Диплом-кам АЭПз-09 (3) / БЖД / ЭБ в сборник Треф / Место действия эл тока

1. Место и условия поражения человека электрическим током

В условиях всевозрастающей электрооснащённости всех сфер жизнедеятельности особое зна-чение в общей системе мероприятий по безопасности жизнедеятнльности приобретают проблемы обеспечения электробезопасности. Электротравматизм в некоторых отраслях не снижается, а в строительстве, сельском хозяйстве, быту возрастает. Существенными причинами электротравм являются: нечёткое знание механизма физиологического действия электрического тока на организм человека, недостаточная техническая грамотность, снижающая эффективность применения защитных мероприятий, нарушение действующих правил и инструкций. Наиболее часто повторяющимися техническими причинами несчастных случаев в электроустановках являются: ошибочные действия пострадавшего; недостаточная подготовка промышленного персонала и населения в целом в вопросах электробезопасности и оказания первой помощи при поражении электрическим током; нарушение технологии выполнения работ; невыполнение мероприятий по удалению опасного фактора из рабочей зоны; неработоспособность, отсутствие или неиспользование индивидуальных средств защиты; открытие дверей, люков, снятие ограждений с целью проникновения в опасную зону; несовершенство и физический износ эксплуатируемого оборудования, приборов,аппаратуры; низкая эффективность мер по пресечению нарушений правил безо-пасности, слабый контроль за выполнением мероприятий по охране труда и др.и другие.

Электроустановка это совокупность машин, аппаратов, линий и вспомогательного оборудования (вместе с сооружениями и помещениями, в которых они установлены), предназначенных для производства, преобразования, трансформации, передачи, распределения электрической энергии и преобразования её в другие виды энергии.

В различных электроустановках имеется различная опасность поражения людей электрическим током, так как параметры электроэнергии, условия эксплуатации электрооборудования и характер среды помещений, в которых оно установлено, весьма разнообразны. Комплекс защитных мер должен соответствовать виду электроустановки и условиям применения электрооборудования, обеспечивая достаточную безопасность.

Опасность поражеия, а также возможная его тяжесть зависят от величины номинального напряжения. Согласно ПУЭ электроустановки по условиям электробезопасности разделяются на электроустановки напряжением до 1 кВ и электроустановки напряжением выше 1 кВ. В отношении мер электробезопасности они разделяются на:

электроустановки напряжением выше 1 кВ в сетях с глухозаземленной или эффективно заземленной нейтралью;

электроустановки напряжением выше 1 кВ в сетях с изолированной или заземленной через дугогасящий реактор или резистор нейтралью;

электроустановки напряжением до 1 кВ в сетях с глухозаземленной нейтралью;

электроустановки напряжением до 1 кВ в сетях с изолированной нейтралью.

Электрическая сеть с эф­фективно заземленной нейтра­лью — трехфазная электрическая сеть напря­жением выше 1 кВ, в которой коэффициент за­мыкания на землю не превышает 1,4.

Коэффициент замыкания на землю в трехфазной электрической сети — отношение разности потенциалов между не­поврежденной фазой и землей в точке замы­кания на землю другой или двух других фаз к разности потенциалов между фазой и землей в этой точке до замыкания.

Глухозаземленная нейт­раль — нейтраль трансформатора или гене­ратора, присоединенная непосредственно к заземляющему устройству. Глухозаземленным может быть также вывод источника однофаз­ного переменного тока или полюс источника постоянного тока в двухпроводных сетях, а также средняя точка в трехпроводных сетях постоянного тока.

Изолированная нейтраль — нейтраль трансформатора или генератора, неприсоединенная к заземляющему устрой­ству или присоединенная к нему через боль­шое сопротивление приборов сигнализации, измерения, защиты и других аналогичных им устройств.

В зависимости от конфигурации токоведущих проводников, включая нулевой рабочий (нейтральный) проводник и типов систем заземления ГОСТ Р 50571.2- 94 и ПУЭ 7-го издания подразделяют распределительные сети напряжением до 1кВ и принимают следующие обозначения:

система TN — система, в которой ней­траль источника питания глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустанов­ки присоединены к глухозаземленной нейтра­ли источника посредством нулевых защитных проводников;

система TN-С — система TN, в кото­рой нулевой защитный и нулевой рабочий проводники совмещены в одном проводнике на всем ее протяжении (рис. 1);

система TN-S - система TN, в которой нулевой защитный и нулевой рабочий провод­ники разделены на всем ее протяжении (рис. 2);

система TN-C-S — система TN, в кото­рой функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников совмещены в одном проводнике в какой-то ее части, начиная от источника питания (рис. 3);

система IT — система, в которой нейт­раль источника питания изолирована от земли или заземлена через приборы или устрой­ства, имеющие большое сопротивление, а от­крытые проводящие части электроустановки заземлены (рис. 4);

система ТТ — система, в которой ней­траль источника питания глухо заземлена, а открытые проводящие части электроуста­новки заземлены при помощи заземляющего устройства, электрически независимого от глухозаземленной нейтрали источника (рис. 5)

Рис. 1. Система TN-C переменного тока

1 — заземлитель нейтрали (средней точки) источника питания; 2 — открытые проводящие части. Нулевой защитный и нулевой рабочий проводники совмещены в одном проводнике.

Рис.2. Система TN-S переменного тока

1 — заземлитель нейтрали источника переменного тока; 2 — открытые проводящие части. Нулевой защитный и нулевой рабочий проводники разделены.

Рис. 3. Система TN-С-S переменного тока

1 — заземлитель нейтрали источника переменного тока; 2 — открытые проводящие части. Нулевой защитный и нулевой рабочий проводники совмещены в одном проводнике в части системы.

Рис. 4. Система IT переменного тока

1 — сопротивление заземления нейтрали источника питания (если имеется); 2 — заземлитель; 3 — открытые проводящие части; 4 — заземляющее устройство. Открытые проводящие части электроустановки заземлены. Нейтраль источника изолирована от земли или заземлена через большое сопротивление.

Рис. 5. Система ТT переменного тока.

1 — заземлитель нейтрали источника переменного тока; 2 — открытые проводящие части; 3 — заземлитель открытых проводящих частей. Открытые проводящие части электроустановки заземлены при помощи заземления, электрически независимого от заземлителя нейтрали.

При­менительно к сетям переменного тока напряжением до 1 кВ условные обозна­чения имеют следующий смысл.

Первая буква — состояние нейтрали источ­ника питания относительно земли:

Т — заземленная нейтраль;

I — изолированная нейтраль.

Вторая буква — состояние открытых про­водящих частей относительно земли:

Т — открытые проводящие части заземле­ны, независимо от отношения к земле нейт­рали источника питания или какой-либо точ­ки питающей сети;

N— открытые проводящие части присое­динены к глухозаземленной нейтрали источ­ника питания.

Последующие (после N) буквы — совмеще­ние в одном проводнике или разделение фун­кций нулевого рабочего и нулевого защитного проводников:

S — нулевой рабочий (N) и нулевой защит­ный (РЕ) проводники разделены;

С — функции нулевого защитного и нуле­вого рабочего проводников совмещены в од­ном проводнике (PEN-проводник);

N — —нулевой рабочий (нейтральный) проводник;

РЕ — — защитный проводник (заземля­ющий проводник, нулевой защитный провод­ник, защитный проводник системы уравнивания потенциалов);

PEN - - совмещенный нулевой защит­ный и нулевой рабочий проводник.

Подстанция Электроустановка здания

Подстанция Электроустановка здания

Рис. 11. Типы систем заземления

Рис. 11. Типы систем заземления

Защитным проводником (РЕ) в электроустановках называется про­водник, предназначенный для целей электробезопасности. В электроустановках до 1 кВ защитный провод­ник, предназначеныый для присоединения открытых проводящих частей к глухозаземлённой нейтрали источника питания, соединенный, называется нулевым защитным проводником.

Нулевым рабочим проводником (N) в электроустановках до 1 кВ называется проводник, используемый для питания электро­приемников, соединенный с глухозаземленной нейтралью генера­тора или трансформатора в сетях трехфазного тока, с глухозаземленным выводом источника однофазного тока, с глухозаземленной точкой источника в трехпроводных сетях постоянного тока.

Совмещенным нулевым рабочим и защитным проводником (PEN) ^в электроустановках до 1 кВ называется проводник, совмещающий функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников.

Проводники, используемые в различных типах сетей, должны иметь определённые обозначения и расцветку (см. табл. 3).

Таблица 3

Наименование		Обозначение		Расцветка
проводника		Буквенное	Графическое
Нулевой рабочий		N		голубой
Нулевой защитный (защитный)		РЕ		жёлто-зелёные продольные или поперечные полосы по длине
Совмещённый нулевой ра­бочий и нулевой защитный		PEN		желто-зеленый с го­лубыми метками по концам, наносимы ми при монтаже
Фазный	в однофазной сети	L		все цвета, кроме вы ше перечисленных
	в трёхфазной сети	L1, L2, L3

Указанная выше расцветка проводников (жил кабеля) соответству­ет международным стандартам и введена с целью предотвращения ошибочного подключения к корпусу электроприемника фазного про­водника вместо нулевого защитного.

Электроустановки напряжением до 1 кВ в жилых, общественных и промышленных зданий и наружных установок, должны, как правило, получать питание от источника с глухозаземленной нейтралью с применением системы TN.

Требования к выбору систем TN-C, TN-S, TN-C-S для конкретных электроустановок приведены в соответствующих главах ПУЭ.

Питание электроустановок напряжением до 1 кВ переменного токa от источника с изолированной нейтралью с применением системы IT следует выполнять, как правило, при недопустимости перерыва питания при первом замыкании на землю или на откры­тые проводящие части, связанные с системой уравнивания потенциалов..

Питание электроустановок напряже­нием до 1 кВ от источника с глухозаземленной нейтралью и с заземлением открытых проводящих частей при помощи заземлителя, не присоединенного к нейтрали (система TT) допускается только в тex слyчaях, кoгдa уcлoвия элeктрoбeзoпacнocти в системе TN не могут быть обеспечены.

Производство, передача и распределение электрической энер­гии между потребителями осуществляются трехфазной системой переменного тока из-за ряда ее положительных свойств, из кото­рых основным является то, что трехфазные электрические маши­ны (двигатели, генераторы) имеют полезную мощность в 1,5 ра­за большую, чем однофазные при одинаковых массах, габаритах и потерях энергии .

Электрическая энергия в Российской Федерации передается и распределяется при напряжении до 1 кВ с помощью трехпроводной сети с изо­лированной нейтралью и четырех- (пяти)проводной сети с глухо зазем­ленной нейтралью. При напряжении выше 1 кВ применяются трехпроводные сети с изолированной и с заземленной нейтра­лями.

Поражение человека электрическим током может быть при одновременном касании двух точек электрической части электроустановки, между которыми существует напряжение, и при этом образуется замкнутая электрическая цепь, через его тело проходит ток. Величина этого тока зависит от схемы прикосновения, т.е. каких частей электроустановки касается человек, а также от параметров электрической сети, режима нейтрали источника питания.

Степень опасности поражения электрическим током при эксплуатации электрических сетей и электроустановок зависит от величины тока, проходящего через человека в различных условиях , а так же сопротивления изоля­ции и емкости фаз относительно земли, рода и частоты тока, пути и дли­тельности воздействия тока, условий эксплуатации и др.

Схемы включения человека в цепь тока могут быть различными. Наиболее характерными являются две схемы включения: между двумя фазами и между одной фазой и землей (рис.1). Первая схема (а) соответствует двухфазному прикосновению, а вторая (б) – однофазному.

Рис. 1. Прикосновения человека к проводам трехфазной электрической сети:

а-двухфазное прикосновение; б и в-однофазные прикосновения;

z₁, z₂ , z₃ - полные сопротивления проводов относительно земли

Двухфазное прикосновение к токоведущим частям. Двухфазное прикосновение 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:

, (1)

где - линейное напряжение, т.е. напряжение между фазными проводами сети, В;

U_ф – фазное напряжение, В;

R_ч – сопротивление цепи человека, Ом.

R_ч = R_h + 2R_од ,

Где R_h – сопротивление тела человека, Ом (принимается при расчетах равным 1000 Ом);

R_од – сопротивление одежды, Ом.

Случаи двухфазного прикосновения происходят очень редко (обычно в установках до 1000 В) и не могут служить основанием для оценки сетей по условиям безопасности. Они являются результатом работы под напряжением, применения неисправных защитных средств, а также эксплуатации оборудования с неогражденными неизолированными токоведущими частями (открытые рубильники, незащищенные зажимы сварочных трансформаторов и т.п.).

Однофазное прикосновение к токоведущим частям Однофазное прикосновение является, как правило, менее опасным, чем двухфазное, поскольку ток через человека ограничивается влиянием многих факторов. Однако однофазное прикосновение возникает значительно чаще и является основной причиной поражения людей током в сетях любого напряжения. Поэтому ниже анализируются лишь случаи однофазного прикосновения.

Степень поражения человека током при однофазном прикосновении в значительной мере будет зависеть от режима нейтрали, т.е. от того, изолирована или заземлена нейтраль источника питания (трансформатора или генератора).

Рассмотрим случаи однофазного прикосновения применительно к сетям трехфазного тока напряжением до 1000 В: четырехпроводной с заземленной нейтралью и трехпроводной с изолированной нейтралью.

Однофазное прикосновение человека в четырехпроводной сети с заземленной нейтралью

При прикосновении человека, например, к фазе L3 (см. рис.2) через него будет протекать ток

, (2)

R_ч = R_h + R_об + 0,5 (R_оп + R_об),

где R_ч, R₀ – соответственно сопротивления цепи человека и заземления нейтрали трансформатора; R₀ = 2 Ом при U=660/380 В, 4 Ом при U=380/220 В, 8 Ом при U=220/127 В (согласно требованиям правил устройства электроустановок ПУЭ-7 и ГОСТа 12.1.030-81);

R_оп – сопротивления опорной поверхности одной ноги;

R_об – сопротивление обуви (одной подошвы).

Поскольку R_ч >> R₀, то значением R₀ можно пренебречь, и выражение (2) может быть представлено в виде

.

Следовательно, при однофазном прикосновении в сети с заземленной нейтралью в период её нормальной работы человек попадает под фазное напряжение и через него протекает ток, определяемый только сопротивлением цепи человека. Этот ток безусловно опасен, так как в трехфазных сетях с линейным напряжением 220, 380 и 660 В его значения превышают величины фибрилляционных токов.

Однофазное прикосновение человека в трехпроводной сети с изолированной нейтралью

При прикосновении человека к одной из фаз сети в период её нормальной работы, например к фазе L3 (см. рис.3), через него по цепи фаза L3 - сопротивление человека - земля - активное и емкостное сопротивление изоляции фаз L2 и L1 относительно земли - фазы L2 и L1 будет протекать ток, который определяется следующим выражением в комплексной форме:

А, (3)

где Z - комплекс полного сопротивления одной фазы относительно земли, Ом.

, (4)

где r = r₁ = r₂ = r₃ - активные сопротивления изоляции провода соответствующей фазы относительно земли, Ом;

c = c₁ = c₂ = c₃ - емкость провода соответствующей фазы относительно земли, Ф;

 = 2f - угловая частота, рад/с;

f - частота, Гц.

Из выражения (3) видно, что ток, протекающий через человека, зависит от R_ч, так как и от Z. При этом возможны следующие случаи:

1. Если сеть короткая, то емкости фаз относительно земли малы: c₁ = c₂ = c₃  0, активные сопротивления изоляции фаз относительно земли равны: r₁ = r₂ = r₃ = r. При этом протекающий через человека ток

(5)

Активное сопротивление изоляции фаз относительно земли превышает на 2 порядка и более сопротивление тела человека (согласно Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей r участка силовой или осветительной сети должно быть не менее 500 кОм/фазу), т.е. R_ч много меньше r и в выражении (5) R_ч можно пренебречь.

Тогда

А. (6)

В этом случае ток, протекающий через человека, определяется только активным сопротивлением изоляции r и равен однофазному току замыкания на землю J₃. При U_ф = 220 В, r = 500 кОм

Это с точки зрения электробезопасности наиболее благоприятный случай, и вероятность поражения человека током наименьшая.

2. Если сеть значительной протяженности, то она имеет большую емкость относительно земли, и, следовательно, малое емкостное сопротивление, которое шунтирует активное сопротивление изоляции. Тогда можно принять: c₁ = c₂ = c₃ = с; r₁ = r₂ = r₃ = r =  и из выражения (4) видно, что полное сопротивление фазы относительно земли будет равно емкостному сопротивлению:

а сила тока, проходящего через тело человека,

. (7)

Величина тока, протекающего через человека, будет зависеть в основном от емкостного сопротивления фаз относительно земли. Например, человек прикоснулся к фазе кабельной линии с линейным напряжением 380 В, имеющей длину 1 км, сечение жилы кабеля 25 мм², емкость фазы относительно земли С = 0,2 мкФ. По выражению (7)

,

Ток, равный 45 мА, является неотпускающим током и безусловно опасен для жизни.

Анализ выражений (3-7) показывает, что в сети с изолированной нейтралью в период нормальной работы сети опасность поражения током зависит от сопротивления проводов относительно земли. Наименьшей является опасность при коротких линиях, имеющих большое емкостное сопротивление (малую емкость фаз относительно земли); наибольшая опасность возникает при прикосновении к фазному проводу линии большой протяженности, имеющей малое значение X_с (обычно кабельные линии).

В сети с изолированной нейтралью при нормальной работе прикосновение человека к фазному проводу всегда менее опасно, чем в четырехпроводной сети с заземленной нейтралью. В первом случае ток, протекающий через человека, определяется сопротивлением цепи человека R_ч и сопротивлением сети Z , которое на один, два порядка больше, чем R_ч , и значительное ограничение величины J_ч достигается за счет большого значения сопротивления Z (4). Во втором случае человек попадает под фазное напряжение и ток, проходящий через него, зависит только от R_ч .

На практике, как правило для неэлектротехнического персонала, однофазное прикосновение происходит при касании человеком корпуса электрооборудования (КЭ), оказавшегося под напряжением вследствие повреждения изоляции одной из фаз и замыкании фазы на КЭ. Поэтому ниже рассматривается только этот случай.

Прикосновение к заземлённым нетоковедущим (открытым проводящим) частям, оказавшимся под напряжением. Металлические открытые проводящие части электроустановки (например, корпуса машин и аппаратов, оболочки кабелей, металлические трубы электропроводок и др.) обычно не находятся под напряжением. Они могут оказаться под напряжением лишь в результате повреждения изоляции. В этом случае при наличии заземления корпуса происходит глухое замыкание на землю и прикосновение к заземлённому корпусу, имеющему контакт с одной из фаз (рис. 4) , вызывает появление параллельной ветви, по которой проходит некоторая часть тока замыкания на землю через тело человека, т.е. ток, проходящий через тело человека, зависит от тока замыкания на землю:

J_ч = f(Jз ) (8)

Если человек касается незаземлённого корпуса, оказавшегося под напряжением, то через человека проходит весь ток замыкания на землю J_ч =Jз. Таким образом, этот случай равноценен однофазному прикосновению к токоведущим частям.

Напряжение прикосновения. Во всех случаях контакта человека с частями, в нормальном режиме или случайно находящимися под напряжением, это напряжение прикладывается ко всей электрической цепи человека , куда входят сопротивление тела человека, обуви, пола или грунта, на котором он стоит . Напряжение между двумя проводящими частями или между проводящей частью и землёй при одновременном прикосновении к ним человека или животного называется напряжением прикосновения:

U_пр =J_ч R_ч (9)

Напряжение прикосновения определяется как падение напряжения в сопротивлении тела человека.

В случае двухфазного прикосновения к токоведущим частям напряжение прикосновения равно рабочему напряжению электроустановки, а в трёхфазной сети – линейному напряжению. При однофазном прикосновении к токоведущим частям напряжение прикосновения определяется фазным напряжением относительно земли и параметрами сети. При прикосновении к заземлённым проводящим частям электроустановки напряжение прикосновения зависит от напряжения корпуса относительно земли.