§ 40. Опасность напряжений прикосновения и шага в аварийных режимах работы электроустановки

Оценка условий электробезопасности, проведенная выше, относится к так называемому нормальному режиму работы электроустановки. Однако возможны режимы, называемые аварийными, когда происходит случайное электрическое соедине­ние частей электроустановки, находящихся под напряжением, с заземленными конструкциями или непосредственно с землей (замыкание на землю). При этом возникает или изменяется опасность поражения человека током. Например, если при прикосновении человека к одной из фаз сети с изолированной нейтралью одновременно произойдет замыкание другой фазы на землю, то человек окажется уже под линейным напряжением, что усугубит последствия электротравмы.

В общем случае при замыкании на землю между корпусами оборудования и землей, а также между отдельными точками грунта, где могут находиться люди, возникают напряжения. Для оценки опасности возникающего напряжения необходимо опреде-

5 Зак. 2533 129

При £/=220 В, /?_ч=1 кОм, /=50 Гц и С=0,5 мкФ сила тока /_ч=93 мА, т. е. достигает значения силы фибрилляционного тока. Емкость сети зависит от марки кабеля, условий его прокладки (в земле, кабельных каналах, лотках и т. д.) и длины кабеля. Обычно емкость сети находится в пределах 0,5...1,5 мкФ.

На рис. 25 показана схема трехфазной сети с глухоза­земленнои нейтралью, к фазе 1 которой прикоснулся человек, образовав замкнутую электрическую цепь: обмотка фазы / трансформатора — провод / — человек — земля — сопротивле­ние Го — обмотка фазы / трансформатора. Сила тока, протекающего через тело человека, в данной цепи /_ч=£///?_ч. В этом случае, как и при прикосновении к однофазной сети, опасность поражения будет всецело определяться напряжением сети и электрическим сопротивлением тела человека R₄.

В реальных условиях возможно включение последовательно с сопротивлением тела человека сопротивления его обуви г_об и пола помещения г_п. 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. Так, даже в случае однополюсного прикосновения человека к заземленной однофазной сети или трехфазной сети с глухозаземленнои нейтралью сила тока

I₄=U/(R₄+r₀₆+r_n)

и, например, при £/=220 В, /?_ч=1 кОм, г_об=г_п=75 кОм сила тока /_ч=1,46 мА, что вызывает только ощущение тока.

Однако рассчитывать на защит­ные свойства обуви и пола нельзя, так как в ВЦ 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

н^Рия- ч²1векГк ТехФ-ой ^С™У ^тока проходящего через тело сети с глухозаземленнои ней- человека, будет его электрическое тралью сопротивление.

128

Рис. 27. Напряжение прикосновения и шага

Как видно из полученного выражения и из рис. 2 напряжение шага зависит от длины шага и расстояния от мес замыкания на землю. Напряжение шага имеет максимальн значение вблизи места замыкания и уменьшается по ме удаления от него. На расстоянии 10—20 м от места замыкаш напряжение шага практически исчезает.

Опасность воздействия напряжений шага заключается в то что ток, протекая по пути «нога — нога», вызывает интенсивш судороги мышц, что приводит к падению человека на земл в результате чего он может коснуться руками земли и возникн путь тока «руки — ноги», представляющий большую опасное для человека. При этом увеличивается также расстояние меж, точками земли, которых он будет касаться. Избежать поражен: электрическим током от воздействия напряжений шага мож) применением диэлектрических бот, галош, ковриков. Для защи^г от опасного воздействия напряжения прикосновения поми! указанных средств защиты следует применять диэлектрическ перчатки, изолирующие штанги, инструмент с изолированны! ручками и т. п.

земле приводит к возникновению напряжения прикосновения и шага.

Напряжением прикосновения принято называть напряжет* образующееся между корпусом оборудования, которого касается человек, и точкой поверхности земли, на которой он стоит. В этом случае напряжение прикосновения 1/„_р не есть разность потенциалов (<р₃—<р_х), так как одновременно в электрическую цепь дополнительно включаются сопротивление обуви человека и сопротивление растеканию тока с ног человека. В расчетах падение напряжения на дополнительных сопротивлениях учиты­вается специальным коэффициентом а2^1, тогда £/_пр= (ф₃—<pjct2. Только при некоторых неблагоприятных условиях, когда отсутствуют дополнительные сопротивления или они очень малы, разность потенциалов (<р₃—Ц)_х) будет равна напряжению прикосновения. Это, например, возможно при одновременном прикосновении к корпусу электроустановки и металлическим конструкциям, имеющим хорошую электрическую связь с землей (батареи центрального отопления и т. п.).

Кривая распределения потенциалов обладает простран­ственной симметрией относительно нормали к поверхности земли в месте расположения заземлителя, поэтому при нахождении ног человека в равно удаленных от заземлителя зонах на человека воздействуют одинаковые напряжения прикосновения. По мере же удаления от места за!мь:кяния напряжения прикосновение увеличивается, как это видно из рис. 27.

В зоне растекания тока и при отсутствии прикосновения человека к заземленным или токоведущим частям электроуста­новки возможно поражение человека током. Это возможно, когда ноги человека находятся на точках поверхности земли с различными потенциалами. Напряжение между двумя точками цепи тока, на которых одновременно стоит человек, т. е. между точками, находящимися одна от другой на расстоянии длины шага /_ш, называется напряжением шага. Разность потенциалов двух точек поверхности земли, которые расположены от заземлителя на расстояниях х и (л"+/_ш), можно найти:

Ф,-ф*+/_ш=/э<?Аи/ [2nx(x+lJ] =t/,pi.

где Pi — коэффициент напряжения шага, учитывающий форму распределения потенциала на поверхности земли при растекании тока.

Дополнительное сопротивление обуви и растеканию тока с ног человека при расчете напряжения шага обычно учитывается коэффициентом р₂- В общем случае напряжение шага

131

лить закон распределения потенциалов на поверхности грунта при растекании в нем тока.

Рассмотрим схему растекания тока в земле при пробое изоляции электроустановки, считая, что ток стекает в землю через полусферический заземлитель радиусом а, погруженный в одно­родный грунт с удельным сопротивлением q (рис. 26). В этом случае ток замыкания /₃ 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 А, находящейся на расстоянии х от центра заземлителя, относитель­но бесконечно удаленных точек земли

<p_x=I₃Q/2nx. (10)

Из выражения (10) видно, что по мере удаления от заземлителя потенциалы точек снижаются по гиперболическому закону. 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 заземлителя, 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.

При пробое изоляции сети на корпус электроустановки он окажется под потенциалом ф_к, равным потенциалу заземлителя ф₃,

значение которого можно найти т из выражения (10), принимая

х=а:

Отсюда следует, что уменьшить потенциал заземлителя можно уменьшением или силы тока за­мыкания /₃, или сопротивления растеканию тока заземлителя R₃=g/2na.

Рис. 26. Схема растекания тока в земле через полусферический зазем­литель

Неравномерный характер рас­пределения электрического потен­циала в зоне растекания тока в

130