§ 39. Анализ опасности прикосновения

К ТОКОВЕДУЩИМ ЧАСТЯМ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК

Опасность прикосновения человека к токоведущим частям электроустановки определяется величиной протекающего через тело человека тока. В общем случае величина этого тока зависит от схемы прикосновения человека к электрической сети, ее напряжения, схемы самой сети и рода тока, режима нейтрали сети.

ВЦ отличается большим разнообразием используемых видов сетей, уровнем их напряжения и рода тока. Так, основное питание ВЦ осуществляется от трехфазной сети частотой 50 Гц, напряжением 380/220 В. Для питания же отдельных устройств используются однофазные сети как переменного, так и постоянно­го тока с напряжением от 5 до 380 В.

Наибольшую опасность представляет двухполюсное (двух­фазное) прикосновение человека к токоведущим частям (рис. 21), когда он оказывается под полным рабочим напряжением сети и сила протекающего через его тело тока будет равна: в сети

124

Трехфазные сети бывают только переменного напряжения и могут быть выполнены по схеме с изолированной или заземленной нейтралью. Двухполюсное прикосновение независи­мо от режима нейтрали опасно и может привести к смертельному исходу. При однополюсном же прикосновении сила тока, протекающего через тело человека, зависит от режима нейтрали. На рис. 24 показана схема прикосновения человека к одной из фаз трехфазной сети с изолированной нейтралью. На ней через r\, r<i, /"з обозначены сопротивления изоляции, а через С\, С₂, Сз — емкости фаз сети относительно земли. Показанное на рисунке прикоснове-' ние образует замкнутую электрическую цепь: обмотка транс­форматора первой фазы — провод / — человек — земля — актив­ные сопротивления и емкости второй и третьей фаз относительно земли Г2, г₃, Съ, Сз — провода 2 и 3 — обмотки трансформаторов второй и третьей фаз — обмотка трансформатора первой фазы, по которой будет протекать ток /_ч.

Предположим, что параметры сети — сопротивления изоляции г\, г₂ и Гз равны между собой и равны г_т и соответственно С1=С2=Сз=С. Оценку их влияния на опасность прикосновения будем вести отдельно. Тогда при С—0 сила тока, протекающего через тело человека:

1_ч=Зи/{ЗЯ_ч+г_ю). (9)

При /7=220 В, #„=1 кОм и г_из=7 кОм сила тока /_ч=66 мА, что опасно, а при л_из=500 кОм /„=1,3 мА, что вызывает у чело­века только ощущение тока. Из выражения (9) и примеров расчета очевидна защитная роль сопротивления изоляции сети. Поддерживая сопротивление изоляции г_т на достаточно высоком уровне, можно в сети с изолированной нейтралью с малой ем­костью приблизить однофазное прикосновение к безопасным усло­виям.

Теперь рассмотрим сеть, обладающую значительной емкостью, т. е. когда (\/2nfC)«.r_m, что имеет место в кабельных электрических сетях. В таких сетях сила тока, протекающего через тело человека, при однополюсном прикосновении

/„=

Рис. 24. Схема прикоснове­ния человека к трехфазной сети с изолированной ней­тралью

Согласно эквивалентной схеме замещения, приведенной на рис. 22, б, полный ток в цепи

ток, протекающий через тело человека:

I₄=Ir_l/(r_l+R₄) = Ur_l/[R₄(r_i+r₂)+r_ir₂]. (8)

При своевременном и качественном обслуживании электрообо­рудования сопротивление изоляции г_из токоведущих частей обычно поддерживается на одинаковом уровне, т. е. г\ = Г2 = г_т

И /„ = {//(2/?, +Лиз).

Из полученного равенства можно сделать вывод, что сила тока, протекающего через человека, а следовательно, и электробе­зопасность его определяются сопротивлением изоляции сети. Если принять, что при случайном касании человека токоведущих частей ток через него не должен превышать некоторого допустимого значения /_{ч доп}, то минимальное сопротивление изоляции /■„зХ^/Л, доп) — 2/?_ч. При /_{ч доп}=0,3 мА (допустимое значение ощутимого тока), 0=220 В г_из^730 кОм, а при /_чдоп=10 мА, £/=220 В г„₃>20 кОм.

В эксплуатации наиболее распространены однофазные схемы, в которых один из полюсов источника питания соединен с землей через малое сопротивление г₀. В этом случае имеем заземленную однофазную сеть. Схема прикосновения человека к такой сети и соответствующая эквивалентная схема замещения показаны на рис. 23.

Из сравнения схем замещения прикосновения человека в изолированной (см. рис. 22) и заземленной (см. рис. 23) однофазной сетях видно их подобие. Если учесть, что r_o«''i и г_о«г₂, то выражение (8) примет вид /„={///?_ч. 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.

S)

126

Рис. 23. Прикосновение человека к заземленной однофазной сети: а — схема прикосновения; 6 — эквивалентная схема замещения

Из рассмотренного ясно, что применение той или иной схемы энергоснабжения (однофазной или трехфазной, изолированной или глухозаземленной) существенно изменяет условия электробе­зопасности при однополюсном прикосновении человека к токове-дущим частям. При двухполюсном прикосновении схема электроснабжения влияния на электробезопасность человека не оказывает. В этом случае при прикосновении человека к токо-ведущим частям в установках напряжением 110, 220 или 380 В электрическое сопротивление тела человека практически падает до 1000 Ом и вполне вероятно протекание через него фиб-рилляционного тока. Увеличение частоты электроустановки в этом случае может сыграть решающую роль в снижении вероят­ности поражения током, так как пороговое значение фибрил-ляционного 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 (2л/С) возрастает, а следовательно, возрастает и сила тока, протекающего через тело человека. Таким образом, в установках с изолированной нейтралью повышение частоты повышает опасность поражения электрическим током.