Охрана труда и техника безопасности в электроустановках. Учебное пособие

земленной или изолированной нейтралью и выше 1000 В с изолированной нейтралью.

Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов, протекающих через тело человека при продолжительности воздействия более 1 с, приведенные в таблице 2, соответствуют отпускающим (переменным) и не болевым (постоянным) токам.

Таблица 2 – Предельно допустимые значения, не более, при продолжительности воздействия тока t, с

При измерении токов и напряжений прикосновения сопротивление тела человека в электрической цепи при частоте 50 Гц должно моделироваться резистором сопротивления: при времени воздействия до 0,5 с – 0,85 кОм, более 0,5 с – 1 кОм.

Напряжения прикосновения и токи, протекающие через тело человека при нормальном (не аварийном) режиме электроустановки, не должны превышать значений, указанных в таблице 3. Напряжения прикосновения и токи приведены при продолжительности воздействия не более 10 мин в сутки и установлены исходя из реакции ощущения.

11

Таблица 3 – Предельно допустимые токи и напряжения прикосновения при нормальном режиме электроустановки

ОПАСНОСТЬ ПРИКОСНОВЕНИЯ К ТОКОВЕДУЩИМ ЧАСТЯМ В ОДНОФАЗНЫХ И ТРЁХФАЗНЫХ СЕТЯХ

Тяжесть электротравмы, оцениваемая величиной тока, проходящего через тело человека, зависит от целого ряда факторов, схемы включения человека в цепь, напряжения сети, схемы самой сети и режима работы её нейтрали.

Схемы включения человека в цепь тока могут быть различными. При этом различают: прямое прикосновение – электрический контакт человека с токоведущими частями, находящимися под напряжением, и косвенное прикосновение – электрический контакт человека с открытыми проводящими частями, оказавшимися под напряжением при повреждении изоляции.

При прямом прикосновении наиболее характерными схемами включения являются: между двумя проводами (двухполюсное прикосновение) и между проводом и землёй (однополюсное прикосновение)

Двухполюсное прикосновение, как правило, более опасно, поскольку сопротивление цепи тока состоит только из сопротивления тела человека, а ток через человека зависит от напряжения электроустановки и не зависит от режима работы нейтрали сети. Это очень опасное прикосновение. Как показывает практика эксплуатации электроустановок, много чаще, чем двухполюсное, происходит однофазное прикосновение. В этом

12

случае последствия такого прикосновения существенно зависят от схемы самой сети и режима работы её нейтрали.

На рис. 3 дана схема однополюсного прикосновения человека к проводу 1 изолированной от земли однофазной сети. Через r1 и r2 обозначены сопротивления изоляции проводов сети относительно земли. При своевременном и качественном обслуживании электрооборудования сопротивление изоляции токоведущих частей обычно поддерживается на одинаковом уровне, т. е.

r1 = r2 = rиз,

а величина тока протекающего через тело человека

Iч = U / (rиз + 2Rч).

Рис. 3 – Схема прямого прикосновения человека в изолированной от земли однофазной сети

Из полученного равенства можно сделать вывод, что сила тока, протекающего через человека, следовательно, и электрическая безопасность во многом определяются сопротивлением изоляции сети.

13

На рис 4 представлена схема однофазной сети, в которой один из полюсов источника питания соединен с землей через малое сопротивление ro. В этом случае имеем заземленную однофазную сеть. Из сравнения схем прикосновения человека в изолированной и заземленной однофазных сетях видно их подобие. Если учесть, что rо r1 и rо r2, то Iч = U / Iч.

Рис. 4 – Схема прямого прикосновения человека в однофазной сети, один из полюсов которой соединен с землей через малое сопротивление

Отсюда следует, что единственным фактором при данном напряжении, ограничивающем силу тока, протекающего через тело человека в заземленных однофазных сетях, является сопротивление тела человека. Опасность эксплуатации таких электроустановок очевидна.

Трехфазные сети бывают только переменного напряжения и могут быть выполнены по схеме с изолированной или заземленной нейтралью. На рис. 5 показана схема прикосновения человека к одной из фаз трехфазной сети с изолированной нейтра-

14

лью. На ней через r1, r2, r3 обозначены сопротивления изоляции, а через С1, С2, С3 – емкости фаз сети относительно земли.

Рис. 5 – Схема прикосновения человека к одной из фаз трехфазной сети с изолированной нейтралью

Предположим, что в сети сопротивления изоляции r1, r2, r3 равны между собой и равны rиз и, соответственно, С1 = С2 = С3 = С. Оценку их влияния на опасность прикосновения будем вести отдельно.

При С = 0 сила тока, протекающего через тело человека:

При U = 220 В, Rч = 1 кОм и rиз = 7 кОм, сила тока Iч = 66 мА, что опасно, а при rиз = 500 кОм, Iч = 1,3 мА, что вызывает у человека только ощущение тока. Из выражения (1) и примеров расчета очевидна защитная роль сопротивления изоляции сети. Поддерживая сопротивление изоляции на достаточно высоком уровне, можно в сети с изолированной нейтралью с малой емкостью приблизить однофазное прикосновение к безопасным условиям.

15

Теперь рассмотрим сеть, обладающую значительной емкостью, то есть, когда ёмкостное сопротивление (1/2πfC) существенно меньше сопротивления изоляции rиз. Тогда сила тока, протекающего через тело человека, при однополюсном прикосновении равна

Iч = 6UπfC / √1 + 3 6π2 2 2 ч2

При U = 220 В, Rч = 1 кОм, f = 50 Гц и С = 0,5 мкФ сила тока Iч = 93 мА, т. е. достигает значения фибрилляционного тока. Емкость кабельной сети зависит от марки кабеля, условий его прокладки (в земле, кабельных каналах, лотках и т. д.) и длины кабеля.

На рис. 6 показана схема трехфазной сети с глухозаземленной нейтралью. К фазе L прикоснулся человек. Сила тока, протекающего через тело человека, составляет

Iч = U / Rч

Рис. 6 – Схема трехфазной сети с глухозаземленной нейтралью

16

В этом случае, как и при прикосновении в однофазной сети, опасность поражения будет всецело определяться напряжением сети и электрическим сопротивлением тела человека. В реальных условиях возможно включение последовательно с сопротивлением тела человека сопротивления его обуви rоб, пола помещения rп. Ориентировочно можно принять сопротивление обуви равным 1,5... 8000 кОм (последнее для рантовых ботинок с микропористой подошвой). Сопротивление пола (кОм) принимается следующим:

-деревянный, сухой – 10 000;

-то же, но смоченный водой – 20-25;

-бетонный пол, сухой – 75;

-то же, сырой – 1,5.

Из этих данных видно, что обувь и пол могут существенно повлиять на значение силы тока, протекающего через тело человека. Однако рассчитывать на защитные свойства обуви и пола нельзя, так как в рабочих помещениях всегда имеется большое количество аппаратуры, металлических конструкций, связанных электрически с землей, и к которым возможно прикосновение человека. В этом случае ток не проходит через обувь человека или пол помещения и тогда, как было рассмотрено выше, единственным элементом, ограничивающим силу тока проходящего через тело человека, будет его электрическое сопротивление.

Из рассмотренного ясно, что применение той или иной схемы энергоснабжения (однофазной или трехфазной, изолированной или глухозаземленной) существенно изменяет условия электрической безопасности при однополюсном прикосновении человека к токоведущим частям. При двухполюсном прикосновении схема электроснабжения влияния на электробезопасность человека не оказывает. В этом случае при прикосновении человека к токоведущим частям в установках напряжением 110, 220 или 380В электрическое сопротивление тела человека практически падает до внутреннего, и вполне вероятно протекание через

17

него фибрилляционного тока. Увеличение частоты электроустановки в этом случае может сыграть решающую роль в снижении вероятности поражения током, так как пороговое значение фибрилляционного тока с увеличением частоты возрастает.

Аналогичное положение и при однополюсном прикосновении человека к токоведущим частям установки с глухозаземленной нейтралью. Здесь человек оказывается под фазным напряжением, и увеличение частоты электроустановки также может повысить безопасность обслуживающего персонала.

Иначе обстоит дело в сети с изолированной нейтралью. Сила тока, протекающего через тело человека, зависит от сопротивления изоляции и емкости сети, причем, с повышением частоты электроустановки емкостная проводимость (2πfС) возрастает. Следовательно, возрастает и сила тока, протекающего через тело человека:

Iч = 6UπfC / √1 + 3 6π2 2 2 ч2

Таким образом, в установках с изолированной нейтралью повышение частоты повышает опасность поражения человека электрическим током.

ОПАСНОСТЬ НАПРЯЖЕНИЙ СОПРИКОСНОВЕНИЯ И ШАГА ПРИ ЗАМЫКАНИИ ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ НА ЗЕМЛЮ

Замыкание токоведущих частей электроустановки на землю сопровождается протеканием через неё тока или, как принято говорить, происходит растекание тока в земле. Такое растекание происходит через проводник, находящийся в непосредственном контакте с землёй, который может быть случайным (обрыв провода воздушной линии) или преднамеренным. В этом случае проводник, находящийся в контакте с землёй, называется зазем-

18

лителем. При этом между корпусами оборудования и землёй, а также между отдельными точками грунта, где происходит растекание тока, возникают напряжения, что представляет опасность для человека. Для оценки опасности возникающего напряжения необходимо определить закон распределения потенциалов на поверхности грунта при растекании в нем тока.

Рассмотрим схему растекания тока в земле считая, что ток стекает в землю через полусферический заземлитель радиусом a, погруженный в однородный грунт с удельным сопротивлением ρ (рис. 7). В этом случае ток замыкания будет стекать с поверхности заземлителя по направлению радиусов от заземлителя, как от центра сферы. С увеличением расстояния от заземлителя плотность тока уменьшается вследствие возрастания сечения земли, через которое протекает ток, и соответственно уменьшается разность потенциалов двух соседних точек поверхности земли в рассматриваемом направлении. Потенциал произвольной точки A, находящейся на расстоянии x от центра заземлителя, относительно бесконечно удаленных точек земли

т.е. распределение потенциалов по поверхности земли при растекании тока с полусферического заземлителя подчиняется гиперболическому закону при максимальном значении потенциала, равного потенциалу заземлителя:

φз= Iзρ / 2πа

На расстоянии 1 м от заземлителя падение напряжения составляет 68%, на расстоянии 10 м – 92% потенциала заземлителя. На расстоянии более 20 м от заземлителя падение напряжения практически равно потенциалу заземлителя, а потенциалы точек поверхности земли – нулю. Пространство вокруг заземли-

19

теля, за пределами которого электрический потенциал, обусловленный токами замыкания на землю, может быть принят равным нулю, называется полем или зоной растекания тока. Аналогичное распределение потенциалов происходит при растекании тока с заземлителей другой формы, таких, как труба, пластины, место соприкосновения оборванного провода с землей и т. п.

Рис. 7 – Схема растекания тока в земле через полусферический заземлитель

Неравномерный характер распределения электрического потенциала в зоне растекания тока в земле приводит к возникновению напряжения прикосновения и шага.

Напряжение прикосновения – напряжение между двумя проводящими частями или между проводящей частью и землёй при одновременном прикосновении к ним человека.

В этом случае напряжение прикосновения Uпр не есть разность потенциалов (φз – φx), так как одновременно в электрическую цепь дополнительно включаются сопротивление обуви

20