолированной от земли сети:

Uс

r

Rч

где Uс – напряжение в сети, В,

r и Rч – сопротивление изоляции сети и человека соответственно, Ом. К сети с заземленной средней точкой:

Rз

Так как Rч >> Rз, то можно принять

15

Г.Ф. Несоленов. Лекция 13. Электробезопасность. 2013

Iч Uс .

2 R ч

К сети с заземлѐнным полюсом:

При замыкании на землю другого полюса

где Rкз – сопротивление короткого замыкания, Ом.

Двухполюсное прикосновение человека в электрическую цепь: 1, 2, 3 – фазные провода

Ih Uл 1,73 Uф ,

R h R h

где Uл – линейное напряжение, которое равно 3 Uф , В;

Uф – фазное напряжение, В;

Rh –сопротивление человека, Ом.

1.3.2 Трѐхфазные сети

Однофазное прикосновение к трѐхфазной сети (общий случай)

Присоединение к сети с изолированной нейтралью источника питания

Прикосновение к сети с изолированной нейтралью источника питания рассматривается для четырѐх случаев:

16

Г.Ф. Несоленов. Лекция 13. Электробезопасность. 2013

Присоединение к сети с изолированной нейтралью, одна из фаз которой замкнута на землю,

Присоединение к сети с глухо-заземлѐнной нейтралью источника питания

Глухозаземлѐнная нейтраль представляет собой нейтраль трансформатора или генератора, присоединѐнная к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление (например, через трансформаторы электрического тока).

Iч Uф .

R ч

Присоединение к сети с глухо-заземлѐнной нейтралью, одна из фаз которой замкнута на землю

если Rкз = 0, то

Iч Uл , R ч

а при Rз << Rкз Iч Uф . R ч

Присоединение одновременное к фазному и нулевому проводу Двухфазное прикосновение

18

Г.Ф. Несоленов. Лекция 13. Электробезопасность. 2013

Iч Uл ,

R ч

ВНИМАНИЕ! В схемах приняты следующие обозначения:

Uс, Uф, Uл, Uч – напряжения сети постоянного тока или однофазной сети, фазное, линейное, на цепи человека соответственно, В;

r, ra, rb, rc – сопротивления утечки проводов сети, т.е. сумма сопротивлений изоляции и пути тока на землю, Ом;

Ca, Cb, Cc – емкости проводов сети по отношению к земле, Ф;

ro, Lo – активное и индуктивное сопротивление нейтральной точки источника питания относительно земли;

Rч, Yч – сопротивление и проводимость цепи человека;

Rз – сопротивление рабочего заземления источника питания, Ом; Rкз – переходное сопротивление в месте замыкания на землю; Ya, Yb, Yc – проводимости фазных проводов относительно земли.

Анализ уравнений рассмотренных схем присоединения человека к токоведущим частям позволяет сделать вывод, что наиболее опасным являются

двухфазные и двухполюсные прикосновения.

Наименее опасными считаются однофазные и однополюсные прикосновения человека к сетям с нормальным (штатным) режимом сетей, изолированных от земли, в случае исправной изоляции и малой ѐмкости (т.е. небольшой протяжѐнности сети). Замыкание на землю фазы или полюса такой сети значительно повышает опасность прикосновения к исправным фазам или полюсу.

Сопротивление току растекания Rз определяется характеристикой заземлителей.

1.3.3 Шаговое напряжение

Напряжением шага (шаговое напряжение) – напряжение, между двумя точками цепи тока, находящихся одна от другой на расстоянии шага, на которых одновременно стоит человек [6].

Шаговое напряжение зависит от длины шага, удельного сопротивления грунта и силы протекающего через него тока. Опасное шаговое напряжение может возникнуть, например, около упавшего на землю провода под напряжением (рис. 1. 2) или вблизи заземлителей электроустановок при аварийном коротком замыкании на землю (допустимые значения сопротивления заземлителей и удельное сопротивление грунта нормируются для того, чтобы избежать подобной ситуации).

19

Г.Ф. Несоленов. Лекция 13. Электробезопасность. 2013

Рис. 1.2. Распределение потенциалов на поверхности земли при провода электропередачи на землю [7]

При попадании под шаговое напряжение возникают непроизвольные судорожные сокращения мышц ног и, как следствие, падение человека на землю. Ток начинает проходить между новыми точками опоры. Например, от рук к ногам, что чревато смертельным поражением.

ВНИМАНИЕ! При подозрении на шаговое напряжение надо покинуть опасную зону минимальными шажками («гусиным шагом») или прыжками.

Особо опасно шаговое напряжение для крупного рогатого скота, так как расстояние между передними и задними ногами у этих животных очень велико и, соответственно, велико напряжение, под которое они попадают. Нередки случаи гибели скота от шагового напряжения.

Шаговое напряжение зависит от сопротивления разных слоѐв почвы – тем не менее, поддаѐтся прикидочным расчѐтам.

В качестве примера рассмотрим однофазное замыкание на землю в одной точке. Сначала вычисляем ток однофазного замыкания.

где Iкз – ток короткого замыкания, А; Uф – напряжение фазы, В;

R0 – сопротивление рабочего заземления нейтрали, Ом;

Rconst – сопротивление растеканию тока в месте контакта, Ом (обычно оценивают в 12 Ом).

Затем определяем шаговое напряжение:

20